聚偏氟乙烯树脂的性能与应用

收稿日期 2005 07 04 作者简介 朱友良 1966 男 浙江义乌人 高级工程师 硕士 电子信箱 E2mail Youliangzhu sohu com 材料性能和应用 聚偏氟乙烯树脂的性能与应用 朱友良 1 余 燕 2 1 衢州学院 化学与制药工程系 浙江 衢州324006 2 巨化集团 技术中心 浙江 衢州324004 摘要 综合阐述了聚偏氟乙烯 PVDF 树脂的物理化学性质 毒性 安全性 加工工艺和应用研究 关键词 聚偏氟乙烯 性质 安全 加工 应用 中图分类号 TQ342 1712 文献标识码 A 文章编号 1009 5993 2005 04 0035 03 聚偏氟乙烯 PVDF 树脂是指偏氟乙烯 VDF 均聚物或VDF与其他少量含氟乙烯基单体的共聚 物 相对分子质量为40 60万 其重复单元为 CH2 CF2 CH2 和CF2 基元的交替排列 使 PVDF树脂兼具氟树脂和通用树脂的特性 有着优 良的综合性能 PVDF树脂除了具有良好的耐化学 腐蚀性 耐高温性 耐氧化性 耐气候性 耐紫外线 耐辐射性能 还有压电性 热电性等特殊性能 其应 用范围不断扩大 现己成为氟树脂中仅次于聚四氟 乙烯 PTFE 的第2大品种 2002年PVDF树脂的全 世界年产量达2万吨以上 被广泛应用于化工设 备 电子电气和建筑涂料三大领域 制备PVDF树脂最常见的工艺为乳液聚合法和 悬浮聚合法 到目前为止 国内仅有上海三爱富新 材料股份有限公司 晨光化工研究院 浙江省化工 科技集团公司等少数单位建有百吨至千吨级规模 的生产装置 因此 在产品批次质量 品种规格方面 与国外相比有较大差距 远不能满足国内对高品质 PVDF树脂飞速增长的需求 1 物理化学性质 1 2 PVDF树脂是一种白色粉末状结晶性聚合物 具有4种晶型 型 型 型和 型 其相对密度 为1 75 1 78 玻璃化温度 Tg 为 39 脆化温 度在 62 以下 结晶熔点为140 180 热分解 温度为350 左右 长期使用温度为 40 150 PVDF树脂的机械强度是氟树脂中最优越的 且在一定温度和压力下仍能保持良好的强度 PVDF树脂的拉伸强度高 冲击强度好 韧性好 硬 度大 耐磨性 抗蠕变性优良 同时具有突出的抗紫 外线和耐气候老化的性能 其薄膜在室外放置20 年也不变脆 龟裂 耐辐照性能也较突出 电绝缘性 能优异 介电常数高达6 0 8 0 F m 60 106 Hz 介电损耗正切角也较大 在0 04 0 20之间 体积电阻率稍低 为3 10 12 cm 具有压电性和 热电性 PVDF树脂具有优良的耐化学药品性能 对大 多数无机酸 盐类 卤素 氧化剂 弱碱以及脂肪酸 芳香族和卤代溶剂等均有优良的抗性 但不耐高浓 度强碱和某些胺类化合物 可溶解于二甲基甲酰胺 和二甲基乙酰胺等少数几种极性溶剂 在较高温度 下可溶解于某些酸类和酯类化合物 2 加 工 3 4 PVDF树脂的熔点 170 和分解温度 316 之间相差较大 热稳定性良好 便于加工 但应 考虑PVDF树脂熔体导热性较差 粘度较高且粘度 随剪切应力增加而下降的特点 53 聚偏氟乙烯树脂的性能与应用 上海塑料 2005112 No1 4 总132期 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 加工PVDF树脂时无需添加润滑剂和稳定剂等 助剂 如需要 可用二硫化钼 石墨 玻璃纤维等对 其改性 与全氟树脂不同 加工PVDF树脂可使用 聚氯乙烯和聚烯烃的加工设备 其材质不必是不锈 钢 PVDF树脂不吸湿 加工前不必干燥处理 PVDF树脂是高结晶聚合物 其模压收缩率较大 约 为3 因此可对其产品进行锯 刨 钻 磨和车削等 机械加工 还可以进行熔接和表面金属化等处理 PVDF树脂可采用通用热塑性塑料的加工方法 进行加工 具体条件如下所示 11模塑 预热PVDF树脂粉料至180 190 模具保温 于160 170 于14 MPa压力下保压5 min后即 可急速水冷 或在此压力下缓冷到90 出模 常 用于加工泵和阀门衬里 管道 管件及其他制件 21挤塑 挤塑加工PVDF树脂时可采用等距不等深的 L D 20的螺杆 通常用于挤出聚乙烯的螺杆也可 适用 机筒温度为205 260 口模温度为220 275 可挤出板 棒 管 膜各种产品 31注塑 注塑压力为80 110 MPa 机筒温度为220 290 喷嘴温度为180 260 模温为60 90 成型周期为40 60 s 注塑是PVDF树脂最常 用的加工形式之一 可加工各类容器 板材 对于 45注塑机 其注塑成型条件参见表1 表1 PVDF树脂注塑成型条件 Table 1 Injection molding condition of PVDF resin 工艺条件工艺参数 料筒温度 后部220 中部250 前部260 注料嘴260 模具温度 70 螺杆转速 r min21 150 注塑压力 MPa11 保持压力 MPa11 保压时间 s20 冷却时间 s60 41浇铸 以二甲基乙酰胺作溶剂 配成含固体量为20 的溶液浇在铝箔上 经过200 300 的热熔 快速 水冷却 即可制得浇铸PVDF树脂膜 PVDF树脂的分散液也可进行喷涂加工 需喷 涂的制品经表面处理后加热至250 左右 用喷枪 均匀喷涂 储罐压力为0 01 MPa 喷枪空气压力为 0 1 MPa 喷涂速度为每分钟100 gPVDF树脂 将喷 涂后的制品在120 下加热30 min 再在240 250 下加热20 min后 就形成了20 40 m厚的完整 光滑的PVDF树脂涂层 51极化 将拉伸过的PVDF树脂膜的两面用真空镀膜法 蒸镀上1层金属膜后作为电极 常用的金属有铝 铜 银 镀层厚度约为0 1 m 再在强直流电场下极 化 极化温度为80 100 极化场强度为500 kV cm 极化时间为30 60 min 即可得到压电性较好 的PVDF膜 3 毒性及安全性 5 对照条件下 动物的急性口服 慢性和亚急性 接触以及吸入试验均表明PVDF树脂无毒 在进行 动物的植入 组织培养和系统毒性试验时也没有观 察到PVDF树脂对血压 呼吸和溶血作用等方面有 害的毒理学 生物学反应 PVDF树脂中的VDF单 体含量通常低于1 10 4 小鼠吸入VDF的半致 死浓度LC50为12 8 根据美国政府联邦条例第 一章第17712510节第21条规定 Kynar PVDF树 脂商品名 均聚物可以安全用于与食品重复接触的 制品 根据美国农业部规定 Kynar均聚物可用于与 肉类或家禽食品相接触的加工或贮存设备 Kynar 均聚物符合美国塑料材料的3A卫生标准No 2000 可用作与乳品接触的材料 Kynar均聚物和一 些共聚物已做过试验 符合美国药物 USP 分类 的条例规定 4 应 用 6 8 根据PVDF树脂的性能和用途 可将其分为许 多品种和品级 既有粒料和粉料 又有乳液和分散 液 还有共聚物 合金和填充料等 国内外PVDF树 脂的主要生产公司及其商品名 牌号见表2 3 63 聚偏氟乙烯树脂的性能与应用 上海塑料 2005112 No1 4 总132期 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 表2 国外PVDF树脂生产公司及其商品名 Table 2 Main producers and commercial names of overseas PVDF resin 公司名称 生产能力 kt a 1 商品名 Atofina Chemical 阿托菲纳 10 Kynar Foraflon PVDF Kynar Flex Solvay 2 Technological Center of Juhua Group Quzhou 324004 China Abstracts The properties safety virulence molding process and usage of polyvinylidene fluoride PVDF were re2 viewed in this paper Key words pol