PVDF作为涂层

PVDF（聚偏二氟化乙烯）是众所周知的含氟聚合物（图1）。PVDF由PTFE开发，结果表现出类似的行为，也用作涂层。PVDF于1948年获得专利，从那时起，生产材料的权利就会改变了几次。PVDF被销售为Hylar^®（Solvay），Kynar^®（arkema）只有两个例子。¹

图1。普遍的含氟聚合物景观。PVDF是由相同单体单元的连接产生的均聚物。PVDF与PCTFE和PTFE密切相关。

PVDF有一些独特的特性，使它有别于其他含氟聚合物，其中之一就是它的多重构象。这些差异使得PVDF在预处理和后处理中更容易操作，这意味着它可以用于广泛的应用;包括不能使用聚四氟乙烯的应用场合。

由于它被商业化了应用领域PVDF.已经越来越宽阔，材料在许多意想不到的行业中使用。因此，PVDF目前是营销份额中的第二大含氟聚合物。

发现，合成和结构

PVDF合成遵循在20世纪30年代后期在Dupoint的第一次合成PTFE。²以与PTFE合成类似的方式，PVDF通过二氟化乙烯乙烯的单体的自由基聚合产生（图2）。即使PVDF还有交替的-CH₂和-cf.₂群体仍然是一个均聚物，因为它仅包括一个重复单体单元。

图2。PVDF直接前体和合成。一种典型的合成PVDF的方法是通过自由基反应加入偏二氟乙烯单体。

由于PVDF易于合成，因此很容易错误地认为它是一种简单的聚合物。PDVF是唯一可以在其结晶状态采用几种不同稳定配置的含氟聚合物之一。虽然PVDF确实显示出一些类似的行为对PTFE进行了这种构象多样性，其使其与其他含氟聚合物不同。

PVDF中的氟原子负责它可以采用的不同构象。PVDF中的氟原子各自具有三个孤立的一对（六个非粘合）电子，这意味着它们具有高电子密度;并且这种高电荷密度导致原子互相排斥。

PVDF中氟原子之间的排斥力导致（至少）四种不同的稳定构象：形式I（β），形式II（α），形式III（γ），以及形式IV（δ）。PVDF也具有非晶相构象，因为它们是无序的，它们是未定义的。

PVDF的形式I具有规范的曲折构象，类似于线性，非支链烃链的构象（图3a）。PVDF（PVDFα）的形式是由于其稳定性较高的室温下最常看到的形式（图3B）。形式II的增强稳定性是vicinal（即相邻）对氟原子对的结果，而不是形式I.

[以下信息通常是关于I（用于说明）和表格II的表格II。]

图3。PVDFβ（形式I）和α的结构（形式II）。一种）形式I（β）是类似于简单的饱和烃链的典型曲折构象。b）形式II（α）采用上下或起伏的构象（如图2-D中所示），并将氟代原子与彼此彼此彼此较长的距离定位.PVDFα比β更稳定，使得PVDFα更稳定最常见的形式自发地发生在室温下。[对于A和B，插图是：立体声键 - 线绘制（上），球形和棒模型（中间）和空间填充模型（下）。PVDF的构象在熔融和无定形阶段中是可变的。

加工

使PVDF比PTFE更适合于商业化的一个因素是它与PTFE不同的是熔融性的。包括交替的-ch₂PVDF组而不是全部-CF₂与PTFE相比，作为PTFE为PTFE将熔点降低至〜170°C（338°F）的熔点至327℃（621°F）。（PVDF熔点可能由于可用PVDF树脂等级的各种各样的各种各样的种类而有所不同）。PVDF的处理很容易，可以在大多数行业标准设备进行。app亚博体育^3.

通常可以进行处理而无需使用润滑剂或增塑剂，允许合成纯PVDF。^4.必须在用PVDF注塑成型的最终阶段进行显着的通风，以防止燃烧或“柴油”。^3.PVDF适用于所有常见的制造工艺，包括挤出，压缩成型，注射和吹塑和浸渍和涂料应用（表1）。

表1。PVDF处理适用性。PVDF易于使用行业标准设备加工，适用于大多数加工和生产方法。app亚博体育

处理方法	适应性
注塑成型	是的
挤出（型材，薄膜，板材，管材和涂层）	是的
吹塑（薄膜）	是的
压缩成型	是的
浸渍、涂层	是的

当用PVDF注塑时，最好使用镀铬或镍的表面，因为它有助于防止表面的点蚀。^3.PVDF的易于加工性和高适应性是使PVDF成为流行的工业材料的许多特性之一。

PVDF属性

物理和机械

PVDF.拥有属性的组合，使其与一些最佳性能的含氟聚合物相提并论。PVDF倾向于形成长聚合物链，意味着它具有高分子量。常规PVDF产品具有重量轻，并且具有透明度到白色之间的颜色（表2）。PVDF比全氟聚合物轻，例如氟化乙烯丙烯（FEP）或PTFE，但比聚醚醚酮（PEEK）重。

表2。PVDF典型物理性质。PVDF化学结构使其具有许多特殊的特性，包括耐化学性和生物相容性。对于灭菌，高压釜和EtO在γ辐射上优选。（方法是ASTM测试标准，除了指示）。

财产	ASTM.	价值（天然聚合物）
外貌	-	发白到半透明
密度（g / cm3.）	D792	1.76 - 1.82
比重（23°C）	D792	1.76 - 1.82
吸水率（50％RH;％）	D570 / ISO 62-1	0.02 - 0.07
折射率	D542	1.41
限制氧气指数（LOI）厚度3.2毫米	D2863	44.
生物相容性	USP第六类	是的
耐化学性	-	优秀
消毒	-	高压灭菌，eto和伽玛

PVDF含有强而短的C-F和C-H键，它们非常不活泼，使PVDF具有很高的耐化学性(即使在高温下)和极低的吸水性。这种电阻率意味着可以在140°C(284°F)下蒸汽清洗PVDF进行高压灭菌，它也可以使用ETO或γ灭菌清洗，首选前一种方法。^3.

PVDF的惰性意味着它是生物相容性的，被分类为USP类VI塑料。PVDF的生物相容性意味着它在生物医学和医疗产业中广泛使用，以及其建立的工业用途。此外，PVDF的不同构象，每个都有自己的属性，意味着PVDF具有一些独特的应用。由于它易于处理PVDF也可以是应用程序的流行材料，即使其性能并不完美。

PVDF的机械性能也证明了为什么它被用于这么多不同的应用。PVDF具有结晶度约50%的半结晶结构。聚合物显示出很强的尺寸稳定性，尽管高结晶PVDF，接近70%的结晶度，可以显示收缩，如果产品的关键尺寸需要考虑这一点。^3.除了这种高度结晶的PVDF之外，还可以在模塑过程中生长空隙。^3.

与其他含氟聚合物相比，PVDF具有高耐磨损和硬度，同时也相对刚性（表3）。它是机械强的，也显示出类似于PEEK的拉伸强度;这对于不想使用具有芳香族群体的聚合物的制造商是有用的。

表3。典型的PVDF机械性能。即使在其工作温度的上部，PVDF也具有优异的机械性能。PVDF也在负载下进行良好。（方法是ASTM测试标准，除了指示）。

财产	ASTM.	价值（天然聚合物）
拉伸强度（MPa）	D638	14 - 55
断裂伸长（％）	D638	20 - 800.
弹性模量（GPA）	D638	1.3 - 2.2
弯曲模量(GPa)	D790.	1.38 - 2.31
抗弯强度(MPa)	Iso 178 / d790	37 - 80
硬度（岸边D）	D2240	50 - 80
冲击强度（23°C; kj / m2） 切口 不受欢迎	ISO 180.	8. 没有休息
摩擦系数	D1894	0.14 - 0.54

PVDF在轴承载荷均良好的载荷，比其他大部分熔化可加工塑料更少。PVDF的摩擦系数相对较低，低于大多数含氟聚合物，尽管它高于PTFE - 这是最流行的低摩擦含氟聚合物。

PVDF的物理性质仅在长期暴露于UV后弱效应，这是一种用于户外应用的有用材料。PVDF的高机械韧性和强度以及其结晶和尺寸稳定性，意味着它被归类为最佳性能的含氟聚合物之一。

热

PVDF在其应用温度范围内显示出良好的热性能。PVDF.具有足够的热稳定性，即使在低于零的温度下，最大值为150°C（302°F），（表4）。甚至熔化PVDF在250℃（482°F）下也没有表现出体重减轻。

表4。PVDF热性能。虽然PVDF的上部服务温度可能看起来相当温和，但它在这些温度下保持了许多所需的机械性能。PVDF对燃烧的抵抗力也是一种高度优选的特质。（方法是ASTM测试标准，除了指示）。

财产	方法	价值（天然聚合物）
导热率（W / M-K）	D433 / ISO 22007-4 / C-177	0.14 - 0.20
最大维修温度（°C）	UL 746.	150.
最低服务温度（°C）	UL 746.	-40
熔点（°C）	D4591 / D3418 / ISO 12086 / DOW方法	117 - 172.
玻璃过渡温度（°C）	E1356 (DSC)或E1545(机械)	-48到-38
分解温度（°C）	E1131	375.
热膨胀系数，线性（μm/ m-°C）	D696	80 - 194.
易燃度评级（UL 94）	D2863	V-0.

PVDF的低导热率使其成为需要热屏障的应用的流行材料。此外，PVDF不是非常可燃，并且需要至少40％氧气的气氛燃烧，这比环境条件中存在的氧比氧气增加了19％。

PVDF的低导热率意味着它发现作为热屏障的应用。燃烧也很难燃烧，需要至少40％的氧气（与环境条件下的21％氧气相比）以持续的方式燃烧。PVDF在易燃性方面是UL 94 V-0，并且是低烟（即自灭火），这在汽车和航空航天等关键应用中是有益的。

这种行为使PVDF成为持续，高温应用中使用的选择。

电

PVDF是中等绝缘体（表5）。PVDF的α形式是唯一的非极性构象，因此不显示压电或热电行为，这使得比其它形式更加绝缘（β，γ和δ）。^5,6大多数合成的PVDF将包含一些非晶态区域，导致α形式的绝缘降低。

表5。PVDF电气性能。与全氟化聚合物相比，PVDF具有中等介电性状。然而，PVDF电介质可以在加工过程中影响以改变电介质性质。（方法是ASTM，除非指示）。

财产	ASTM.	价值（天然聚合物）
介电常数（1 MHz）	D150	4.5 - 13.5
介电强度（v / mil）	D149 / IEC 60243-1	254 - 1100.
体积电阻率（ω-cm）	D257 / IEC 60096	2×1014.

弱绝缘PVDF可以优选用于需要静电耗散的应用。PVDF的高度可变绝缘行为在其宽的击穿电压下（发生材料故障的电压）和介电强度范围。这意味着制造商应在购买之前确定哪种类型的PVDF最适合其应用。

精加工

PVDF几乎可以生产任何符合表1所述工艺的形式，只有一些例子是板材、棒、管、拉伸纤维和单丝、铸件和薄膜。PVDF的易加工和精加工;用与聚酰胺类似的方式加工的PVDF，是使用PVDF的另一个优点。

使用PVDF时，最好在精细加工之前将未完成的PVDF产品留出未完成的PVDF产品在其外部环境中平衡。应小心地进行转动和铣削等一些过程，因为它们会导致芯片的熔化。

在这种情况下，由于PVDF的化学惰性，可以使用许多不同的冷却流体。建议在精加工前进行粗扩孔和预钻。

为了帮助加工过程，许多制造商提供了解决关键问题的指导方针，并帮助实现从PVDF制造的精确部件。

应用程序

PVDF可用于各种应用。它的性质（即耐化学性，耐热性，韧性和强度（表6）是有利的许多工业应用。

表6。PVDF应用调查。PVDF的主要性质如机械强度和韧性及其纯度和耐化学性在广泛的行业中是高度优先的。PVDF的易于加工在其他可比较的聚合物上使这些区域的额外优点。

应用或行业	重点福利
航空航天和汽车	UL 94 V-0易燃额定值，低烟
化学制造业	化工、耐热性;韧性
能量（石油和天然气）	抗化学腐蚀
外部（户外）	保护紫外线涂层或涂料添加剂增加产品寿命
流体处理	耐化学性，纯度
药品，食品加工	生物相容性;化学和耐热性;负载下的机械性能
一般工业	韧性，容易加工

PVDF的高纯度和强大的化学电阻率意味着它是化学传输系统涂层的普遍选择，PVDF经常在配件和阀门形式的化学设备中找到。出于相同的原因，除了PVDF产品的高耐磨性和韧性，PVDF也倾向于作为法兰，泵组件和垫片存在。

美国农业部或美国食品和药物管理局已批准某些级别的PVDF用于与食品接触的应用。PVDF是一种很好的食品托盘生产材料，因为它可以在高温下灭菌，而不会影响托盘的形状。出于同样的原因，PVDF在制药行业也很受欢迎，因为它可以很容易地蒸压;同时也提供了高耐化学性和良好的承载能力。

PVDF适用于涉及高机械应力和温度的应用。PVDF的介电特性也使得它在需要静态耗散时非常有用。与此相反，如果PDVF已经合成，以显示其绝缘性能，那么它可以作为高温、关键应用(如航空航天领域)布线的涂层。PVDF非常适合于航空航天和整个汽车工业，因为它是惰性的燃烧等级为V-0。

PVDF朝向紫外线辐射的稳定性意味着它用于许多室外应用，例如涂料添加剂或保护涂层以改善户外寿命。

PVDF的关键特性，即其高机械韧性，相对于温度和载荷，以及化学惰性，使其成为一种高度通用的材料和第二种最常用的含氟聚合。

总结

PVDF聚合物具有不同理想性质的强烈混合物，同时也易于加工;随着交替的-CH的存在₂使聚合物在较低温度下制备聚合物的组。四种鉴定的PVDF，α，β，γ和δ的稳定结晶形式使其成为一种独特的含氟聚合物。

α-PVDF是其最稳定的配置，使其在环境温度下最普遍，这也是唯一具有压电或热电行为的唯一配置。

PVDF.

PVDF相对独特，因为它即使在其使用温度的高端也保持了许多有利的特性。PVDF.高度化学惰性并​​具有高拉伸强度，其在高热和机械应力下保持。

PVDF不易燃烧，使其成为可用于适用于诸如航空航天等关键应用的材料。PVDF的惰性使其特别生物相容性，用于医疗装置和食品包装中使用的一些等级。PVDF的高纯度意味着它是药物和化学工业中的选择性的聚合物。

虽然它不是最好的绝缘体PVDF经常用于需要静态耗散的应用。聚合物可以形成膜、管、膜等形状;所有这些都使用常规的、非专业的塑料加工系统和规程。

虽然PVDF不是最好的表现含氟聚合物之一，其易于制造和多功能性的意思是它仍然是非常有用和高度流行的。

表7。PVDF的优点和局限性。PVDF提供了属性的平衡，使其能够与其他更昂贵的聚合物竞争。PVDF还显示出卓越的长期UV（室外）性能。

优点/福利（+）	限制(-)
易于加工（熔化加工） 机械强度 保留机械性能 化学和尺寸稳定性 优异的耐化学性 低重量 优秀的抗紫外线	与玻璃纤维不相容 成本 中等高级服务温度 中度绝缘能力

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