Поливинилиденфторид (ПВДФ, PVDF, фторопласт-2) — это высокопрочный фторсодержащий полимер, который инертен к большинству химических соединений, обладает рядом полезных электрических свойств и может работать в широком диапазоне температур. Он служит сырьем для гибких труб, мембран, изоляции, защитных покрытий и многих других вещей, которые применяются в разных отраслях промышленности, например нефтехимической, военной или приборостроительной. По распространенности PVDF уступает только тефлону.
Характеристики ПВДФ
С точки зрения физики материал стабилен, хорошо выдерживает механические воздействия, но в то же время эластичен и хорошо сваривается. Полимер устойчив к высоким температурам, истиранию, влаге и коррозии, плохо проводит тепло. PVDF стоек к УФ-излучению, поэтому может без ограничений применяться вне помещений.
В химическом отношении ПВДФ не боится концентрированных кислот, сильных окислителей, растворителей, галогенов, спиртов, солей и слабых щелочей. Стойкость сохраняется даже при температурах, близких к +100 °C, — по этому параметру материал обгоняет даже металлы. Однако к сильным щелочам, сложным эфирам и некоторым кетоновым соединениям нужно относиться с осторожностью: они могут размягчать соединение.
Полимер соответствует классу горючести и воспламеняемости V-0 (гаснет менее, чем за 10 секунд после удаления пламени) и имеет высокие диэлектрические свойства. В отличие от большинства пластмасс, в состав поливинилиденфторида не входят термо- и УФ-стабилизаторы, размягчители и прочие добавки, поэтому он не выделяет загрязнений в окружающую среду. Кроме того, микроорганизмы на поверхности материала также не задерживаются, следовательно, полимер можно применять для хранения медицинских и пищевых жидкостей.
Производство полимера
ПВДФ — это частично фторированный технический полимер, один из сополимеров винилиденфторида с гексафторпропиленом. Его получают в виде суспензии или эмульсии путем полимеризации газообразного фтористого винилидена. Далее материал превращают в пленки, листы или гранулы.
Строение полимера может варьироваться: он может находиться в альфа-, бета-, гамма-фазах. При производстве обычно получают непьезоэлектрическую альфа-фазу и дополнительно обрабатывают материал. Его механически растягивают, при этом молекулы меняют хаотическое расположение на ориентированное, поляризация фиксирует эту структуру, и полимер приобретает пироэлектрические и пьезоэлектрические свойства. В результате ПВДФ можно применять, например, в датчиках тепловизионных камер. Интересно, что PVDF обладает отрицательным пьезоэлектрическим коэффициентом, то есть при воздействии электрического поля он сжимается, а не расширяется, как многие другие пьезоэлектрические материалы.
Поливинилиденфторид термоэластичен, то есть теряет жесткость при нагревании. Соответственно, продукты из него можно перерабатывать в другие изделия обычными методами вроде экструзии или литья под давлением. Фторопласт-2 хорошо поддается механической обработке и легко окрашивается.
Что делают из поливинилиденфторида
Полимер крайне универсален и применяется в разных отраслях. Это связано с его химической стойкостью, механической прочностью, широким диапазоном рабочих температур, отсутствием примесей. Он не реагирует с транспортируемой средой, будь то сверхчистая вода для полупроводниковой промышленности или агрессивные продукты химического синтеза, нагретые до сотни градусов и более. Кроме того, материал имеет низкий коэффициент трения и высокую стойкость к износу, то есть позволяет перекачивать абразивные составы и суспензии с высокой вязкостью.
Трубы, фитинги и запорная арматура из ПВДФ применяются для транспортировки жидких сред в нефтехимической и целлюлозно-бумажной, лакокрасочной и автомобильной промышленности. Причем трубопроводы, по которым перекачивали пищевые или фармацевтические составы, можно стерилизовать горячей водой, паром или озоном. Удобно, что магистрали из PVDF можно монтировать и под открытым небом, поскольку он не боится УФ-излучения и обеспечивает жидкости неплохую теплоизоляцию.
В производстве электрооборудования ПВДФ — сырье для оболочек кабелей, компонентов аккумуляторных батарей и деталей приборов. Изделия получаются гибкими, легкими, стойкими к коррозии и повышенным температурам. Там, где идет речь про тензодатчики, матрицы или легкие звуковые преобразователи, востребованы уже пьезоэлектрические свойства полимера.
Поливинилиденфторид используют в производстве композитных электродов для литий-ионных аккумуляторов. Тут он работает как связующий материал, поскольку не вступает в реакцию с литием и электролитом.
В медицине ПВДФ становится сырьем для прочных хирургических нитей, а также для изготовления фильтров. Нити получаются устойчивыми к химическим составам и не вызывают аллергических реакций. А на поверхности фильтров не задерживаются белки.
Из PVDF получаются прочные, гибкие и легкие пленки. Их используют, в частности, как мембраны (в напорных системах обработки питьевой и сточной воды), термо- и химически стойкие фильтры, чувствительные преобразователи.
Износостойкие и эластичные фторопластовые покрытия обладают низкой проницаемостью для многих газов и жидкостей, устойчивы к коррозии и грибкам, долго сохраняют цвет. Поэтому их применяют для изделий, находящихся на открытом воздухе: кровель, композитных панелей, декоративных архитектурных деталей.
Вследствие того, что PVDF прочен и устойчив к разрывам, его широко применяют в производстве пакетов, контейнеров и другой упаковки. Из ПВДФ также делают специальные монофиламентные рыболовные лески, заменяющие нейлоновые. Эта продукция более твердая и устойчивая к рыбьим зубам и истиранию. Кроме того, у нее выше коэффициент пропускания, чем у нейлона, то есть леска менее заметна для подводных обитателей.
Свойства материала
• Плотность: 1,78 г/см3 (на 0,4 г/см3 меньше, чем плотность фторопласта-4).
• Прочность на растяжение: до 55 МПа (как у оргстекла).
• Относительное удлинение при разрыве: до 50 %.
• Твердость: 50–80 по Шору по шкале D (между колесом тележки и промышленной защитной каской).
• Температура эксплуатации: –40…+150 °C.
• Точка плавления: 177 °C.
• Водопоглощение: 0,02–0,07 %.
