Què hem de saber sobre els materials PVDF (fluorur de polivinilidè)

El nom PVDF pot semblar una mica estrany, però té una àmplia gamma d'aplicacions a les nostres vides.

El seu nom és el fluorur de polivinilidè, i també té àlies com el fluorur de polivinilidè, el fluorur de polivinilidè, la resina de fluorur de polivinilidè, la resina de fluorur de polivinilidè, etc. En termes d’aspecte, sol ser una pols o un granul blanc.

El poli (fluorur de vinilidè), abreviat com a PVDF, es refereix principalment a homopolímers de fluorur de vinilidè o copolímers de fluorur de vinilidè i a una petita quantitat d’altres monòmers de vinil que contenen fluor piezoelèctrica, dielectricitat i altres propietats especials, com la termoelectricitat, etc. És el segon producte més gran en la producció de plàstics que contenen fluor amb una capacitat de producció global de 10.000 tones, a més de bona resistència química, resistència a la temperatura elevada, resistència a l’oxidació, resistència a l’oxidació , Resistència al temps i resistència a la radiació, també té piezoelectricitat, dielectricitat, termoelectricitat i altres propietats especials.

L’estructura química del fluorocarbon es combina amb un enllaç de fluor-carboni, i aquesta estructura amb propietats d’enllaç curt forma l’enllaç més estable i fort amb ions d’hidrogen. Per tant, els recobriments de fluorocarbon tenen propietats físiques i químiques especials, no només tenen una forta resistència al desgast i resistència a l’impacte, sinó que també en un entorn extremadament dur i dur té una alta resistència al rendiment esvaït i ultraviolada.

Propietats físiques

El PVDF s’utilitza principalment on es requereix la puresa extrema, així com la resistència a dissolvents i àcids i bases. El PVDF té una densitat inferior (1,78 g/cm) que altres fluoropolímers com PTFE.

El PVDF es pot utilitzar per produir tubs, fulles, pel·lícules, substrats i jaquetes aïllants per a cables. També es pot modelar o soldar per injecció i s’utilitza àmpliament en les indústries químiques, semiconductors, farmacèutiques i de defensa, on es pot utilitzar, per exemple, per fer bateries d’ions de liti. A més, es pot convertir en escumes de cèl·lules tancades reticulades, que cada cop s’utilitzen més en aplicacions aeroespacials.

Els graus de pols de PVDF, com Kynar 500 PVDF i Hylar 5000 PVDF, es poden utilitzar per a recobriments metàl·lics de gamma alta. Aquests recobriments tenen una estabilitat de color brillant i de color extremadament elevada. Aquests recobriments es poden trobar en molts edificis famosos com la Twin Peaks Tower i Taipei 101. També s’utilitza en edificis comercials i sostres de metall pavimentats residencials.

Les pel·lícules PVDF es poden utilitzar per immobilitzar proteïnes en assaigs de blot occidental a causa de la seva afinitat no específica pels aminoàcids.

El 1969, els investigadors van descobrir que el PVDF té un fort efecte piezoelèctric: el coeficient piezoelèctric de la pel·lícula polaritzada (és a dir, posada en un camp elèctric fort per produir un moment dipol net) era de 6-7 pc/n, que va ser més de deu vegades Més gran que el valor corresponent per als polímers que es troben en aquell moment.

El PVDF té una temperatura de transició de vidre (TG) d’uns -35 ° C i una cristalinitat del 50-60%normalment. Per tal d’impartir propietats piezoelèctriques al material, el material s’estén normalment mecànicament en direcció a les cadenes moleculars i després polaritzada sota tensió.PVDF està disponible en diverses fases sòlides: fase α (TGTG '), fase β (TTTTT (TTTT ), i la fase γ (tttgtttg '). La diferència entre aquestes fases és si la cadena molecular és cis (t) o trans (G.) PVDF es converteix en un polímer ferroelèctric quan es polaritza i té bones propietats piezoelèctriques i piroelèctriques. Aquestes propietats permeten utilitzar -se en la producció de sensors i bateries, com ara alguns dels nous sensors de càmera termogràfics que utilitzen pel·lícules PVDF.

A diferència d'altres materials piezoelèctrics, com PZT, PVDF té un valor D33 negatiu. En termes físics, això significa que, mentre que altres materials s’expandeixen en un camp elèctric, PVDF es contracta i viceversa.

Propietats principals

El PVDF es produeix generalment per polimerització de suspensió o polimerització d’emulsió del fluorur de vinilidè, l’equació de reacció és: ch₂ = cf₂-(ch₂cf₂) n.

En termes de propietats físiques, PVDF té una densitat relativa d’1,76 a 1,79, un punt de fusió de 160 ° C a 170 ° C, es pot utilitzar en un ampli vental Soluble en dissolvents polars forts com la dimetilacetamida.

PVDF té moltes propietats destacades. En primer lloc, té una bona resistència a la calor i manté l’estabilitat fins i tot a temperatures altes. En segon lloc, té una excel·lent estabilitat química i és resistent a una àmplia gamma de productes químics. La resistència al temps, la resistència a la UV i la resistència a la radiació d’alta energia també són excel·lents. A més, el PVDF té una gran polaritat, una constant dielèctrica alta i una tangent de pèrdua dielèctrica elevada.

En termes de processament, el PVDF és relativament senzill i es poden aplicar mètodes comuns de modelat, extrusió i modelat per injecció.

Pel que fa a les condicions de modelat, no es requereix assecat per al paquet original; La temperatura d'injecció sol controlar-se a 180-230 ℃; La temperatura del motlle és de 60-90 ℃; La temperatura d’extrusió és de 180-265 ℃; i la temperatura del cap de matriu és de 66-140 ℃.

Per a l'emmagatzematge, el PVDF s'ha d'emmagatzemar a 5-30 ℃ en un entorn net i sec per evitar que les impureses com la pols i la humitat es barregin. El transport s’ha de tractar com a productes no perillosos i s’ha d’evitar la calor, la humitat o la vibració violenta durant el procés.

PVDF té un paper vital en molts camps

En el camp petroquímic, per la seva bona resistència química, excel·lent processibilitat i excel·lent fatiga i resistència a la fluïdesa, s’ha convertit en una de les opcions ideals per a les bombes, vàlvules, canonades, pipelines, tancs i intercanviadors de calor al fluid al fluid al fluid Sistema de manipulació d’equips petroquímics.

El PVDF també s’utilitza en els camps elèctrics i electrònics. Amb una bona estabilitat química i propietats d’aïllament elèctric, s’utilitza àmpliament a la indústria de semiconductors per a l’emmagatzematge i el transport de productes químics d’alta puresa en equips que compleixen els TOC i els requisits retardants de la flama.

El PVDF és també una de les principals matèries primeres per als recobriments de fluorocarbon, que ara es troben en la seva sisena generació. Aquests recobriments s’utilitzen en centrals, aeroports, carreteres, edificis alts i altres llocs a causa de la seva resistència meteorològica superior, cosa que els permet utilitzar-se a l’aire lliure durant molt de temps sense manteniment.

A més, la resina PVDF també es pot barrejar amb altres modificacions de resina. Per exemple, els materials compostos obtinguts mitjançant la barreja amb resina ABS s’han utilitzat àmpliament en la construcció, la decoració d’automòbils, les closques d’aparells i altres camps.

PVDF també té algunes propietats i usos especials

Per exemple, té piezoelectricitat, termoelectricitat i altres funcions, es pot convertir en una varietat de formes complexes de sensors, materials mèdics. En la seqüenciació de proteïnes, la membrana PVDF és una alternativa ideal a la membrana de nitrocel·lulosa, que pot unir proteïnes i separar petits fragments de proteïnes.

Cal pretractar amb metanol anhidre abans d’utilitzar -los per activar els grups carregats positivament a la seva superfície, cosa que els facilita unir -se a proteïnes carregades negativament. El tampó de transferència sense metanol es pot utilitzar per transferir membranes PVDF pretractades.

Àrees d'aplicació

El PVDF s’utilitza sovint com a jaqueta aïllant per a cables elèctrics a causa de les seves múltiples propietats excel·lents com l’elasticitat, el baix pes, la baixa conductivitat tèrmica, l’alta resistència química i la resistència a la calor. El fil prim de 30 calibres, que s’utilitza sovint en circuits de filferro, i les plaques de circuit impreses sovint estan aïllades amb PVDF. Els cables amb aïllament PVDF sovint s’anomenen [Kynar Wire "amb el nom de marca comercial de PVDF.

A causa de les seves propietats piezoelèctriques, el PVDF s'utilitza sovint en la producció de matrius de sensors tàctils, mesuradors de tensió barats i transductors d'àudio lleugers.

El PVDF és també l’enllaç estàndard per als elèctrodes compostos per a les bateries de liti: PVDF dissolt en N-metil-2-pirrolidona (NMP) amb una gravetat específica de l’1-2% es barreja amb grafit, silici, estany, materials d’emmagatzematge actiu de liti com ara com ara LiCoo2, Limn2O4 o LIFEPO4 i additius conductors com ara nanofibres de carboni o nanofibres de carboni. A continuació, s'aboca el purí sobre el col·lector de metalls i el NMP s'evapora per formar un elèctrode compost o enganxar elèctrode.pvdf es pot utilitzar en aquesta aplicació perquè és químicament inert en el rang potencial de càrrega i descàrrega de bateries i no reacciona amb el electròlit o liti.

En el camp biomèdic, les pel·lícules de PVDF s’utilitzen sovint per a la immunoblot, on les proteïnes són electroforades. Com que el PVDF és resistent a la corrosió de dissolvents, la pel·lícula que s’utilitza en l’assaig es pot pelar i reutilitzar fàcilment per detectar altres proteïnes.pvdf també es pot utilitzar per fer dispositius de filtració de membrana de tipus xeringa o roda. La resistència a la calor i la resistència química del material i les baixes propietats d’unió a proteïnes permeten utilitzar -lo com a filtre esterilitzant en la preparació de productes farmacèutics i com a filtre en la preparació de mostres per a anàlisis com HPLC, evitant que els equips costosos es facin malbé per petites quantitats de partícules en aquestes mostres.

El PVDF també s’utilitza per fer una línia de pesca d’especialitat monofilament com a alternativa al monofilament tradicional de niló. La seva superfície dura fa que sigui més resistent a l’abrasió de les dents afilades de peix, i la seva densitat òptica és inferior al niló, fent que la línia sigui menys visible a l’ull interessant del peix. També és més dens que el niló, permetent que la línia s’enfonsi més ràpidament cap al peix.

Els transductors de PVDF són més adequats per a proves modals dinàmiques que els transductors piezoresistents de semiconductors i tenen avantatges en la integració estructural sobre els transductors piezoceràmics. A causa del menor cost i la major compatibilitat, els transductors actius que utilitzen PVDF són importants per a futurs desenvolupaments en el seguiment de la salut estructural.

El nou camp energètic és ara una de les indicacions d’aplicació més importants

En el camp dels nous vehicles energètics, el PVDF (fluorur de polivinilidè) té un paper important.

Serveix principalment com a material de recobriment positiu i de diafragma. Amb el ràpid creixement de les vendes de vehicles elèctrics, la demanda de bateries de liti està creixent de manera explosiva.

El PVDF s’ha convertit en un dels materials clau indispensables de la cadena de la indústria de la bateria de liti a causa de la seva excel·lent resistència química, aïllament elèctric i altres característiques.

Com a lligant d'ànodes, el PVDF és difícil de substituir a curt termini.

La bateria de liti té elevats requisits sobre el rendiment de l’enllaç, que hauria de ser capaç d’infiltrar -se per l’electròlit orgànic i resistir la seva erosió, no dissolta, menys dissolta i mantenir un bon rendiment d’enllaç sota l’entorn de l’electròlit orgànic i, alhora, La seva estabilitat electroquímica ha de ser excel·lent i la tensió de descomposició ha de ser superior a 4.5V.

Amb una excel·lent estabilitat química i resistència a la corrosió, el PVDF pot resistir eficaçment l’erosió de l’electròlit de dissolvents orgànics polars i té un bon rendiment d’enllaç, de manera que s’utilitza àmpliament en l’enllaç del càtode de bateries de liti, que representa fins a un 90% actualment.

Per millorar eficaçment la densitat d’energia, cal utilitzar la bateria de liti en petita quantitat i un bon efecte d’enllaç. Per tal d’assegurar un excel·lent rendiment d’enllaç, el PVDF de qualitat de bateries generalment ha de tenir un pes molecular elevat, normalment més d’1,1 milions, i l’enllaç té un contingut d’aigua baix.

A més, per tal d’assegurar la consistència de les bateries d’ions de liti, els fabricants de bateries requereixen un alt grau de consistència en el rendiment de diferents lots de PVDF comprats.

Sumar

PVDF és un material amb un excel·lent rendiment i una àmplia aplicació. Amb el progrés i el desenvolupament continu de la ciència i la tecnologia, les seves àrees d’aplicació es poden ampliar i aprofundir. Tanmateix, en el procés d’ús, és important comprendre plenament les seves característiques i possibles riscos per assegurar la seva funció segura i eficaç.