در سال های اخیر، علاقه قابل توجهی به پلیمر پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) ابراز شده است. علاقه ای که دریافت کرد زیرا قوی ترین خواص پیزوالکتریک را در مقایسه با هر پلیمر تجاری دیگر از خود نشان می دهد. این پلیمر به طور گسترده در کاربردهای فناوری پیشرفته مانند تجهیزات فرآیند شیمیایی، برق و الکترونیک، کاربردهای تخصصی و مرتبط با انرژی استفاده می شود. اما، چه چیزی PVDF را به یک پلاستیک با کارایی بالا در چندین بخش تبدیل می کند؟ بخوان تا بیشتر بدانی.
PVDF چیست؟
PVDF (PVF 2 یا Polyvinylidene fluoride یا Polyvinylidene Difluoride) یک فلوروپلیمر ترموپلاستیک نیمه کریستالی با خلوص بالا است . با دمای سرویس تا 150 درجه سانتیگراد، PVDF ترکیب خوبی از خواص مانند:
- مقاومت شیمیایی استثنایی
- استحکام مکانیکی بالا
- خواص پیزوالکتریک و پیروالکتریک
- و همچنین قابلیت پردازش خوب
نامحلول بودن و خواص الکتریکی بسیار مطلوب آن ناشی از قطبیت گروه های متناوب CH 2 و CF 2 در زنجیره پلیمری است.
PVDF به راحتی قابل پردازش مذاب است و می توان آن را با قالب گیری تزریقی و فشرده سازی به قطعات تبدیل کرد. در نتیجه، معمولاً در تجهیزات پردازش شیمیایی مانند پمپ ها، شیرها، لوله ها، لوله ها و اتصالات استفاده می شود. سنسورها و محرک‌ها و غیره. کاربردهای الکترونیکی
زیادی دارد ، به‌ویژه به‌عنوان مواد پوششی برای کابل‌های درجه‌بندی شده در دستگاه‌های صوتی و تصویری و سیستم‌های هشدار. انتشار شعله کم و تولید دود PVDF یک مزیت اصلی در این کاربردها است. PVDF به عنوان یک اتصال دهنده برای کاتدها و آندها در باتری های لیتیوم یونی و
جداکننده باتری در سیستم های لیتیوم یون پلیمری .
کاربردهای نوظهور PVDF شامل غشاهای سلول سوختی و اجزای داخلی هواپیما و تجهیزات اتوماسیون اداری است.
ساختار مولکولی پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)
به لطف ترکیب عالی از خواص و قابلیت پردازش، PVDF بعد از PTFE به بزرگترین حجم فلوروپلیمر تبدیل شده است . PVDF به صورت تجاری در طیف گسترده ای از نرخ جریان مذاب و با افزودنی های مختلف برای افزایش خواص پردازش یا استفاده نهایی در دسترس است.
PVDF چگونه تولید می شود؟
PVDF (هموپلیمرها و کوپلیمرها) عموماً با پلیمریزاسیون رادیکال آزاد 1،1-دی فلوئورواتیلن (CH 2 = CF 2 ) سنتز می شود. پلیمریزاسیون در سوسپانسیون یا امولسیون از 10-150 درجه سانتیگراد و فشار 10-300 اتمسفر انجام می شود. سپس مواد به دست آمده به صورت فیلم یا صفحات پردازش می شود.
 1،1-دی فلوئورواتیلن – مونومر PVDF |
بسپارش |
 ساختار PVDF |
کلروتری فلوئورواتیلن (CTFE) یا هگزافلوئوروپروپن (HFP) معمولاً برای تهیه کوپلیمرهای PVDF استفاده می شود.
-
- کوپلیمرهای PVDF با HFP انعطاف پذیری بیشتری نسبت به گریدهای هموپلیمر PVDF دارند.
- کوپلیمرهای CTFE از انعطاف پذیرترین محصولات PVDF با عملکرد عالی در دمای پایین و انقباض کم هستند.
کوپلیمرها برای کاربردهای سیم و کابل و لوله ایده آل هستند که به انعطاف پذیری بیشتر نیاز دارند.
خواص پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)
ساختار کریستالی
این معمولاً یک پلیمر نیمه کریستالی است که تقریباً 50 درصد آمورف ساختار بسیار منظمی دارد و اکثر واحدهای VDF سر به دم به هم وصل شده اند و درصد بسیار کمتری از واحدهای مونومر سر به سر به هم متصل شده اند.
این فلوروپلاستیک در چهار ترکیب ممکن به نام‌های فاز α، β، γ و δ وجود دارد.
- پیوندهای C-F قطبی هستند و بالاترین گشتاور دوقطبی با تراز همه دوقطبی های پلیمر در یک جهت به دست می آید که مربوط به فاز β PVDF است. فاز β فاز مطلوب برای ویژگی های پیزوالکتریک پلیمر است.
- گشتاورهای دوقطبی بلورهای α در جهت مخالف هستند که منجر به قطبش خالص صفر می شود.
ساختار فاز آلفا و بتا PVDF
( منبع: انجمن سلطنتی شیمی)
مشخصات فیزیکی
این یکی از پایین ترین نقاط ذوب فلوروترموپلاستیک های تجاری است، اما دارای بالاترین دمای انحراف حرارتی تحت بار است.
| پلیمر | دمای انحراف، درجه سانتی گراد | نقطه ذوب، درجه سانتیگراد | |
| 0.5 مگاپاسکال | 1.8 مگاپاسکال | ||
| PVDF | 148 | 113 | 178 |
| PCTFE | 126 | 75 | 218 |
| PTFE | 121 | 56 | 327 |
| ECTFE | 116 | 77 | 240 |
| ETFE | 104 | 74 | 270 |
| PFA | 73 | 48 | 310 |
| FEP | 70 | 51 | 270 |
ویژگی های کریستالی و کشش سطحی بالا PVDF مقادیر نفوذ بسیار پایینی را در مقایسه با سایر فلوروپلیمرها ارائه می دهد. PVDF نفوذپذیری کمی نسبت به گازها و مایعات نشان می دهد. اگرچه، نفوذپذیری PVDF تحت تأثیر درجه کریستالی و اصلاح قطعات کریستالی است.
ویژگی های مکانیکی
در مقایسه با ETFE و ECTFE، PVDF مدول کششی مشابهی دارد اما مقاومت ضربه کمتری دارد. اصلاح با HFP یا CTFE مدول را کاهش می دهد اما ازدیاد طول و قدرت ضربه را افزایش می دهد.
| دارایی (استاندارد) | PVDF | ETFE | ECTFE |
| نقطه ذوب، درجه سانتی گراد، ASTM D 3418 | 154-184 | 250-275 | 236-246 |
| وزن مخصوص، g/cm 3 ، ASTM D 792 (جامد) | 1.75-1.80 | 1.72 | 1.7 |
| مقاومت کششی @ 23 درجه سانتیگراد، MPa، ASTM D 638 | 36-56 | 38-48 | 45-60 |
| کشیدگی @ 23 درجه سانتیگراد، ٪، ASTM D638 | 25-500 | 100-350 | 150-250 |
| مدول کششی @ 23 درجه سانتی گراد، MPa، ASTM D 638 | 1340-2000 | 830 | |
| قدرت ضربه ایزود @ 23 درجه سانتی گراد، J/m، ASTM D 256 | 160-530 | هیچ استراحت | هیچ استراحت |
| ضریب انبساط حرارتی ASTM D 696 | ~ 10 -4 | 9 × 10 -5 | 5 × 10 -5 |
| دمای پردازش محدوده، درجه سانتیگراد | 200-300 | 300-345 | 260-300 |
| ثابت دی الکتریک ، (1 کیلوهرتز)، ASTM D 150 | 7.5-13.2 | 2.6 | 2.6 |
| قدرت دی الکتریک ، kV/mm، ASTM D 149 | 260-950 | 59 | 80-90 |
| ضریب اتلاف، (1 کیلوهرتز)، ASTM D 150 | 0.0163-0.019 | 0.0008 | 0.0024 |
| LOI، ٪، ASTM D 2863 | 44 | 30 | 64 |
هنگامی که PVDF در معرض شعله قرار می گیرد، غیر قابل اشتعال است و چکه نمی کند. خود خاموش شونده است – مطابق با TL V0 است. LOI 44٪ است. همچنین مقاومت خوبی در برابر نور UV از خود نشان می دهد.
مقاومت شیمیایی
بی اثری شیمیایی بین فلوئوروپلیمرهایی مانند PTFE، FEP، PFA و MFA متفاوت است که نسبت به پلیمرهای فلوئوردار جزئی مانند CTFE (یا PCTFE) و ECTFE بی اثری شیمیایی نسبت به طیف وسیع تری از مواد شیمیایی نشان می دهند.
در دماهای بالا، PVDF را می توان در حلال های آلی مانند استرها و آمین ها حل کرد، که به PVDF اجازه می دهد تا به عنوان پوشش های مقاوم در برابر خوردگی روی تجهیزات فرآیند شیمیایی و پانل های معماری اعمال شود.
قطعات ساخته شده از PVDF مقاومت زیادی در برابر اسیدهای معدنی و آلی، هیدروکربن های آلیفاتیک و آروماتیک، الکل ها و حلال های هالوژنه نشان می دهند.
خواص الکتریکی و پیزوالکتریک PVDF
PVDF عمدتاً به دلیل ثابت دی الکتریک بالا و ضریب اتلاف آن در جداسازی سیم و کابل استفاده می شود.
با این حال، خواص الکتریکی ضعیف وجود دارد که امکان تولید فیلم های PVDF با رفتار پیزوالکتریک و پیروالکتریک را فراهم می کند.
در آنجا فیلم ها از فیلم های اکسترود شده در ترکیب فاز B تهیه می شوند. هر دو سطح فیلم متالیز می شوند و سپس تحت ولتاژ بالا قرار می گیرند که آن را به طور دائم قطبی می کند.
چنین فیلم هایی هنگام کشش یا فشرده شدن (پیزوالکتریک) یا گرم شدن (پیروالکتریک) در دمای نزدیک به نقطه ذوب ولتاژ تولید می کنند. فیلم های پلیمری نیز مقداری فروالکتریک را نشان می دهند.
غشای PVDF چیست؟
PVDF یکی از پرمصرف ترین مواد غشایی است که به دلیل خواص برجسته آن مورد توجه زیادی قرار گرفته است.
خواصی مانند پایداری حرارتی، مقاومت شیمیایی و فرآیند پذیری برای تشکیل غشاها، PVDF را برای استفاده در کاربردهای غشایی زیست پزشکی و تصفیه فاضلاب ایده آل می کند.
به لطف این ویژگی ها، کاربردهای غشاهای PVDF در حال حاضر در موارد زیر یافت می شود:
-
- تصفیه آب و پسماند تحت فشار (به عنوان مثال، میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و بیوراکتور غشایی)،
- عملیات کنتاکتورهای غشایی (مانند تقطیر غشایی، جذب و جداسازی گازهای اسیدی، حذف ترکیبات آلی فرار)
امروزه بیشتر غشاهای تجاری از طریق روش وارونگی فاز تولید می‌شوند که عمدتاً به دلیل سادگی و مقیاس‌های تولید انعطاف‌پذیر است (از این رو هزینه تولید پایین است)
اما ایرادات خاصی در ارتباط با غشاهای PVDF مانند خیس‌کردن یا رسوب‌گیری وجود دارد که به راحتی می‌توان آن را برطرف کرد. افزایش زبری سطح یا افزایش ماهیت آبدوست غشا. اگرچه حتی با اصلاح نمی توان از آن کاملاً جلوگیری کرد.
غشاهای PVDF را می توان به عنوان جداکننده در باتری های لیتیوم یونی استفاده کرد، زیرا پایداری شیمیایی و حرارتی خوبی دارد. این غشاها دارای استحکام مکانیکی خوب، اندازه منافذ مناسب و ویژگی های خاموش شدن هستند.
آنها همچنین برای ساخت غشاهای تبادل یونی استفاده می شوند.
پردازش پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)
گریدهای PVDF در طیف وسیعی از ویسکوزیته مذاب به صورت پودر و گلوله در دسترس هستند. می توان آن را با استفاده از تکنیک های قابل استفاده برای ترموپلاستیک های استاندارد پردازش کرد:
- اکستروژن
- قالب گیری تزریق، فشرده سازی و انتقال
- ماشینکاری
خشک کردن رزین قبل از پردازش معمولاً ضروری نیست.
قالب گیری تزریقی
- دمای مذاب باید بین 200-270 درجه سانتیگراد باشد
- دمای قالب 50-95 درجه سانتی گراد توصیه می شود
- ویسکوزیته مذاب نسبتاً بالای PVDF باعث می شود طراحی قالب مناسب به یک عامل مهم در قالب گیری تزریقی تبدیل شود.
- انقباض (3-4٪) قطعات قالب گیری تزریقی باید در حین لقاح در نظر گرفته شود.
» تمام نمرات PVDF مناسب برای قالب گیری تزریقی را بررسی کنید
اکستروژن
- در اکستروژن باید به حذف نقاط مرده ای که تخریب پلیمر شروع می شود توجه شود.
- دمای اکستروژن: از 230 تا 290 درجه سانتی گراد
- هیچ کمک اکستروژن، روان کننده یا تثبیت کننده حرارتی برای اکسترود PVDF مورد نیاز نیست.
- نسبت L/D حداقل 20 توصیه می شود
درجه پلی وینیل کلراید (PVC) مناسب را پیدا کنید
طیف گسترده ای از گریدهای پلی وینیل کلراید (PVC) موجود در بازار امروز را مشاهده کنید، داده های فنی هر محصول را تجزیه و تحلیل کنید، کمک فنی دریافت کنید یا نمونه درخواست کنید.