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膜结构建筑中所使用的膜材料主要由基布和涂层两部分组成。基布通常选用聚酯纤维和玻璃纤维，而涂层材料则以聚氯乙烯（PVC）和聚四氟乙烯（PTFE）为主。目前常用的膜材料可以分为PVC膜材、PTFE膜材与ETFE膜材三大类。
PVC膜材是由聚酯纤维涂覆聚氯乙烯（PVC）而成。为了增强其性能，通常在PVC膜表面增加聚偏四氟乙烯（PVDF）涂层，这样可以显著提升膜材的抗老化和自洁功能。PVC膜材的使用寿命可达到约25年。基于PVC膜材构建的膜结构，属于半建筑类型。
PTFE膜材是由玻璃纤维涂覆聚四氟乙烯（Teflon）制成。PTFE膜材以其出色的强度和弹性模量，以及良好的自洁性和耐久性而受到重视，且耐火性能极佳。但相应地，PTFE膜材的成本也比较高，不便于折叠，对裁剪及制作精度有较高要求，其使用寿命一般可达到30年以上，非常适合用于建筑结构。
ETFE膜材是由乙烯四氟乙烯共聚物（Ethyiene-tetrafluorethylene）制成。相较于其他膜材，ETFE不仅具备与聚四氟乙烯相似的优良性能，同时还具备与乙烯相似的易加工性，并且耐溶剂、耐辐射。ETFE膜材作为建筑结构的一种新兴材料，继承了PVC与PTFE膜材的优点，并已在国外的一些体育场馆及温室中得到应用。
尽管我国在膜材结构建筑的设计与施工方面起步较晚，大量膜工程仍主要采用PVC膜材，而PTFE膜材的使用相对较少，ETFE膜材在国内的应用也较为罕见。然而，在2008年北京奥运会的场馆建设中，ETFE膜材成为了广受欢迎的选择，此举标志着我国膜结构技术的进一步发展。
