Αυτό που πρέπει να γνωρίζουμε για τα υλικά PVDF (πολυβινυλιδένιο φθοριούχο)

Το όνομα PVDF μπορεί να ακούγεται λίγο περίεργο, αλλά έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη ζωή μας.

Το όνομά του είναι φθορίδιο πολυβινυλιδενίου και έχει επίσης ψευδώνυμα όπως φθορίδιο πολυβινυλιδενίου, φθορίδιο πολυβινυλιδενίου, ρητίνη φθοριούχου πολυβινυλιδενίου, ρητίνη φθοριούχου πολυβινυλιδενίου κ.ο.κ. Όσον αφορά την εμφάνιση, είναι συνήθως μια λευκή σκόνη ή κόκκους.

Το πολυ (βινυλιδενικό φθορίδιο), συντομεύεται ως PVDF, αναφέρεται κυρίως σε ομοπολυμερή φθοριούχου βινυλιδενίου ή συμπολυμερή βινυλιδενίου φθοριούχου και μικρής ποσότητας άλλων μονομερών βινυλίου που περιέχουν φθορίνη, τα οποία συνδυάζουν τα χαρακτηριστικά των ρητινών φθορίνης και των κονδύλων γενικής θέσης και έχουν επίσης Η πιεζοηλεκτρική ενέργεια, η διηλεκτρική ενέργεια και άλλες ειδικές ιδιότητες, όπως η θερμοηλεκτρική ενέργεια κλπ. Είναι το δεύτερο μεγαλύτερο προϊόν στην παραγωγή πλαστικών που περιέχουν φθορίου με παγκόσμια παραγωγική ικανότητα 10.000 τόνων, εκτός από καλή χημική αντίσταση, υψηλή αντοχή στη θερμοκρασία, αντίσταση οξείδωσης , Αντίσταση καιρού και Αντίσταση ακτινοβολίας, έχει επίσης πιεζοηλεκτρική ενέργεια, διηλεκτρική ενέργεια, θερμοηλεκτρική ενέργεια και άλλες ειδικές ιδιότητες.

Η χημική δομή του φθοροβάθμου συνδυάζεται με έναν δεσμό φθορίου-άνθρακα και αυτή η δομή με ιδιότητες βραχείας σύνδεσης αποτελεί τον πιο σταθερό και ισχυρότερο δεσμό με τα ιόντα υδρογόνου. Ως εκ τούτου, οι επικαλύψεις φθοροβάνων έχουν ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες, όχι μόνο έχει ισχυρή αντοχή στη φθορά και αντοχή στην κρούση, αλλά και στο εξαιρετικά σκληρό και σκληρό περιβάλλον έχει υψηλή αντίσταση στην εξασθένιση και την υπεριώδη απόδοση.

Φυσικές ιδιότητες

Το PVDF χρησιμοποιείται κυρίως όπου απαιτείται ακραία καθαρότητα, καθώς και αντίσταση σε διαλύτες και οξέα και βάσεις. Το PVDF έχει χαμηλότερη πυκνότητα (1,78 g/cm) από άλλα φθοριοπολυμερή όπως το PTFE.

Το PVDF μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή σωληνώσεων, φύλλων, μεμβράνης, υποστρώματος και μονωτικών μπουφάν για καλώδια. Μπορεί επίσης να διαμορφωθεί ή να συγκολληθεί με έγχυση και να χρησιμοποιείται ευρέως στις χημικές, ημιαγωγές, φαρμακευτικές και αμυντικές βιομηχανίες, όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για να δημιουργηθεί μπαταρίες ιόντων λιθίου. Επιπλέον, μπορεί να κατασκευαστεί σε αφρώδους κλειστού κυττάρου που συνδέονται με διασταυρούμενα συνδεδεμένα, τα οποία χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε εφαρμογές αεροδιαστημικής.

Οι λεπτές βαθμίδες PVDF, όπως το Kynar 500 PVDF και το Hylar 5000 PVDF, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μεταλλικές επικαλύψεις υψηλής ποιότητας. Αυτές οι επικαλύψεις έχουν εξαιρετικά υψηλή γυαλάδα και σταθερότητα χρώματος. Αυτές οι επικαλύψεις μπορούν να βρεθούν σε πολλά διάσημα κτίρια όπως ο Twin Peaks Tower και η Ταϊπέι 101. Χρησιμοποιείται επίσης σε εμπορικά κτίρια και κατοικίες με μεταλλικές οροφές.

Οι μεμβράνες PVDF μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ακινητοποίηση των πρωτεϊνών σε δοκιμασίες κηλίδωσης Western λόγω της μη ειδικής συγγένειας τους για τα αμινοξέα.

Το 1969, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το PVDF έχει ένα ισχυρό πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα: ο πιεζοηλεκτρικός συντελεστής του πολωμένου (δηλαδή, που τέθηκε σε ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο για να παράγει μια ταινία καθαρού διπολικού) ήταν 6-7 pc/n, το οποίο ήταν περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη τιμή για τα πολυμερή που βρέθηκαν εκείνη τη στιγμή.

Το PVDF έχει θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού (Tg) περίπου -35 ° C και κρυσταλλικότητα τυπικά 50-60%. Προκειμένου να μεταδοθούν πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες στο υλικό, το υλικό συνήθως είναι μηχανικά τεντωμένο προς την κατεύθυνση των μοριακών αλυσίδων και στη συνέχεια πολωμένο υπό τάση. ) και γ φάση (tttgtttg '). Η διαφορά μεταξύ αυτών των φάσεων είναι εάν η μοριακή αλυσίδα είναι CIS (T) ή trans (G.) PVDF γίνεται ένα σιδηροηλεκτρικό πολυμερές όταν πολωθεί και έχει καλές πιεζοηλεκτρικές και πυροηλεκτρικές ιδιότητες. Αυτές οι ιδιότητες επιτρέπουν τη χρήση της στην παραγωγή αισθητήρων και μπαταριών, όπως μερικοί από τους νέους αισθητήρες θερμογραφίας που χρησιμοποιούν ταινίες PVDF.

Σε αντίθεση με κάποια άλλα πιεζοηλεκτρικά υλικά, όπως το PZT, το PVDF έχει αρνητική τιμή D33. Από φυσικούς όρους, αυτό σημαίνει ότι ενώ άλλα υλικά επεκτείνονται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, συμβόλαια PVDF και αντίστροφα.

Κύριες ιδιότητες

Το PVDF γενικά παράγεται με πολυμερισμό εναιωρήματος ή πολυμερισμό γαλακτώματος του φθοριούχου βινυλιδενίου, η εξίσωση αντίδρασης είναι: ch₂ = cf₂-(ch₂cf₂) n.

Όσον αφορά τις φυσικές ιδιότητες, το PVDF έχει σχετική πυκνότητα 1,76 έως 1,79, ένα σημείο τήξης 160 ° C έως 170 ° C, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών από -60 ° C έως +150 ° C και είναι Διαλυτά σε ισχυρούς πολικούς διαλύτες όπως διμεθυλακεταμίδιο.

Το PVDF έχει πολλές εξαιρετικές ιδιότητες. Πρώτον, έχει καλή αντοχή στη θερμότητα και διατηρεί σταθερότητα ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Δεύτερον, έχει εξαιρετική χημική σταθερότητα και είναι ανθεκτική σε ένα ευρύ φάσμα χημικών ουσιών. Η αντίσταση στις καιρικές συνθήκες, η αντίσταση στην υπεριώδη ακτινοβολία και η αντίσταση στην ακτινοβολία υψηλής ενέργειας είναι επίσης εξαιρετική. Επιπλέον, το PVDF έχει υψηλή πολικότητα, υψηλή διηλεκτρική σταθερά και εφαπτομένη με υψηλή διηλεκτρική γωνία απώλειας.

Από την άποψη της επεξεργασίας, το PVDF είναι σχετικά απλό και μπορούν να εφαρμοστούν κοινά μέθοδοι χύτευσης, εξώθησης και χύτευσης με έγχυση.

Όσον αφορά τις συνθήκες χύτευσης, η ξήρανση δεν απαιτείται για το αρχικό πακέτο. Η θερμοκρασία έγχυσης ελέγχεται συνήθως στις 180-230 ℃. Η θερμοκρασία του καλουπιού είναι 60-90 ℃. Η θερμοκρασία εξώθησης είναι 180-265 ℃. και η θερμοκρασία της κεφαλής είναι 66-140 ℃.

Για την αποθήκευση, το PVDF θα πρέπει να αποθηκεύεται σε 5-30 ℃ σε καθαρό και ξηρό περιβάλλον για να αποφευχθούν ακαθαρσίες όπως η σκόνη και η υγρασία από την ανάμειξη. Η μεταφορά θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως μη επικίνδυνα αγαθά και να αποφεύγεται η θερμότητα, η υγρασία ή η βίαιη δόνηση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.

Το PVDF διαδραματίζει ζωτικό ρόλο σε πολλούς τομείς

Στο πετροχημικό πεδίο, λόγω της καλής χημικής αντοχής του, της εξαιρετικής επεξεργασίας και της εξαιρετικής κόπωσης και της αντοχής ερπυσμού, έχει γίνει μια από τις ιδανικές επιλογές για ολόκληρες ή επενδύσεις αντλίες, βαλβίδες, αγωγούς, εξαρτήματα αγωγών, δεξαμενές και εναλλάκτες θερμότητας στο υγρό Χειρισμός συστήματος πετροχημικού εξοπλισμού.

Το PVDF χρησιμοποιείται επίσης στα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά πεδία. Με την καλή χημική σταθερότητα και τις ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης, χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία ημιαγωγών για την αποθήκευση και τη μεταφορά χημικών ουσιών υψηλής καθαρότητας σε εξοπλισμό που πληροί τις απαιτήσεις TOC και επιβραδυντικών φλόγας.

Το PVDF είναι επίσης μία από τις κύριες πρώτες ύλες για επικαλύψεις φθοροβάθμων, οι οποίες βρίσκονται τώρα στην έκτη γενιά τους. Αυτές οι επικαλύψεις χρησιμοποιούνται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, αεροδρόμια, αυτοκινητόδρομους, πολυώροφα κτίρια και άλλα μέρη λόγω της ανώτερης αντίστασης του καιρού τους, η οποία τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται σε εξωτερικούς χώρους για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς συντήρηση.

Επιπλέον, η ρητίνη PVDF μπορεί επίσης να αναμειχθεί με άλλη τροποποίηση ρητίνης. Για παράδειγμα, τα σύνθετα υλικά που λαμβάνονται με ανάμειξη με ρητίνη ABS έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην κατασκευή, τη διακόσμηση αυτοκινήτων, τα κελύφη συσκευών και άλλα πεδία.

Το PVDF έχει επίσης κάποιες ειδικές ιδιότητες και χρήσεις

Για παράδειγμα, έχει πιεζοηλεκτρικό, θερμοηλεκτρικό και άλλες λειτουργίες, μπορεί να γίνει σε μια ποικιλία σύνθετων σχημάτων αισθητήρων, ιατρικών υλικών. Στην αλληλουχία πρωτεϊνών, η μεμβράνη PVDF είναι μια ιδανική εναλλακτική λύση για τη μεμβράνη νιτροκυτταρίνης, η οποία μπορεί να δεσμεύσει τις πρωτεΐνες και να διαχωρίσει μικρά θραύσματα πρωτεϊνών.

Πρέπει να υποβληθούν σε προεπεξεργασία με άνυδρη μεθανόλη πριν από τη χρήση για να ενεργοποιήσουν τις θετικά φορτισμένες ομάδες στην επιφάνεια τους, γεγονός που τους καθιστά ευκολότερο να δεσμεύονται με αρνητικά φορτισμένες πρωτεΐνες. Το ρυθμιστικό μεταφοράς χωρίς μεθανόλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά μεμβρανών PVDF που έχουν υποβληθεί σε επεξεργασία PVDF.

Περιοχές εφαρμογής

Το PVDF χρησιμοποιείται συχνά ως μονωτικό σακάκι για ηλεκτρικά καλώδια λόγω των πολλαπλών εξαιρετικών ιδιοτήτων του όπως η ελαστικότητα, το χαμηλό βάρος, η χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, η υψηλή χημική αντοχή και η αντοχή στη θερμότητα. Το λεπτό σύρμα 30-gauge, το οποίο χρησιμοποιείται συχνά σε κυκλώματα με σύρμα, και οι πίνακες τυπωμένων κυκλωμάτων είναι συχνά μονωμένες με PVDF. Τα καλώδια με μόνωση PVDF ονομάζονται συχνά [Wire Kynar "με το όνομα του εμπορικού σήματος του PVDF.

Λόγω των πιεζοηλεκτρικών ιδιοτήτων του, το PVDF χρησιμοποιείται συχνά στην παραγωγή συστοιχιών απτικής αισθητήρων, φθηνά μετρητές καταπόνησης και ελαφρούς μετατροπείς ήχου.

Το PVDF είναι επίσης το πρότυπο συνδετικό υλικό για σύνθετα ηλεκτρόδια για μπαταρίες λιθίου: PVDF διαλυμένα σε Ν-μεθυλο-2-πυρολιδόνη (NMP) με ειδικό βάρος 1-2% αναμειγνύεται με γραφίτη, πυρίτιο, κασσίτερο, ενεργό υλικό αποθήκευσης λιθίου όπως LICOO2, LIMN2O4 ή LIFEPO4 και αγώγιμα πρόσθετα όπως νανοΐνες άνθρακα μαύρου ή άνθρακα. Στη συνέχεια, ο πολτός χύνεται στον συλλέκτη μετάλλων και το NMP εξατμίζεται για να σχηματίσει ένα σύνθετο ηλεκτρόδιο ή ηλεκτρόδιο επικόλλησης. ηλεκτρολύτης ή λίθιο.

Στο βιοϊατρικό πεδίο, οι μεμβράνες PVDF χρησιμοποιούνται συχνά για ανοσοστύπωση, όπου οι πρωτεΐνες είναι ηλεκτροφορικές. Επειδή το PVDF είναι ανθεκτικό στη διάβρωση του διαλύτη, η μεμβράνη που χρησιμοποιείται στον προσδιορισμό μπορεί εύκολα να ξεφλουδιστεί και να επαναχρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει άλλες πρωτεΐνες. Οι μεμβράνες PVDF μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία συσκευών διήθησης μεμβράνης τύπου σύριγγας ή τροχού. Η θερμότητα και η χημική αντίσταση του υλικού και οι ιδιότητες δέσμευσης χαμηλής πρωτεΐνης επιτρέπουν τη χρήση του ως φίλτρου αποστείρωσης στην παρασκευή φαρμακευτικών προϊόντων και ως φίλτρο στην παρασκευή δειγμάτων για αναλύσεις όπως η HPLC, εμποδίζοντας τον ακριβό εξοπλισμό να υποστεί βλάβη από μικρές ποσότητες των σωματιδίων σε αυτά τα δείγματα.

Το PVDF χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή της γραμμής αλιείας ειδικότητας ως εναλλακτική λύση στο παραδοσιακό μονόινο νάιλον. Η σκληρή επιφάνεια του καθιστά πιο ανθεκτική στην τριβή από τα αιχμηρά δόντια των ψαριών και η οπτική του πυκνότητα είναι χαμηλότερη από το νάιλον, καθιστώντας τη γραμμή λιγότερο ορατή στο έντονο μάτι των ψαριών. Είναι επίσης πυκνότερο από το νάιλον, επιτρέποντας στη γραμμή να βυθίζεται γρηγορότερα προς τα ψάρια.

Οι μετατροπείς PVDF είναι καλύτερα κατάλληλοι για δυναμικές δοκιμές από τους πιεζοηλεκτρικούς μεταγωγείς ημιαγωγών και έχουν πλεονεκτήματα στη δομική ενσωμάτωση έναντι των πιεζοκερραμικών μεταφορέων. Λόγω του χαμηλότερου κόστους και της μεγαλύτερης συμβατότητας, οι ενεργοί μετατροπείς που χρησιμοποιούν το PVDF είναι σημαντικές για τις μελλοντικές εξελίξεις στη διαρθρωτική παρακολούθηση της υγείας.

Το νέο ενεργειακό πεδίο είναι πλέον μία από τις πιο σημαντικές οδηγίες εφαρμογής

Στον τομέα των νέων ενεργειακών οχημάτων, το PVDF (φθορίδιο πολυβινυλιδενίου) παίζει σημαντικό ρόλο.

Χρησιμεύει κυρίως ως θετικό υλικό επίστρωσης συνδετικού υλικού και διαφράγματος. Με την ταχεία ανάπτυξη των πωλήσεων ηλεκτρικών οχημάτων, η ζήτηση για μπαταρίες λιθίου αυξάνεται εκρηκτικά.

Το PVDF έχει γίνει ένα από τα απαραίτητα βασικά υλικά στην αλυσίδα της βιομηχανίας μπαταριών λιθίου λόγω της εξαιρετικής χημικής αντοχής, της ηλεκτρικής μόνωσης και άλλων χαρακτηριστικών.

Ως συνδετικό υλικό, το PVDF είναι δύσκολο να αντικατασταθεί βραχυπρόθεσμα.

Η μπαταρία λιθίου έχει υψηλές απαιτήσεις σχετικά με την απόδοση του συνδετικού υλικού, η οποία θα πρέπει να μπορεί να διεισδύσει με οργανικό ηλεκτρολύτη και να αντισταθεί στη διάθεσή του, να μην διαλύεται, να διαλύεται λιγότερο και να διατηρεί καλές επιδόσεις συγκόλλησης υπό το περιβάλλον του οργανικού ηλεκτρολύτη και ταυτόχρονα, Η ηλεκτροχημική σταθερότητα του θα πρέπει να είναι εξαιρετική και η τάση αποσύνθεσης πρέπει να είναι πάνω από 4.5V.

Με εξαιρετική χημική σταθερότητα και αντοχή στη διάβρωση, το PVDF μπορεί να αντισταθεί αποτελεσματικά στη διάβρωση του ηλεκτρολύτη πολικού οργανικού διαλύτη και έχει καλή απόδοση συγκόλλησης, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως στον συνδετικό υλικό καθόδου της μπαταρίας λιθίου, η οποία αντιπροσωπεύει έως και 90% επί του παρόντος.

Προκειμένου να βελτιωθεί αποτελεσματικά η ενεργειακή πυκνότητα, ο συνδετήρας μπαταρίας λιθίου πρέπει να χρησιμοποιηθεί σε μικρή ποσότητα και καλή επίδραση συγκόλλησης. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η άριστη απόδοση συγκόλλησης, το PVDF βαθμού μπαταρίας γενικά πρέπει να έχει υψηλό μοριακό βάρος, συνήθως περισσότερο από 1,1 εκατομμύρια, και ο συνδετήρας απαιτείται να έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε νερό.

Επιπλέον, προκειμένου να εξασφαλιστεί η συνέπεια των μπαταριών ιόντων λιθίου, οι κατασκευαστές μπαταριών απαιτούν υψηλό βαθμό συνέπειας στην απόδοση διαφορετικών παρτίδων αγορασθέντων PVDF.

Συνοψίζω

Το PVDF είναι ένα υλικό με εξαιρετική απόδοση και ευρεία εφαρμογή. Με τη συνεχή πρόοδο και ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, οι τομείς εφαρμογής της μπορούν να επεκταθούν περαιτέρω και να εμβαθύνουν. Ωστόσο, στη διαδικασία χρήσης, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πλήρως τα χαρακτηριστικά της και τους πιθανούς κινδύνους για να εξασφαλιστεί η ασφαλής και αποτελεσματική λειτουργία του.