پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF

شرحی کامل از پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF

در سالهای اخیر ماده ای با نام پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF به مقدار زیادی مورد توجه قرار گرفته است. این استقبال و توجه از انجایی نشات می گیرد که این ماده در مقایسه با سایر پلیمر های تجاری دارای خاصیت فیزوالکتریک خیلی بیشتری میباشند.

ماده یاد شده به مقدار فراوانی در تولید محصولات حوزه فناوری های پیشرفته به کار برده میشود مانند تجهیزات فراوری شیمیای، برقی و الکترونیکی، محصولات مرتبط با حوزه انرژی و موارد تخصصی.

اما چه چیزی باعث شده است تا پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF دارای مصارف خیلی زیادی  در بخش های متفاوت باشد؟ با مطالعه این مقاله میتوانید پاسخ این سوال را بیابید.

پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF چیست؟

PVDF یا ₂PVDF یا پلی وینیلیدن فلوراید و یا پلی وینیلیدین دی فلوراید نوعی ترموپلاستیک فلوئوروپلیمری است که خاصیت نیمه شفاف داشته و خلوص ان زیاد است. و دمای کارکردی ان نیز تا 150 درجه سانتی گراد میباشد. ماده یاد شده ترکیبی مطلوب از خواص متفاوت را دارا میباشد مانند :

• مقاومت شیمیایی بی نظیر
• استحکام بالای مکانیکی
• خواص فیزوالکتریک و پیروالکتریک
• و قابلیت فراوری خوب

خاصیت عدم انحلال این ماده که بسیار مطلوب است و همچنین خواص الکتریکی ان ناشی از قطبیت  گروه های تناوبی اتیلن و دی فلوئوروکربن در زنجیره پلیمری است.

ماده یاد شده قابلیت فراوری در حالت ذوب را دارد و میتوان ان را با استفاده از روش های قالب گیری تزریقی و فشردگی به محصولات متفاوتی تبدیل کرد. در نتیجه از این ماده برای ساخت تجهیزات فراوری های شیمیایی استفاده میشود مانند پمپ ها، لوله ها، شیرفلکه ها، سنسور ها، اتصالات و عملگرها.

همچنین پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF به مقدار فراوانی در تولید محصولات برقی مانند مواد پوشش دهنده ی کابلهای به کار برده شده در دستگاه های صوتی و تصویری و سیستم های هشدار دهنده استفاده میشود. انتشار کم شعله ها و تولید دود نیز در این ماده باعث میشود تا از PVDF به عنوان اولیه ماده در این حوزه انتخاب شود.

PVDF در باتری های لیتیوم یونی نیز نقش رابط کاتود و آنود ها را به عهده دارد و در سیستم های پلیمری لیتیوم یونی نیز نوعی جدا کننده ی باتری میباشد.

مصارف نوین تر این ماده شامل لایه های سلولهای سوختی و قطعات بخش های داخلی هواپیما و تجهیزات اتوماسیون دفتری میشود.

PVDF به دلیل ارائه ترکیبی از خواص ایده ال و فراوری، پس از پلی تترافلوئورواتیلن به بیشترین میزان در فلوئوروپلیمرها تولید میشود.

این ماده به صورت تجاری در انواع مختلفی از حالتهای ذوب شده وجود دارد و مقادیر متمایزی از مواد افزودنی هم به ان اضافه میشوند تا قابلیت فراوری  و یا خواص نهایی این ماده را بهبود بخشند. امروزه این ماده با برندهای تجاری مختلفی به فروش  میرسد.

پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF چگونه تولید میشود؟

هم بسپارها و جوربسپارهای پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF از ترکیب بسپارشی رادیکال های ازاد دی فلوئورو اتیلن یا (CH₂=CF₂) بوجود می ایند. این بسپارش به فرم معلق و یا امولسیون در دمای 10 تا 150 درجه سانتی گراد و فشار 10 تا 300 اتمسفر انجام میگیرد. مواد تشکیل شده در نهایت به فیلم یا ورقه تبدیل میشوند.

کلروتری فلوئورواتیلن (CTFE) یا هگزا فلوئوروپروپین (HFP) به بیشترین میزان استفاده میشوند تا هم بسپارهای پلی وینیلیدن فلوراید را تولید نمایند.

• هم بسپارهای پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF به همراه HFP در مقایسه با انواع جوربسپارهای این ماده دارای انعطاف بیشتری میباشند
• هم بسپارهایی که دارای کلروتری فلوئورواتیلن (CTFE) می باشند، در بین انواع پلی وینیلیدین ها بیشترین انعطاف یذیری را دارا میباشند . علاوه بر ان، دمای کارکردی ان ها پایین بوده و به احتمال کمی کوچک میشوند یا انقباض پیدا میکنند.

هم بسپارها گزینه ای مناسب برای تولید سیم و کابل و لوله ها یی میباشند که به انعطاف خوبی نیاز دارند.

خواص پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF کدامند؟

• ساختار بلورین: این ماده نوعی پلیمر نیمه بلورین است و تقریبا نیمی از ان بی شکل است. ساختار این ماده بسیار منظم بوه و و سر بیشتر واحدهای این ماده به انتهای دیگری متصل است. این در حالی است که درصد خیلی کمی از مونومرها اتصالات سر به سر دارند. این فلوئوروپلاستیک دارای چهار فاز مختلف با نامهای الفا، بتا، گاما و دلتا میباشد. پیوندهای C–F قطبی بوده و بیشترین حالت دو قطبی زمانی بوجود می اید که تمامی مونومرهای دو قطبی در یک جهت قرار گیرند و فاز بتای این ماده را تشکیل دهند. این فاز برای خواص فیزوالکتریک پلیمر مناسب میباشد. حالت دو قطبی بلورهای الفا نیز با قرار گیری مونومرها در جهت عکس شکل میگیرد و در نهایت حالت قطبیت صفر را می سازد.
• خواص فیزیکی: PVDF در بین انواع تجاری فلوئوروترموپلاستیکها دارای کمترین نقطه ذوب میباشد ولی دمای خمش این ماده تحت حرارت و فشار مقداری بیشینه است. خاصیت بسیار بلورین و تنش سطحی این ماده باعث میشود تا میزان نفوذ پذیری ان در مقایسه با سایر انواع فلوئوروپلیمرها خیلی کمتر باشد. نفوذ پذیری گازها و مایعات به PVDF خیلی کم است. اگرچه این مقدار، از درجه ی بلورین ماده و تغییرات بخش های بلورین اثر می پذیرد.
• خواص مکانیکی: PVDF در مقایسه با اتیلن تترافلوئورواتیلن و اتیلن کلروتریفلوئورواتیلن دارای مدول کششی مشابه بوده و استحکام ان در برابر ضربه کمتر است. ایجاد تغییرات در این ماده به کمک HFP یا CTFE باعث کاهش ضریب میشود ولی میزان کشامد و استحکام در برابر ضربه را افزایش میدهد. زمانی که ماده یاد شده در برابر شعله قرار گیرد، خاصیت اشتعال پذیری ندارد و چکه نمیکند. شعله های PVDF خود خاموش میشوند و علاوه بران این ماده مقاومت خیلی بالایی در برابر پرتوهای فرابنفش دارد.
• مقاومت شیمیایی: بی اثری شیمیایی در بین انواع فلوئوروپلیمرها از جمله پلی تترافلوئورواتیلن، پروپیلن اتیلن فلوئورینی، پرفلوئوروالکوکسی و MFA نیز در مقایسه با انواعی از پلیمرهای نیمه فلوروئینی مانند CTFE (PCTFE) و ECTFE نسبت به تعداد بیشتری از مواد شیمیایی بی اثر است. PVDF در دماهای بالا میتواند در حلالهای ارگانیک مانند استرها و آمین ها حل شود و همین موضوع باعث میشود تا این ماده به عنوان پوشش های ضد خوردگی بروی تجهیزات فراوری شیمیایی و پنلهای معماری استفاده شود. محصولاتی که ازاین ماده تولید میشوند، دارای مقاومت خوبی در برابر مواد معدنی و اسید های ارگانیک، الیفاتیک ها و هیدروکربنهای آروماتیک، الکل ها و حلالهای هالوژنه میباشند.
• خواص الکتریکی و پیزوالکتریک  PVDF: این ماده برای ایزوله سازی سیم ها و کابلها مورد استفاده قرار میگیرد که ناشی از ضریب بالای دی الکتریک و فاکتور انشعاب این ماده می باشد. اگرچه این خواص ضعیف الکتریکی باعث میشوند تا بتوان از این ماده برای تولید فیلمهای PVDF با خواص پیزوالکتریک و پیروالکتریک استفاده کرد. این فیلمها از فیلمهای روزن رانی شده در فاز بتا بدست می ایند وهر دو سطح ماده اهنی شده و سپس در برابر ولتاژ بالا قرار میگیرد و در نهایت نیز برای همیشه حالت قطبی خواهد داشت. این فیلمها زمانی ولتاژ تولید میکنند که در دمای نزدیک به دمای ذوب کشیده یا فشرده شوند (خاصیت فیزوالکتریک) یا گرم شوند (پیروالکتریک). فیلمهای پلیمری دارای خاصیت فروالکتریسیته نیز میباشند.

پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF چه مصارفی دارد؟

• صنایع مصرف کننده انرژی، خودروسازی، هواپیماهای ارتشی و صنایع نفتی شمیایی به درپوش، واشر و پوشش های ساخته شده از این ماده نیاز دارند زیرا در برابر فرسایش مقاوم هستند.
• تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی: که برای  تولید عایق های سیم و  پوشش های کابلی مورد استفاده قرار میگیرد. صنعت الکترونیک، سیستمهای کنترل قدرت صنعتی و سیم هایی که در معرض دمای بالا هستند هم در همین دسته میباشند.
• تجهیزات فراوری شیمیایی: لوله های انعطاف پذیر و یا انواعی که در برابر گرما خم میشوند، از رزین های این ماده ساخته میشوند و مصرف زیادی در سیستم های آبی خالص، لوله های مواد شیمیایی، خطوط سوختی خودرو و غیره دارند. این ماده به مقدار زیادی و به عنوان پوشش شیر فلکه و لوله ها به کار برده میشود.
• فیلم های پیزوالکتریک انتقال دهنده های حساسی هستند که کاربردهای فراوانی دارند و این فیلمها قوی، سبک و انعطاف پذیر میباشند و میتوان  انها را به طرحهای متفاوتی تبدیل کرد و یا با چسبهای تجاری چسباند.
• از این ماده به طور گسترده ای در تولید فیلترها و تجهیزات جداسازی نیز استفاده میشود مانند فیلترها، لایه ها و خانه سازی استفاده میشود.
• پلی وینیلیدن فلوراید یا PVDF در ساخت سنسورهای پیروالکتریک و سنسورهای مجهز به لیزر هم نقش دارد.
• لایه های PVDF به عنوان جدا کننده در باتری های لیتیوم یونی به کار برده میشوند زیرا دارای پایداری شیمیایی و گرمایی خوبی است. همچنین استحکام مکانیکی این مواد مطلوب  میباشد.

روش های فراوری PVDF کدامند؟

درجات PVDF دارای چسبندگی های متفاوتی در حالت ذوب شده میباشند مانند حالت پودری  و قرصی. این ماده را میتوان با استفاده از روش های کاربردی برای ترموپلاستیکهای استاندارد هم فراوری کرد :

• روزن رانی
• تزریق، فشردگی و قالب گیری انتقالی
• ماشینی

خشک سازی رزین ها قبل از فراوری ضروری نیست.

قالب گیری تزریقی

• دمای ذوب باید بین 200 تا 240 درجه سانتی گراد باشد
• دمای پیشنهادی برای قالب بین 50 تا 95 درجه سانتی گراد است

روزن رانی

• دمای روزن رانی بین 230 تا 290 درجه سانتی گراد
• بدون نیاز به روش های کمکی، نرم کننده یا پایدار کننده های گرمایی