雙向拉伸 PVF 薄膜與 PVDF 在性能上存在顯著差異,這些差異主要源于化學結構、加工工藝及分子排列方式的不同。以下從多個維度進行對比分析:
1. 化學結構與加工工藝
PVF:化學名為聚氟乙烯,分子鏈僅含碳和氟原子,結構高度對稱。采用雙向拉伸工藝制造,分子鏈在橫向和縱向均勻取向,形成高度結晶的晶格結構。該工藝對溫度控制要求極高(加工溫度與分解溫度接近),目前僅有杜邦公司實現工業化生產。
PVDF:化學名為聚偏氟乙烯,分子鏈含不對稱的 - CH?- 和 - CF?- 基團。主要通過吹膜或流延成型,橫向拉伸不足,導致力學性能各向異性明顯。需添加 30% 以上的 PMMA(亞克力)才能成膜,固有脆性較強。
2. 機械性能
拉伸強度與韌性:
PVF 薄膜雙向拉伸后,縱橫雙向力學性能均衡,橫向斷裂伸長率在老化后仍能保持 60% 以上。例如,38 微米厚的 PVF 薄膜落砂磨損量超過 250L,顯著優于 PVDF 的 100-250L。
PVDF 薄膜橫向力學性能較差,斷裂伸長率通常低于 30%,且老化后急劇下降至 5% 以下,易開裂。部分廠家通過添加彈性體提升初始測試數據,但實際耐老化性能未改善。
硬度與耐磨性:
PVF 的硬度較高,耐磨性是 PVDF 涂層的 2-3 倍(如 37.5 微米 PVF 膜相當于 100 微米 PVDF 涂層的耐磨能力)。
PVDF 的硬度較低,耐磨性能依賴涂層厚度和工藝,一致性較差。
3. 耐候性與熱穩定性
耐老化性能:
PVF 具有 30 年以上戶外實績驗證,耐紫外線、濕熱和 PCT 測試后性能保持良好,不易發黃或脆化。例如,紫外老化 1000 小時后,PVF 的橫向斷裂伸長率保持率是 PVDF 的 10 倍以上。
PVDF 在老化過程中易發生再結晶,導致脆性增加,戶外長期使用存在開裂風險。
耐熱性:
PVF 的軟化溫度為 190°C,短期可耐受 200°C 高溫,適合光伏組件熱斑環境。
PVDF 的長期使用溫度為 - 40~150°C,軟化點僅 150°C,高溫下易變形。
4. 化學穩定性
耐腐蝕性:
PVF 對大多數化學品(如酸、堿、溶劑)具有優異抵抗力,但對強堿溶液的耐受性較弱。例如,在鹽酸氣霧測試中,PVF 完全阻隔腐蝕,而 PVDF 涂層 30 分鐘后即被穿透。
PVDF 在強酸、強堿及有機溶劑中表現更穩定,例如可耐受 80%-93% 的硫酸和 120°C 的鹽酸。
抗溶脹性:
PVF 在丙酮等溶劑中無溶脹現象。
PVDF 易發生溶脹,影響長期使用壽命。
5. 光學與表面性能
透明度與紫外線透過率:
PVF 具有高透明度(可透過紫外線),適合需要光學透過性的場景(如農用薄膜、戶外廣告保護膜)。
PVDF 的紫外截止率超過 99%,常用于需要屏蔽紫外線的領域(如光伏背板、電子器件封裝)。
表面能與可加工性:
PVF 的表面能較高(36.7 mN/m),與膠粘劑的結合力強,無需預處理即可涂布或印刷。
PVDF 表面能較低(約 25 mN/m),需電暈處理或涂覆底漆才能改善附著力。
6. 電氣性能
介電常數與損耗:
PVF 的介電常數較低(約 6-8),介電損耗小,適合高頻絕緣應用(如電線電纜)。
PVDF 的介電常數較高(8.4-9.5),在鋰電池隔膜等儲能領域具有優勢,但高頻下損耗較大。
絕緣強度:
PVF 的體積電阻率超過 101? Ω?cm,擊穿電壓高,適合高絕緣要求的場合(如光伏背板)。
PVDF 的絕緣性能略遜于 PVF,但仍滿足多數工業標準。
7. 環保與安全性
毒性與回收性:
PVF 不含增塑劑和有害添加劑,符合 FDA 食品接觸標準,焚燒時不產生有毒氣體(如 HF)。但其化學穩定性導致自然降解困難,需專業回收處理。
PVDF 本身無毒,但生產過程可能產生含氟廢氣,焚燒時釋放 HF,需嚴格控制。部分 PVDF 薄膜可通過熔融再生技術回收。
阻燃性:
PVF 的氧指數僅 26%,阻燃等級為 HB 級,需添加阻燃劑才能滿足防火要求。
PVDF 的氧指數達 44%,阻燃等級為 UL94 V-0 級,燃燒時無滴落物,安全性顯著優于 PVF。
8. 成本與應用領域
成本:
PVF 因工藝復雜、產能有限,價格顯著高于 PVDF(約為 PVDF 的 2-3 倍)。
PVDF 的生產成本較低,市場競爭激烈,價格波動較大。
典型應用:
PVF:光伏背板、建筑膜結構、航空航天復合材料、戶外廣告保護膜。
PVDF:鋰電池隔膜、水處理膜、化工管道、氟碳涂料、醫療器械。
總結
雙向拉伸 PVF 薄膜在耐候性、機械均衡性、耐磨性和表面能方面顯著優于 PVDF,尤其適合對長期戶外耐久性要求極高的場景(如光伏背板)。而 PVDF 在耐化學性、阻燃性和電氣儲能性能上更具優勢,適用于化工、電子和防火要求嚴格的領域。選擇時需根據具體應用需求權衡性能與成本,例如在光伏領域,PVF 的高可靠性可降低長期維護成本,而在鋰電池中,PVDF 的高介電常數是不可替代的優勢。