聚偏二氟乙烯,簡稱PVDF,是一種高度非反應性熱塑性含氟聚合物。其可通過1,1-二氟乙烯的聚合反應合成。溶于二甲基乙酰胺等強極性溶劑。抗老化、耐化學藥品、耐氣候、耐紫外光輻射等性能優(yōu)良??捎米?a href="http://www.hbpcmj.com.cn/news/502.html" target="_blank" class="key_tag">工程塑料,用于制密封圈耐腐蝕設備、電容器,也用作涂料、絕緣材料和離子交換膜材料等。
合成及處理
PVDF可以利用氣態(tài)的偏二氟乙烯單體通過自由基(或受控自由基)聚合過程合成。后續(xù)還要進行熔鑄或溶液處理(比如溶液澆鑄、旋涂或薄膜流延)。同時還要制備朗繆爾-布洛杰特薄膜?;谌芤旱奶幚沓S玫降娜軇┌ǘ谆柞0芬约岸⊥?。在水性乳液聚合中,常用含氟表面活性劑,陰離子形式的全氟酸,來作為加工助劑,用于增溶單體。相較于其他含氟聚合物,聚偏二氟乙烯的熔點較低(約177°C),因而較易進行熔化處理。
處理后的材料通常處于不具壓電性的α相。為了使其轉化為具有壓電性的β相,材料通常還要經過拉伸或退火處理。微米級厚度的PVDF薄膜可以不經過這種處理,薄膜與基板間殘余的應力足以令其轉化為β相。
為了獲得壓電響應,材料先要在強電場中進行極化。極化電場通常要大于30MV/m。為了獲得較大的壓電響應,較厚的薄膜(厚度大于100μm)要在極化過程中加熱,溫度在70-100°C之間。
機械力化學中一種定量脫氟處理可以較為環(huán)保地處理PVDF廢料。 [3]
共聚物
PVDF的共聚物也可用于制作壓電材料與電致伸縮材料。其中最常用的共聚物是偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物,比例通常約為50:50 wt% 或65:35 wt%(相當于56:44mol%或70:30mol%)。另一種常用的共聚物是偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物。它們通過提高材料的結晶性來改善壓電響應。
由于共聚物的結構單元比純PVDF的極性小,因而上述共聚物通常結晶度也較高。這將導致其壓電響應更大:偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物的d33高達?38pC/N,而純PVDF相應數值為?33pC/N。
三元共聚物
PVDF的三元共聚物可以用于制造機電致應變材料。較為常用的PVDF基三元聚合物包括偏二氟乙烯-三氟乙烯- 三氟氯乙烯共聚物以及偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯共聚物。這種基于弛豫鐵電體的三元共聚物可以通過向偏二氟乙烯-三氟乙烯聚合物鏈(本身是鐵電體)中隨機摻入膨松的三氟氯乙烯來制造。這種隨機摻雜的過程會破壞鐵電體極性相的長程有序性,從而產生納米極性疇。當施加電場時,無序的納米極性疇的構象會變?yōu)槿词綐嬒?,這會導致材料具有較大的電致應變和室溫下較高的的介電常數(~50)。