聚偏氟乙烯压电薄膜技术与市场分析

聚偏氟乙烯PVDF是一种半结晶性高分子材料,结晶度一般为50%~60%,常见的结晶相有α、β和γ相三种,如图所示。α相为

TGTG′(T为反式,G和G′为左右式的方式排列)的螺旋结构,是这几种晶型最稳定的,但由于偶极子的反平行堆积,α相是非

极性的,不具有压电性。β相为TTT结构,氟原子和氢原子按照全反构象排列,偶极子方向正交于分子链链轴,是极化值最高的

压电性能的强弱。目前,对于PVDF压电性能的表征方法有多种,施加外力测产生的电荷数(单位PC/N);施加电压测震动的速度

(单位PM/V),两者是等价的。也有一些研究人员将所制PVDF压电薄膜制备成压电纳米发电机后,通过比较纳米发电机电压输

出的高低来比较PVDF压电薄膜的压电性能强弱。

图PVDF常见结晶相链构象图

2.制备方式

2.1制膜

PVDF压电薄膜制备的首要步骤是制膜。常见的PVDF前驱体制膜过程方法有熔融法、溶剂法和静电纺丝法。熔融法是通过熔融

挤出或热压成膜,溶液法是通过涂覆溶液成膜。前两种方法制得薄膜β相含量低,需要进一步拉伸处理提高β相含量,并进行电极

化。而静电纺丝法,由于加工过程分子取向,产生的β相含量较高,可以省略电极化步骤。

表PVDF压电薄膜前驱体制膜方法优缺点与影响因素

图溶剂法处理过程

图静电纺丝法处理过程

2.2拉伸

目前拉伸方法主要包括单轴拉伸、双轴拉伸和协同拉伸,如表所示,研究方向多为拉伸过程拉伸参数的变化对PVDF薄膜β相含

量和薄膜微观结构的影响。

表拉伸方法的优缺点比较

2.3极化处理

PVDF压电薄膜经过拉伸处理后,薄膜内部的晶型由α晶型转变为β晶型,但是薄膜内部偶极子仍处于随机排列的状态,必须经

过极化处理,使偶极子按一定的方向规则排列,PVDF薄膜宏观上才表现出压电性能。

图极化处理过程

3.市场分析

产业链来看,产业链上游生产PVDF通常有乙炔路线和VDC路线,乙炔路线是由乙炔和氢氟酸生产R152a,再与液氯形成R142b

进而得到VDF,VDC路线则是由VDC与氢氟酸反应得到R141b再与氢氟酸形成R142b,随后由R142b生产偏氟乙烯进而聚合成PVDF

。下游PVDF早期在国内主要应用于涂料领域,但随着锂电、光伏等行业景气度提升,现广泛应用于计算机、航空航天、光学仪器、

兵器工业等应用领域,同时是锂电池中重要的粘结剂,也可以作为太阳能背板膜的耐候层。

国进行配额管理的产品,每年生态环境部公布各家企业允许生产配额,且配额逐年减少。数据显示,2023年我国R-142b生产配额下降

至9355吨,内用生产配额下降至5799吨。

PVDF下游应用领域包含涂料、注塑、锂电用途、水处理膜及太阳能背板膜,受益于锂电池市场高景气度,PVDF在锂电池领域需

求占比提升明显,数据显示,2022年国内PVDF在锂电池领域需求占比达到68%。

较大。随着PVDF下游需求持续增长,国产产品质量进一步提升,PVDF国产替代前景广阔、厂商高速扩产。数据显示,2022年国内

PVDF行业产能前三为浙江孚诺林、东岳集团、内蒙三爱富,分别占比19%、17%、14%。

中国聚偏氟乙烯结构比例严重失调,以低端应用为主,集中在建筑涂料、化工设备用途,占整个中国聚偏氟乙烯市场80%。高端

聚偏氟乙烯是导弹、卫星等尖端国防军工中不可缺少的关键性材料,也越来越多地应于于新兴民用领域,中国高端聚偏氟乙烯市场需

求正快速增长。然而,高端聚偏氟乙烯产品生产在中国仍属空白,产品被国际品牌所垄断,主要依赖进口获得。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种高性能的热塑性聚合物,广泛应用于多个领域,包括化工、电子、汽车和建筑行业。以下是PVDF的

一些常见应用痛点和最新研究方向:

应用痛点:

耐化学性:虽然PVDF具有良好的耐化学性,但在某些极端环境下,比如高浓度的酸或碱中,其性能可能会降低。

加工难度:PVDF加工温度较高,对加工设备要求较高。

成本:相比其他类型的塑料,PVDF的成本较高。

最新技术热点:

PVDF在能量存储中的应用:研究人员开发了基于PVDF的高性能超级电容器和锂离子电池隔膜。这些研究主要集中在改进PVDF

的电化学稳定性和离子传导性能。

PVDF纳米纤维的生物医学应用:PVDF纳米纤维在组织工程和药物递送系统中显示出巨大潜力。最新的研究包括改善PVDF纤维

的生物相容性和功能化,以促进细胞生长和药物有效释放。

PVDF的环境应用:最近的研究集中在利用PVDF制造高效的水处理和空气净化膜。通过改变PVDF膜的微观结构和表面特性,可

以提高其对污染物的过滤效率。

未来展望

4.总结与展望

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种半结晶性高分子材料,因其独特的β晶型结构,表现出优异的压电性能,被广泛应用于各种感应器和

执行器。PVDF薄膜的制备主要包括制膜、拉伸、极化等步骤,其中,制膜方法(如熔融法、溶剂法和静电纺丝法)和拉伸方法(单轴

、双轴、协同拉伸)对最终薄膜的性能有显著影响。市场方面,PVDF主要应用于涂料、注塑、锂电池、水处理膜及太阳能背板膜等领

域。特别是在锂电池市场的高景气度推动下,PVDF在锂电池领域的需求占比显著提升。中国市场在聚偏氟乙烯的应用上主要集中在低

端领域,如建筑涂料和化工设备,但对高端聚偏氟乙烯的需求正在快速增长。未来展望方面,PVDF技术的发展趋势主要集中在以下几

个方面:

表技术发展趋势

总体来看,PVDF技术在未来的发展将聚焦于提高性能、拓展应用领域以及解决现有的技术和成本挑战,以满足日益增长的市场需

求。随着研发的深入,预计PVDF将在能量、生物医学和环保领域发挥更加重要的作用。同时,中国市场的高端PVDF需求增长为国内生

产商提供了巨大的发展机遇,尤其在国际品牌垄断的高端市场中。

参考文献:苏配根,王凤起,何绪林等.聚偏氟乙烯压电薄膜制备方法研究进展[J].塑料工业,2023,51(07):1-7+62.

THE END
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