O que debemos saber sobre materiais PVDF (fluoruro de polivinilideno)

O nome PVDF pode soar un pouco estraño, pero ten unha ampla gama de aplicacións nas nosas vidas.

O seu nome é fluoruro de polivinilideno, e tamén ten alias como o fluoruro de polivinilideno, o fluoruro de polivinilideno, a resina de fluoruro de polivinilideno, resina de fluoruro de polivinilideno, etc. En termos de aparencia, normalmente é un po ou gránulo branco.

Poli (fluoruro de vinilideno), abreviado como PVDF, refírese principalmente a homopolímeros de fluoruro de vinilideno ou copolímeros de fluoruro de vinilideno e unha pequena cantidade de outros monómeros que conteñen flúor, e tamén combinan as características de resinas fluorinas e de purposa xeral, e tamén piezoelectricidade, dielectricidade e outras propiedades especiais, como a termoelectricidade, etc. É o segundo produto máis grande na produción de plásticos que conteñen fluor con unha capacidade de produción global de 10.000 toneladas, ademais da boa resistencia química, alta resistencia á temperatura, resistencia de oxidación, oxidación resistencia á oxidación, oxidación resistencia á oxidación, a oxidación resistencia á oxidación, a oxidación, a oxidación resistencia á oxidación, a oxidación, a oxidación resistencia á oxidación, a oxidación, a oxidación resistencia á oxidación, a oxidación, a oxidación, a oxidación, a oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación, unha oxidación. , resistencia ao tempo e resistencia á radiación, tamén ten piezoelectricidade, dielectricidade, termoelectricidade e outras propiedades especiais.

A estrutura química do fluorocarbono combínase cun enlace de fluor-carbono e esta estrutura con propiedades de unión curta forma o enlace máis estable e máis forte con ións de hidróxeno. Polo tanto, os revestimentos de fluorocarbono teñen propiedades físicas e químicas especiais, non só ten unha forte resistencia ao desgaste e resistencia ao impacto, senón que tamén no ambiente extremadamente duro e duro ten unha alta resistencia ao desempeño e ao rendemento ultravioleta.

Propiedades físicas

O PVDF úsase principalmente onde é necesaria a pureza extrema, así como a resistencia a disolventes e ácidos e bases. O PVDF ten unha menor densidade (1,78 g/cm) que outros fluoropolímeros como PTFE.

PVDF pódese usar para producir tubos, folla, película, substrato e chaquetas illantes para cables. Tamén pode ser moldeado ou soldado por inxección e é amplamente utilizado nas industrias químicas, semiconductoras, farmacéuticas e de defensa, onde se pode usar, por exemplo, para facer baterías de iones de litio. Ademais, pódese converter en escumas de células pechadas reticuladas, que se usan cada vez máis en aplicacións aeroespaciais.

Os grados de po finos de PVDF, como Kynar 500 PVDF e Hylar 5000 PVDF, pódense usar para revestimentos metálicos de gama alta. Estes revestimentos teñen unha estabilidade de brillo e cor extremadamente alta. Estes revestimentos pódense atopar en moitos edificios famosos como a torre Twin Peaks e Taipei 101. Tamén se usa en edificios comerciais e tellados metálicos pavimentados residenciais.

As películas PVDF pódense usar para inmobilizar as proteínas nos ensaios de mancha occidental debido á súa afinidade non específica para os aminoácidos.

En 1969, os investigadores descubriron que o PVDF ten un forte efecto piezoeléctrico: o coeficiente piezoeléctrico do polarizado (é dicir, colocado nun forte campo eléctrico para producir un momento dipolo neto) foi de 6-7 PC/N, que foi máis de 10 veces maior que o valor correspondente para os polímeros atopados nese momento.

O PVDF ten unha temperatura de transición de vidro (TG) de aproximadamente -35 ° C e unha cristalinidade de 50-60%normalmente. Para impartir propiedades piezoeléctricas ao material, o material normalmente esténdese mecánicamente na dirección das cadeas moleculares e logo polarizado baixo tensión.Pvdf está dispoñible nunha variedade de fases sólidas: fase α (TGTG '), fase β (TTTT ) e fase γ (tttgtttg '). A diferenza entre estas fases é se a cadea molecular é cis (t) ou trans (G.) PVDF convértese nun polímero ferroeléctrico cando se polariza e ten boas propiedades piezoeléctricas e piroeléctricas. Estas propiedades permítenlle empregar na produción de sensores e baterías, como algúns dos novos sensores de cámara termográfica que usan películas PVDF.

A diferenza doutros materiais piezoeléctricos, como PZT, PVDF ten un valor D33 negativo. En termos físicos, isto significa que mentres outros materiais se expanden nun campo eléctrico, contratos PVDF e viceversa.

Propiedades principais

O PVDF prodúcese xeralmente por polimerización de suspensión ou polimerización de emulsión do fluoruro de vinilideno, a ecuación de reacción é: CH₂ = CF₂-(CH₂CF₂) n.

En termos de propiedades físicas, PVDF ten unha densidade relativa de 1,76 a 1,79, un punto de fusión de 160 ° C a 170 ° C, pódese usar nunha ampla gama de temperaturas de -60 ° C a +150 ° C, e IS soluble en fortes disolventes polares como a dimetilacetamida.

O PVDF ten moitas propiedades destacadas. En primeiro lugar, ten unha boa resistencia á calor e mantén a estabilidade incluso a altas temperaturas. En segundo lugar, ten unha excelente estabilidade química e é resistente a unha ampla gama de produtos químicos. Tamén son excelentes a resistencia do tempo, a resistencia á UV e a resistencia á radiación de alta enerxía. Ademais, o PVDF ten unha alta polaridade, unha alta constante dieléctrica e unha alta tanxente de ángulo de perda dieléctrica.

En termos de procesamento, PVDF é relativamente sinxelo e pódense aplicar métodos de moldeo, extrusión e moldura de inxección comúns.

En termos de condicións de moldeo, o secado non é necesario para o paquete orixinal; A temperatura da inxección normalmente é controlada en 180-230 ℃; A temperatura do molde é de 60-90 ℃; A temperatura de extrusión é de 180-265 ℃; ea temperatura da cabeza de matriz é de 66-140 ℃.

Para o almacenamento, o PVDF debe almacenarse a 5-30 ℃ nun ambiente limpo e seco para evitar que as impurezas como o po e a humidade se mesturen. O transporte debe ser tratado como bens non perigosos, e a calor, a humidade ou a vibración violenta deberían evitarse durante o proceso.

O PVDF xoga un papel vital en moitos campos

No campo petroquímico, debido á súa boa resistencia química, unha excelente procesabilidade e unha excelente fatiga e resistencia ao fluído, converteuse nunha das opcións ideais para as bombas enteiras ou forradas, válvulas, canalizacións, accesorios de gasoductos, tanques e intercambiadores de calor no fluído no fluído Sistema de manexo de equipos petroquímicos.

O PVDF tamén se usa nos campos eléctricos e electrónicos. Con boa estabilidade química e propiedades de illamento eléctrico, é moi utilizada na industria de semiconductores para o almacenamento e transporte de produtos químicos de alta pureza en equipos que cumpran os TOCs e os requisitos retardantes de chama.

O PVDF tamén é unha das principais materias primas para os revestimentos de fluorocarbono, que agora están na súa sexta xeración. Estes revestimentos úsanse en centrais, aeroportos, estradas, edificios altos e outros lugares debido á súa resistencia meteorolóxica superior, o que lles permite que se usen ao aire libre durante moito tempo sen mantemento.

Ademais, a resina PVDF tamén se pode mesturar con outra modificación de resina. Por exemplo, os materiais compostos obtidos por mestura con resina ABS foron moi utilizados na construción, decoración de automóbiles, cunchas de electrodomésticos e outros campos.

PVDF tamén ten algunhas propiedades e usos especiais

Por exemplo, ten piezoelectricidade, termoelectricidade e outras funcións, pódese converter nunha variedade de formas complexas de sensores, materiais médicos. Na secuenciación de proteínas, a membrana PVDF é unha alternativa ideal á membrana de nitrocelulosa, que pode unir proteínas e separar fragmentos pequenos de proteínas.

Necesitan ser tratados con metanol anhidro antes de usar para activar os grupos cargados positivamente na súa superficie, o que os facilita a unirse ás proteínas cargadas negativamente. O tampón de transferencia libre de metanol pódese usar para transferir membranas PVDF pretratadas.

Áreas de aplicación

O PVDF úsase a miúdo como chaqueta illante para fíos eléctricos debido ás súas excelentes propiedades como elasticidade, baixo peso, baixa condutividade térmica, alta resistencia química e resistencia á calor. Fío fino de calibre 30, que adoita empregarse en circuítos de arame, e as placas de circuíto impresas adoitan estar illadas con PVDF. Os cables con illamento PVDF chámanse a miúdo [Kynar Wire "baixo o nome de marca comercial de PVDF.

Por mor das súas propiedades piezoeléctricas, o PVDF úsase a miúdo na produción de matrices de sensores táctiles, medidores de cepa baratos e transductores de audio lixeiros.

PVDF is also the standard binder for composite electrodes for lithium batteries: PVDF dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) with a specific gravity of 1-2% is mixed with graphite, silicon, tin, active lithium storage materials such as LiCOO2, LIMN2O4 ou LIFEPO4, e aditivos condutores como o negro de carbono ou as nanofibras de carbono. A suspensión é derramada no colector de metais e o NMP evaporíase para formar un electrodo composto ou pegar electrodo.pvdf pódese empregar nesta aplicación porque é químicamente inerte no rango potencial de carga e descarga de baterías e non reacciona co electrólito ou litio.

No campo biomédico, as películas PVDF adoitan utilizarse para a inmunoblotting, onde as proteínas están electroforesadas. Debido a que o PVDF é resistente á corrosión do disolvente, a película empregada no ensaio pódese pelar facilmente e reutilizarse para detectar outras proteínas. As películas de PVDF tamén se poden usar para facer dispositivos de filtración de membrana de tipo ou rodas. A resistencia á calor e á resistencia química do material e as propiedades de unión de proteínas baixas permítenlle empregar como filtro esterilizador na preparación de farmacéuticos e como filtro na preparación de mostras para análises como HPLC, evitando que os equipos caros sexan danados por pequenas cantidades pequenas por cantidades pequenas por cantidades pequenas cantidades pequenas por cantidades pequenas cantidades por cantidades pequenas por cantidades pequenas cantidades por cantidades pequenas por cantidades pequenas cantidades por cantidades pequenas cantidades por cantidades pequenas cantidades por cantidades pequenas cantidades por cantidades pequenas cantidades por cantidades pequenas. de partículas nestas mostras.

O PVDF tamén se usa para facer unha liña de pesca especializada en monofilamento como alternativa ao monofilamento tradicional de nylon. A súa superficie dura fai que sexa máis resistente á abrasión dos dentes afiados de peixe, e a súa densidade óptica é inferior ao nylon, facendo que a liña sexa menos visible para o ollo afiado do peixe. Tamén é máis denso que o nylon, permitindo que a liña se afunde máis rápido cara ao peixe.

Os transductores PVDF son máis adecuados para probas modais dinámicas que os transductores piezoresistivos de semiconductores e teñen vantaxes na integración estrutural sobre os transductores piezocerámicos. Debido ao menor custo e unha maior compatibilidade, os transductores activos que utilizan PVDF son importantes para os futuros desenvolvementos no control de saúde estrutural.

O novo campo enerxético é agora unha das indicacións de aplicación máis importantes

No campo dos novos vehículos enerxéticos, o PVDF (fluoruro de polivinilideno) xoga un papel importante.

Serve principalmente como ligante positivo e material de revestimento de diafragma. Co rápido crecemento das vendas de vehículos eléctricos, a demanda de baterías de litio está crecendo explosivamente.

O PVDF converteuse nun dos materiais clave indispensables na cadea da industria da batería de litio debido á súa excelente resistencia química, illamento eléctrico e outras características.

Como ligante do anodo, o PVDF é difícil de substituír a curto prazo.

A batería de litio ten altos requisitos sobre o rendemento do aglutinante, que debería ser infiltrado polo electrólito orgánico e resistir a súa erosión, non disolto, menos disolto e manter un bo rendemento de vinculación baixo o ambiente de electrólito orgánico e, ao mesmo tempo,, A súa estabilidade electroquímica debe ser excelente e a tensión de descomposición debe estar por encima de 4,5V.

Con excelente estabilidade química e resistencia á corrosión, o PVDF pode resistir eficazmente á erosión do electrólito de disolvente orgánico polar e ten un bo rendemento de unión, polo que se usa amplamente no ligante do cátodo de batería de litio, que supón ata o 90% na actualidade.

Para mellorar eficazmente a densidade de enerxía, debe empregarse a batería de litio en pequena cantidade e bo efecto de unión. Para garantir un excelente rendemento de unión, o PVDF de calidade da batería normalmente necesita ter un alto peso molecular, normalmente máis de 1,1 millóns, e o ligante ten que ter un baixo contido de auga.

Ademais, para garantir a coherencia das baterías de iones de litio, os fabricantes de baterías requiren un alto grao de coherencia no rendemento de diferentes lotes de PVDF adquirido.

Resumo

PVDF é un material con excelente rendemento e aplicación ampla. Co progreso continuo e o desenvolvemento da ciencia e da tecnoloxía, as súas áreas de aplicación poden ampliarse e profundizar aínda máis. Non obstante, no proceso de uso, é importante comprender plenamente as súas características e posibles riscos para garantir a súa función segura e eficaz.