聚偏二氟乙烯（PVDF）是一种高度非反应性的热塑性含氟聚合物。它可以通过偏二氟乙烯的聚合来合成。 PVDF有多种商品名，如KF，Hylar，Kynar和Solef。
介绍
聚偏二氟乙烯（PVDF）是一种高度非反应性的热塑性含氟聚合物。它可以通过偏二氟乙烯的聚合来合成。 PVDF有多种商品名，如KF，Hylar，Kynar和Solef。
PVDF主要用于纯度极高且需要溶剂和酸碱腐蚀的应用中。 PVDF的密度（1.78 g / cm）低于其他含氟聚合物，如聚四氟乙烯。
PVDF可用于生产管材，片材，薄膜，基材和电缆的绝缘皮。同时，它也可以注塑或焊接，广泛用于化学，半导体，制药和国防工业，例如，它可以用于制造锂离子电池。此外，它还可以制成交联的闭孔泡沫，其越来越多地用于航空航天应用中。
细粉级PVDF，如KYNAR 500 PVDF和HYLAR 5000 PVDF，可用于制造高端金属涂层。该涂料具有非常高的光泽度和颜色稳定性。这种涂料可以在世界各地的许多着名建筑中找到，例如马来西亚的双子塔和台湾的台北101。这种涂层也可用于商业建筑以及家庭的金属屋顶。
由于PVDF薄膜对氨基酸的非特异性亲和力，它可用于在蛋白质印迹分析中固定蛋白质。
性质
1969年，研究人员发现PVDF具有很强的压电效应：薄膜的极化系数（即强电场产生的净电偶极矩）为6-7 pC / N，相当于在那时。该值大10倍。
PVDF的玻璃化转变温度（Tg）约为-35℃，结晶度通常为50-60％。为了赋予材料压电性能，通常在分子链的方向上机械拉伸材料，然后在张力下极化。 PVDF具有多种固相：α相（TGTG'），β相（TTTT）和γ相（TTTGTTTG'）。这些阶段之间的差异在于分子链是顺式（T）还是反式（G）。 PVDF在极化后成为铁电聚合物，具有良好的压电性和热电性。这些特性使其可用于生产传感器和电池。例如，一些新的热图相机的传感器使用PVDF膜。
与其他一些压电材料（如PZT）不同，PVDF的d33值为负。从物理角度来看，这意味着当其他材料在电场中膨胀时PVDF会收缩，反之亦然。
合成和后续处理
PVDF可以通过使用气态偏二氟乙烯单体的自由基（或受控自由基）聚合方法合成。随后的铸造或溶液处理（例如溶液浇铸，旋涂或薄膜浇铸）。同时，准备了Langmuir-Blodget胶片。通常用于基于溶液的处理的溶剂包括二甲基甲酰胺和丁酮。在水乳液聚合中，含氟表面活性剂和阴离子形式的全氟酸通常用作加工助剂以溶解单体。与其他含氟聚合物相比，聚偏二氟乙烯乙烯具有相对低的熔点（约177℃），因此更容易熔化。
经处理的材料通常处于非压电的α相。为了将其转化为压电相β，通常对材料进行拉伸或退火。微米厚度的PVDF薄膜可以不进行处理，薄膜和基材之间的残余应力足以将其转化为β相。
为了获得压电响应，首先在强电场中对材料进行极化。极化电场通常大于30MV / m。为了获得大的压电响应，在偏振过程期间在70和100℃之间的温度下加热较厚的膜（厚度大于100μm）。
机械化学中的定量脱氟处理可以更环保地处理PVDF废物。
共聚物
PVDF的共聚物也可用于制造压电材料和电致伸缩材料。最常用的共聚物是偏二氟乙烯 - 三氟乙烯共聚物，通常比例为约50：50wt％或65:35wt％（相当于56：44mol％或70:30mol％）。另一种常用的共聚物是偏二氟乙烯 - 四氟乙烯共聚物。它们通过增加材料的结晶度来改善压电响应。
由于共聚物的结构单元的极性小于纯PVDF，因此上述共聚物通常具有高结晶度。这将导致更大的压电响应：偏二氟乙烯 - 四氟乙烯共聚物的d33高达-38pC / N，纯PVDF的相应值为-33pC / N.
三元共聚物
PVDF的三元共聚物可用于制造耐机电应变的材料。更常用的PVDF基三元共聚物包括偏二氟乙烯 - 三氟乙烯 - 三氟氯乙烯共聚物和偏二氟乙烯 - 三氟乙烯 - 氯氟乙烯共聚物。松弛铁电基三元共聚物它可以通过将大体积的三氟氯乙烯随机掺入偏二氟乙烯 - 三氟乙烯聚合物链（其本身是铁电体）中来制备。该随机掺杂过程破坏了铁电极性相的长程有序，产生了纳米极性畴。当施加电场时，无序纳米极域的构象变为全反式构象，这导致材料在室温下具有大的电致伸缩应变和更高的介电常数（~50）。
应用
由于PVDF具有弹性，重量轻，导热系数低，耐化学性和耐热性等优良特性，因此常用于制造电线绝缘护套。细30线，通常用于绕组电路，PVDF绝缘，通常用于印刷电路板。具有PVDF绝缘的电缆通常被称为商品名为PVDF的“Kynar线”。
由于其压电特性，PVDF通常用于触觉传感器阵列，廉价应变仪和轻质音频换能器的生产。
PVDF也是锂电池复合电极的标准粘合剂：PVDF和溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中的石墨，硅，锡，LiCoO2，LiMn2O4或LiFePO4的活性，比重为1-2％。将锂储存材料和诸如炭黑或碳纳米纤维的导电添加剂混合，然后将浆料浇铸在金属集电器上并蒸发NMP以形成复合电极或糊状电极。在这种情况下可以使用PVDF，因为它在电池的充电和放电的潜在范围内是化学惰性的，并且不与电解质或锂反应。
在生物医学领域，PVDF薄膜通常用于免疫印迹，其中蛋白质被电泳。由于PVDF的耐溶剂性，测试中使用的薄膜可以很容易地剥离并重新用于检测其他蛋白质。 PVDF薄膜也可用于制造注射器或滚轮膜过滤装置。该材料的耐热性，耐化学性和低蛋白质组合特性使其成为药物制备的无菌过滤器，可用作HPLC和其他分析方法的样品制备过滤器。这些样品中的少量颗粒物质损坏了设备。
PVDF还可用于制造专业的单丝钓鱼线，以取代传统的尼龙单丝。它的表面坚硬，更耐鱼尖齿的磨损，其光密度低于尼龙，使钓鱼线不易受到鱼眼的伤害。同时，它的密度大于尼龙，因此钓鱼线可以更快地沉入鱼中。
与半导体压阻式传感器相比，PVDF传感器更适用于动态模态测试，并且在结构集成方面具有优于压电陶瓷换能器的某些优点。由于成本较低且兼容性较高，使用PVDF的有源传感器对于未来的结构健康监测非常重要。
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