PVDF, ПВДФ (поливинилиденфторид) это материал будущего?

Поливинилиденфторид (PVDF, ПВДФ) – это хорошо сбалансированный инженерный пластик, обладающий превосходными техническими свойствами фтористой смолы, а также отличной способностью к формованию. ПВДФ называют материалом с безграничными возможностями, поскольку из этого полимера делают особо высокотехнологичные изделия – детали аэрокосмического оборудования, макромолекулярные ферроэлектрической пленки, пироэлектрические покрытия и многое другое. Поливинилиденфторид известен уже давно, но, кажется, главное его применение еще впереди.

Оглавление

PVDF (ПВДФ) – что за материал и как расшифровывается
Особенности производства и марки ПВДФ
Свойства материала
Структура
- Химические свойства
- Физические и электрические свойства
Применение ПВДФ поливинилиденфторида
- Покрытия PVDF
- Нанесение полимерного слоя PVDF на металл

PVDF (ПВДФ) – что за материал и как расшифровывается

ПВДФ – это аббревиатура от названия полимера поливинилиденфторид. Можно встретить еще вариант написания поливинилидинфторид, но следует заметить, что в данном случае имеет место калька с английского произношения Polyvinylidene Fluoride (PVDF). Техническое название ПВДФ в СССР и России: – фторопласт-2.

Следует учитывать, что наименование группы фторсодержащих полимеров фторопласт (или фторлон) принято только на территории России и стран бывшего СССР.

Итак, поливинилиденфторид – это огнестойкий инженерный термопласт с превосходными характеристиками фторопласта. Материал обладает отличными технологическими характеристиками и используется в тех областях, где требуется термостойкость, коррозионная стойкость и атмосферостойкость. Это универсальный технический материал.

Особенности производства и марки ПВДФ

ПВДФ относят к разряду особо чистых полимерных соединений, поскольку в его составе не обнаруживается посторонних примесей от процесса производства: стабилизаторы, катализаторы, смазка и пластификаторы оставляют свои следы в других типах полимеров и это нередко является проблемой, требующей для своего решения дополнительной очистки. PVDF марки KF POLYMER и вовсе перерабатывается без добавок, таких как пластификаторы или термостабилизаторы. Поэтому изделия из ПВДФ данной марки являются по своей сути чистыми и применяются, к примеру, в деталях для систем трубопроводов сверхчистой воды.

Поливинилиденфторид является одним из самых простых в обработке фторполимерных материалов. Он может быть обработан методом литьем, экструзией и сваркой.

ПВДФ можно формовать на обычном оборудовании, используемом для товарных кристаллических полимеров, таких как полиэтилен и полипропилен.

К особенностям производства следует отнести строгий контроль температуры расплава. Перегретый полимер вызывает тепловое разложение и приводит к образованию коррозийных газов. Разложение происходит при температуре свыше 280°C. Следует помнить, что разложение может происходить и при более низких температурах в течение длительного времени при контакте с каталитическими веществами, такими как стекловолокно, оксид титана, сплав, содержащий бор.

За рубежом ПВДФ производят разные компании под собственными торговыми марками. Наиболее известны в России: KF polymer, Solef, Kynar, Hylar, Sygef.

KF Polymer

KF POLYMER (kf pvdf) – это поливинилиденфторид от японской компании KUREHA. Этот инженерный пластик сочетает в себе превосходные свойства фторидной смолы и пластичность полимеров общего назначения. Он широко используется в областях, требующих устойчивости к воздействию тепла, коррозии и погодных условий, включая электронные материалы, рыболовные лески и струны для музыкальных инструментов, таких как гитары и скрипки. Сфера применения расширилась до передовых технологий, и теперь KF Polymer также служит связующим материалом для электродов в литий-ионных батареях и мембранных фильтров для очистки воды.

Отличная формуемость (литье и экструзия), превосходящая другие фторидные смолы, может использоваться в качестве порошка для покрытия и обеспечивает возможность вторичной обработки, например, сварки.

Solef PVDF

Solef PVDF широко используется в химической обработке, полупроводниковой промышленности, мембранах, здравоохранении, нефтегазовой промышленности, а также в литий-ионных батареях, изоляции проводов и кабелей, термопластичных композитах и в пищевой промышленности. Пластик марки Solef® PVDF также находит все большее применение в аэрокосмической промышленности.

Kynar PVDF

Kynar PVDF – продукция компании Arkema, производящей поливинилиденфторид и гибкие сополимеры. Эти материалы известны благодаря балансу простоты обработки и огромной прочности и долговечности. Преимуществом марки Kynar PVDF считается исключительная простота в переработке, не требующая специального оборудования. У данной марки фторопласта имеется очень широкое "технологическое окно" (большая разница между температурой плавления и температурой деструкции).

Свойства материала

Поливинилиденфторид отличается множеством положительных свойств, и выделяется на фоне других фторидных смол.

высокая чистота состава, возможность обработки без пластификаторов
отличная формуемость (литье и экструзия)
доступность вторичной обработки
химическая стойкость
механическая прочность
устойчивость к истиранию
низкий коэффициент трения
атмосферостойкость
теплостойкость
устойчивость к возгоранию
физиологическая инертность

Стойкость к химическим веществам и атмосферным воздействиям способствует увеличению срока службы изделий из ПВДФ. Высокий уровень чистоты этого материала делает полимер ПВДФ пригодным для использования в производстве химических веществ высокой чистоты.

Меры предосторожности по работе с материалом PVDF таковы:

Нельзя использовать и нагревать PVDF при температуре свыше 280°C. В случае перегрева следует установить вентиляционное оборудование и обеспечьте достаточную вентиляцию, чтобы избежать вдыхания образующегося вредного газа.
Поскольку сырье PVDF легко электризуется, нужно принять меры по антистатическому контролю оборудования.

Структура

ПВДФ – это фторсодержащий полимер, где мономером выступает винилиденфторид (1,1-Дифторэтилен) из группы фторолефинов.

Винилиденфторид – непредельное фторорганическое соединение; алкен, в котором атом водорода замещен атомом фтора. Полимеризация этого мономера дает термостойкий материал.

Полимерная цепь ПВДФ имеет структурную формулу -(C2H2F2)n-

Полярность ПВДФ обусловлена его молекулярной структуры; блок CH2 является донором электронов, а блок CF2 – акцептором электронов.

Полимерные цепи ПВДФ полимерные цепи состоят из связей:

"голова к хвосту" -CH2-CF2-CH2-CF2-
"голова к голове" -CH2-CF2-CF2-CH2-
"хвост-хвост" -CF2-CH2-CH2-CF2-

Соединение "голова к хвосту" обозначается как регулярная связь. Полимер поливинилиденфторид имеет высокий коэффициент регулярной связи и линейную структуру.

ПВДФ имеет различные кристаллические структуры, такие как α-фаза, β-фаза и γ-фаза. Внешний вид этих кристаллических структур показаны на схеме.

ПВДФ обычно образует α-фазу из расплавленного состояния. В α-фазе полимерные цепи поливинилиденфторида имеют полярность и укладываются антипараллельно. Антипараллельная укладка приводит к неполярной природе
кристалла α-фазы.

Кристалл β-фазы образуется путем холодной вытяжки кристалла α-фазы. В кристалле β-фазы цепи ПВДФ имеют полярность и укладываются параллельно. Следовательно, β-фазный кристалл имеет наибольший диполярный момент потому и используется для ферроэлектрических изделий.

Кристалл γ-фазы производится путем термической обработки α-фазного кристалла. Кристалл γ-фазы имеет полярность, аналогичную кристаллу β-фазы.

Химические свойства

ПВДФ обладает превосходной химической стойкостью в широком диапазоне химических веществ и сохраняет свои свойства в течение долгого времени.

Формула поливинилиденфторида

Поскольку ПВДФ обладает сильной полярностью, он может подвергаться воздействию некоторых полярных растворителей. Под воздействием щелочи и аминных соединений заметного ухудшения механических свойств не наблюдается.
ПВДФ обладает хорошей устойчивостью к кислотам. Однако на него могут воздействовать некоторые сильные кислоты (серная кислота, азотная кислота).

Данный полимер можно использовать в контакте с углеводородами, органическими кислотами, спиртами и хлоруглеводородами, но он может набухать или частично растворяться в основных аминах, высокополярных эфирах, кетонах и амидах. Примерами полярных растворителей, растворяющих поливинилиденфторид, являются NMP (N-метил-2-пирролидон), DMF (диметилформамид), DMA (диметилацетамид) и DMSO (диметилсульфоксид).

Физические и электрические свойства

Полимер ПВДФ является одним из лучших фторполимеров с точки зрения механических свойств.

ПВДФ имеет температуру стеклования при -35°C, измеренную методом DMA (динамический механический анализ).

Температура плавления ПВДФ составляет 175°C.

Температура кристаллизации составляет 145°C.

Термическое разложение начинается при температуре около 360 °C.

Однако, если ПВДФ выдерживается при повышенной температуре в течение длительного времени, термическое разложение может происходить при температуре ниже 360 °C.

Поскольку ПВДФ имеет очень большой дипольный момент, диэлектрическая проницаемость очень высока. Измеренное значение составляет около 10 для неориентированного материала. В целом, диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью имеют низкое объемное удельное сопротивление, но ПВДФ сохраняет высокую изоляцию. Аналогично, диэлектрическая прочность при пробое является высокая, но диэлектрические потери (около 0,013) сравнительно высоки.

Применение ПВДФ поливинилиденфторида

ПВДФ поистине универсальный технический полимерный материал. Он находит свое применение в нефтехимии и металлургии, в пищевой и фармацефтической отраслях, в текстильной промышленности и в сфере атомной энергетики. Изделия из поливинилиденфторида можно найти среди спортивных и медицинских товаров, среди бытовых приборов.

ПВДФ и его марочный ассортимент позиционируются как маркер высокотехнологичного развития промышленности страны.

Из поливинилиденфторида изготавливают:

Экструзионные листы
Детали для инжекции
Атмосферостойкие пленки и листы
Связующие для литий-ионных батарей
Мембраны
Насосы, фильтры для воды
Добавки для компаундирования

Сферы применения ПВДФ:

Антикоррозия (клапаны, соединения, насосы, цельные трубы, пластины, стержни)
Устойчивость к атмосферным воздействиям (фотоэлектрическая подложка, ламинатная пленка для накладок)
Стойкость к УФ радиации (изделия из PVDF могут стерилизоваться ультрафиолетом или использоваться для производства неразлагающихся на свету элементов и покрытий)
Химическая стойкость (изготовления емкостей, переходников, клапанов и фитингов на химических заводах и других промышленных объектах)
Электротехника и электроника (пьезоэлектрические и пироэлектрические пленки, покрытие проводов, ферроэлектрические пленки, датчики и динамики)
Аккумуляторный материал (связующее для литий-ионных батарей)
Мембранные фильтры (очистка воды)
Рыболовные лески (торговая марка: Seaguar)
Струны для музыкальных инструментов (гитара, скрипка)

Покрытия PVDF

Отдельного упоминания заслуживает полимерное PVDF покрытие, наносящееся на металлические поверхности. Атмосферная устойчивость ПВДФ помогает защитить металлические изделия от коррозии и существенно улучшить их свойства. Покрытие получается гладкое и приятное на ощупь, с матовой или глянцевой текстурой, окрашенное в разные цвета и металлические оттенки.

Данный метод применяют для труб, сэндвич-панелей, листовых и профильных строительных материалов (сайдинга, профнастила), деталей бытовой техники.

Высокие декоративные качества только дополняют отличные прочностные и антикоррозионные показатели металла с покрытием поливинилиденфторид.

Нанесение полимерного слоя PVDF на металл

Современное производство строительных и конструкционных материалов часто прибегает к нанесению слоя PVDF на металл: например, на оцинкованную сталь наносится слой PVDF для производства стеновых панелей.
PVDF в данном случае может состоять из смеси поливинилденфторида и акрила в пропорции 70/30. Полимер в жидком расплавленном состоянии наносится на металл валковым методом, после чего производится окончательная формовка металлического изделия.

Лицензионный PVDF для нанесения на металлические поверхности выпускается марок Kynar500 и Hylar5000.

Подобное покрытие существенно поднимает цену готовых изделий, но при этом снижается стоимость амортизации на ремонт и износ конструкций.

Смотрите также по теме «PVDF, ПВДФ (поливинилиденфторид) это материал будущего?»: