双向拉伸 PVF 薄膜与 PVDF 在性能上存在显著差异,这些差异主要源于化学结构、加工工艺及分子排列方式的不同。以下从多个维度进行对比分析:
1. 化学结构与加工工艺
PVF:化学名为聚氟乙烯,分子链仅含碳和氟原子,结构高度对称。采用双向拉伸工艺制造,分子链在横向和纵向均匀取向,形成高度结晶的晶格结构。该工艺对温度控制要求极高(加工温度与分解温度接近),目前仅有杜邦公司实现工业化生产。
PVDF:化学名为聚偏氟乙烯,分子链含不对称的 - CH₂- 和 - CF₂- 基团。主要通过吹膜或流延成型,横向拉伸不足,导致力学性能各向异性明显。需添加 30% 以上的 PMMA(亚克力)才能成膜,固有脆性较强。
2. 机械性能
拉伸强度与韧性:
PVF 薄膜双向拉伸后,纵横双向力学性能均衡,横向断裂伸长率在老化后仍能保持 60% 以上。例如,38 微米厚的 PVF 薄膜落砂磨损量超过 250L,显著优于 PVDF 的 100-250L。
PVDF 薄膜横向力学性能较差,断裂伸长率通常低于 30%,且老化后急剧下降至 5% 以下,易开裂。部分厂家通过添加弹性体提升初始测试数据,但实际耐老化性能未改善。
硬度与耐磨性:
PVF 的硬度较高,耐磨性是 PVDF 涂层的 2-3 倍(如 37.5 微米 PVF 膜相当于 100 微米 PVDF 涂层的耐磨能力)。
PVDF 的硬度较低,耐磨性能依赖涂层厚度和工艺,一致性较差。
3. 耐候性与热稳定性
耐老化性能:
PVF 具有 30 年以上户外实绩验证,耐紫外线、湿热和 PCT 测试后性能保持良好,不易发黄或脆化。例如,紫外老化 1000 小时后,PVF 的横向断裂伸长率保持率是 PVDF 的 10 倍以上。
PVDF 在老化过程中易发生再结晶,导致脆性增加,户外长期使用存在开裂风险。
耐热性:
PVF 的软化温度为 190°C,短期可耐受 200°C 高温,适合光伏组件热斑环境。
PVDF 的长期使用温度为 - 40~150°C,软化点仅 150°C,高温下易变形。
4. 化学稳定性
耐腐蚀性:
PVF 对大多数化学品(如酸、碱、溶剂)具有优异抵抗力,但对强碱溶液的耐受性较弱。例如,在盐酸气雾测试中,PVF 完全阻隔腐蚀,而 PVDF 涂层 30 分钟后即被穿透。
PVDF 在强酸、强碱及有机溶剂中表现更稳定,例如可耐受 80%-93% 的硫酸和 120°C 的盐酸。
抗溶胀性:
PVF 在丙酮等溶剂中无溶胀现象。
PVDF 易发生溶胀,影响长期使用寿命。
5. 光学与表面性能
透明度与紫外线透过率:
PVF 具有高透明度(可透过紫外线),适合需要光学透过性的场景(如农用薄膜、户外广告保护膜)。
PVDF 的紫外截止率超过 99%,常用于需要屏蔽紫外线的领域(如光伏背板、电子器件封装)。
表面能与可加工性:
PVF 的表面能较高(36.7 mN/m),与胶粘剂的结合力强,无需预处理即可涂布或印刷。
PVDF 表面能较低(约 25 mN/m),需电晕处理或涂覆底漆才能改善附着力。
6. 电气性能
介电常数与损耗:
PVF 的介电常数较低(约 6-8),介电损耗小,适合高频绝缘应用(如电线电缆)。
PVDF 的介电常数较高(8.4-9.5),在锂电池隔膜等储能领域具有优势,但高频下损耗较大。
绝缘强度:
PVF 的体积电阻率超过 10¹⁴ Ω・cm,击穿电压高,适合高绝缘要求的场合(如光伏背板)。
PVDF 的绝缘性能略逊于 PVF,但仍满足多数工业标准。
7. 环保与安全性
毒性与回收性:
PVF 不含增塑剂和有害添加剂,符合 FDA 食品接触标准,焚烧时不产生有毒气体(如 HF)。但其化学稳定性导致自然降解困难,需专业回收处理。
PVDF 本身无毒,但生产过程可能产生含氟废气,焚烧时释放 HF,需严格控制。部分 PVDF 薄膜可通过熔融再生技术回收。
阻燃性:
PVF 的氧指数仅 26%,阻燃等级为 HB 级,需添加阻燃剂才能满足防火要求。
PVDF 的氧指数达 44%,阻燃等级为 UL94 V-0 级,燃烧时无滴落物,安全性显著优于 PVF。
8. 成本与应用领域
成本:
PVF 因工艺复杂、产能有限,价格显著高于 PVDF(约为 PVDF 的 2-3 倍)。
PVDF 的生产成本较低,市场竞争激烈,价格波动较大。
典型应用:
PVF:光伏背板、建筑膜结构、航空航天复合材料、户外广告保护膜。
PVDF:锂电池隔膜、水处理膜、化工管道、氟碳涂料、医疗器械。
总结
双向拉伸 PVF 薄膜在耐候性、机械均衡性、耐磨性和表面能方面显著优于 PVDF,尤其适合对长期户外耐久性要求极高的场景(如光伏背板)。而 PVDF 在耐化学性、阻燃性和电气储能性能上更具优势,适用于化工、电子和防火要求严格的领域。选择时需根据具体应用需求权衡性能与成本,例如在光伏领域,PVF 的高可靠性可降低长期维护成本,而在锂电池中,PVDF 的高介电常数是不可替代的优势。