一、概述

近年来，人们对聚合物聚偏二氟乙烯（PVDF）表现出相当大的兴趣。它之所以受到关注，是因为与任何其他商业聚合物相比，它表现出最强的压电性能。该聚合物广泛用于高科技应用，如化学工艺设备、电气和电子、特种和能源相关应用。但是，是什么让 PVDF 在多个领域成为高性能塑料？请继续阅读以了解更多。

01.什么是 PVDF？

PVDF（PVF2 或聚偏氟乙烯或聚偏二氟乙烯）是一种半结晶、高纯度热塑性氟聚合物。使用温度高达 150°C，PVDF 显示出良好的性能组合，例如：

• 卓越的耐化学性

• 高机械强度

• 压电和热电性能

• 以及良好的加工性

聚合物链上交替的 CH2 和 CF2 基团的极性使其具有非常理想的不溶性和电性能。

PVDF 易于熔融加工，可通过注塑和挤出成型制成零件。因此，常用于泵、阀门、管道、管材、管件等化工设备；传感器和执行器等。

它有许多电子应用，特别是作为用于语音和视频设备以及警报系统的阻燃电缆的护套材料。PVDF 的低火焰蔓延和烟雾产生是这些应用中的主要特点。

PVDF 作为锂离子电池正极和负极的粘合剂，以及锂离子聚合物系统中的电池隔膜，正在获得认可。

PVDF 的新兴应用包括燃料电池膜、飞机内饰和办公自动化设备的组件。

聚偏二氟乙烯 (PVDF) 的分子结构

由于其优异的性能和可加工性组合，PVDF 已成为继 PTFE 之后体积最大的含氟聚合物。

PVDF 有多种熔体流动速率和各种添加剂以增强加工或最终使用性能的商业用途。

02.PVDF是如何生产的？

PVDF（均聚物和共聚物）一般由1,1-二氟乙烯（CH2=CF2）自由基聚合合成。聚合在 10-150°C 和 10-300 atm 的压力下在悬浮液或乳液中进行。然后将获得的材料加工成薄膜或片材。

三氟氯乙烯 (CTFE) 或六氟丙烯 (HFP) 最常用于制备 PVDF 共聚物。

• 含有 HFP 的 PVDF 共聚物比 PVDF 均聚物等级具有更高的柔韧性

• 与 CTFE 的共聚物是最柔韧的 PVDF 产品之一，具有优异的低温性能和低收缩率

共聚物是电线电缆和管材应用的理想选择，这些应用需要更高的灵活性。

03.聚偏二氟乙烯 (PVDF) 的特性

晶体结构

它通常是一种半结晶聚合物，约为50% 无定形。它具有高度规则的结构，大多数 VDF 单元首尾相连，单体单元的比例非常低。

这种氟塑料存在四种可能的构象，分别称为α、β、γ和δ相。

• C-F 键是极性的，并且当聚合物的所有偶极子在相同方向上排列时获得最高偶极矩，对应于 PVDF 的 β 相。β相是聚合物压电特性的理想相。α 微晶的偶极矩朝向相反的方向，导致净极化为零。

PVDF的α相和β相结构（资料来源：英国皇家化学会）

物理特性

它是商用含氟热塑性塑料中熔点最低的一种，但在负载下具有最高的热变形温度。

与其他含氟聚合物相比，PVDF 的高结晶度和表面张力特性提供了非常低的渗透值。PVDF 对气体和液体的渗透性很低。但是，PVDF 的渗透性受结晶度和结晶部分改性的影响。

机械性能

与 ETFE 和 ECTFE 相比，PVDF 的拉伸模量相似，但冲击强度较低。用 HFP 或 CTFE 改性会降低模量，但会增加伸长率和冲击强度。

当暴露在火焰中时，PVDF 不易燃且不会滴落。它具有自熄性——符合 TL V0 标准。 它还表现出良好的抗紫外线能力。

耐化学性

与部分氟化聚合物如 CTFE（或 PCTFE）和 ECTFE 相比，PTFE、FEP、PFA 和 MFA 等含氟聚合物的化学惰性不同，对更广泛的化学品具有化学惰性。

在高温下，PVDF 可以溶解在酯类和胺类等有机溶剂中，这使得 PVDF 可以用作化学工艺设备和建筑面板的耐腐蚀涂层。

由 PVDF 制成的部件对无机酸和有机酸、脂肪烃和芳香烃、醇和卤化溶剂具有很强的耐受性。

04.PVDF 的电学和压电性能

PVDF 主要用于电线和电缆的隔离，这要归功于它的高介电常数和损耗因数。

然而，较差的电性能允许生产具有压电和热电性能的 PVDF 薄膜。

这些薄膜是由 B 相构象的挤出薄膜制成的。薄膜的两个表面都经过金属化处理，然后经受高压，使其永久极化。

这种薄膜在接近熔点的温度下拉伸或压缩（压电）或加热（热电）时会产生电压。聚合物薄膜也表现出一定的铁电性。

05. PVDF 膜是什么？

PVDF是最常用的膜材料之一，因其优异的性能而受到广泛关注。

诸如热稳定性、耐化学性和可加工性等特性使 PVDF 非常适合用于生物医学膜应用和废水处理。

由于这些特性，PVDF 膜的应用在目前以下领域：

• 压力驱动的水和废物处理（例如微滤、超滤和膜生物反应器），

• 膜接触器操作（例如，膜蒸馏、酸性气体吸收和汽提、挥发性有机化合物的去除）

今天，大多数商业膜是通过相转化法生产的，主要是因为它的简单性和灵活的生产规模（因此，生产成本低）

但是 PVDF 膜存在某些缺点，例如润湿或结垢，这些缺点可以通过提高表面粗糙度或增加膜的亲水性来轻松解决。尽管即使进行修改也不能绝对避免。

PVDF 膜可用作锂离子电池中的隔膜，因为它具有良好的化学和热稳定性。这些膜具有良好的机械强度、适当的孔径和关断特性。

它们还用于制造离子交换膜。

06.聚偏二氟乙烯 (PVDF) 的加工

PVDF 牌号以粉末和颗粒的形式提供各种熔体粘度。可以使用适用于标准热塑性塑料的技术对其进行加工：

• 挤出

• 注塑、压缩和传递模塑

• 机加工

通常不需要在加工前对树脂进行干燥 必须注意消除“悬空”区域，如果停留时间过长，熔融树脂可能会聚集和热分解

加工温度：190～280℃

注塑成型

• 熔体温度应在200-270°C之间

• 建议模具温度为 50-95°C

• PVDF 相对较高的熔体粘度使适当的模具设计成为

• 注塑成型的重要因素注塑件的收缩率 (3-4 %)

挤出成型

• 在挤出过程中，应注意消除聚合物开始降解的死角

• 挤出温度：230 至 290°C

• 无需挤出助剂、润滑剂或热稳定剂即可挤出 PVDF

• 建议至少 20 的 L/D 比

二、PVDF的主要应用

聚偏二氟乙烯 (PVDF) 及其共聚物是关键聚合物，具有柔韧性和电活性响应等特性，包括压电性、热电性和铁电性。在过去的几年中，它们已被应用于许多应用中，例如存储器、传感器、执行器和能量收集。请参阅下面讨论的一些应用。

• 能源消耗行业、汽车、军用飞机和石化行业需要基于 VDF 的密封件、垫片、衬里等耐腐蚀性材料

• 电气电子器件：用于飞机和电子行业的电线绝缘/电缆护套、工业电源控制系统、高温布线等。

• 化学加工设备：由PVDF树脂制成的热缩管或柔性管广泛用于高纯度水系统、化学品管道、汽车燃料管线等。它被大规模用作管道和阀门的衬里

• 压电薄膜是具有各种应用的非常灵敏的传感器。这些薄膜强度高、重量轻且柔韧，可以模制成独特的设计，并且可以用商业粘合剂粘合。

• PVDF 还广泛用于过滤和分离设备（过滤器、膜、外壳）

• 在更高级的应用中，它还可以用作热释电传感器和激光束轮廓传感器。

• PVDF膜可用作锂离子电池的隔膜，因为它具有良好的化学和热稳定性。这些膜具有良好的机械强度、适当的孔径和关断特性。

用于压电薄膜的 PVDF

PVDF 还广泛用于过滤和分离设备（过滤器、膜、外壳）

由 PVDF 树脂制成的热缩管或柔性管

三、PVDF主要性能

详细了解所有 PVDF 特性及其值 - 从机械特性到电气特性再到化学特性，以便为您的应用做出正确选择。