聚偏氟乙烯(PVDF)是1,1-二氟乙烯(俗称偏氟乙烯,VDF)的均聚物或其与少量改性单体的共聚物,在氟树脂中产量和用量仅次于PTFE,由美国杜邦公司于1944年研制成功,但其大规模产业化则是在1965年。PVDF树脂兼具氟树脂和通用树脂的特性,除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外,还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能,主要应用于化工、水处理、电子电气、压电材料、锂电和建筑涂料等领域。VDF生产PVDF的聚合机理是自由基聚合,聚合工艺通常分为乳液聚合和悬浮聚合两种,都以水作为载体。
乳液聚合工艺通常使用表面活性剂(乳化剂)来稳定水相中的偏氟乙烯单体液滴,引发剂选用水溶性的无机引发剂。由于乳化剂的作用,偏氟乙烯聚合生成的PVDF颗粒在水相中稳定性非常好,即使在没有机械搅拌的情况下,PVDF颗粒也能非常均匀地分布在水相中。
悬浮聚合工艺通常选用有机引发剂,且需要使用分散剂来稳定偏氟乙烯单体液滴,而自由基聚合反应就发生在液滴中。悬浮聚合工艺生成的PVDF颗粒尺寸要大得多,通常在几十到上百微米不等。悬浮聚合的PVDF颗粒依赖分散剂来保持颗粒的均一分散,一旦停止搅拌,颗粒就会迅速沉淀。PVDF是一种白色粉末状线性结晶聚合物,具有优良的耐化学腐蚀、耐高温、耐氧化、耐气候、耐紫外线和耐高温辐射的性能,同时抗拉伸强度和抗冲击强度优良,硬度高且耐磨,热变形温度高,抗蠕变疲劳性能优异,是一种强而韧的结构材料。
热稳定性:PVDF长期使用温度在-40℃℃~150℃,320°C左右开始缓慢分解产生氟化氢气体和氟碳有机化合物。
耐化学腐蚀性:PVDF耐化学腐蚀性优良,可以在较高温度下抵御大多数无机酸、弱碱、卤素和氧化剂的腐蚀,但是强碱、胺类、酮类和酯类化合物会使PVDF溶胀、软化甚至溶解。
机械强度:PVDF树脂的耐磨性略低于尼龙,抗拉强度是PTFE的4倍,抗压强度是PTFE的3.5倍,抗冲击强度和弯曲强度是PTFE的3倍。
介电性:PVDF具有介电性、压电性、铁电性,其介电常数达到6~8,介质损耗角正切约0.04~0.2。
阻燃性:PVDF的阻燃性可达UL94 V-0级,在空气中可以自熄极限氧指数为44%。PVDF兼具氟树脂和通用树脂的特性,用途十分广泛,在光伏、锂电池、水处理、半导体等多个领域均有重要用途。光伏:PVDF具有优异的耐紫外线和耐氧化性能,使其成为光伏组件封装材料的理想选择。随着光伏产业的快速发展,PVDF在光伏领域的应用也在不断增加。锂电池:由于PVDF具有优秀的化学稳定性和耐腐蚀性,可有效抵抗极性有机溶剂电解液的侵蚀,同时具有较好的粘结性能,因此在锂电池正极粘结剂中被广泛使用。另外,PVDF还被用于隔膜涂覆。水处理:PVDF膜因其高通量、高选择性、易清洗等特点,被广泛应用于海水淡化、污水处理等领域。半导体:PVDF具有优异的化学耐受性,可以用作输送去离子水、高纯酸的管道的衬里材料。
近几年,得益于新能源行业迅猛发展,PVDF需求大幅提升,企业纷纷加速扩产,它也成为了含氟聚合物中产能和产量增速最快的一个品种,目前其产能逼近PTFE。中国作为全球最大的新能源汽车消费市场,PVDF扩产也是最多的,产能占比不断提升,目前占比约80%。随着在建项目的相继投产,新增产能陆续涌入市场,PVDF供求关系迅速发生转变,在经历了两年多的上涨周期后,PVDF市场价格迅速下滑,行业开工率也大幅下滑,部分项目已经放慢了建设节奏,预计未来会进入一段平稳发展期,无序扩张的现状得以缓解。
PVDF是热塑性含氟聚合物,抗老化、耐化学药品、耐气候、耐紫外光辐射等性能优良,在涂料、锂电池粘结剂、石油化工、光伏背板膜、水处理膜等领域均有着重要用途。2020年以来,消费电子、新能源汽车、光伏储能等产业的高速发展,让PVDF市场需求持续提升,新能源汽车更是PVDF消费增长的主要动力。据ACMI了解,2023年我国PVDF消费量约10万吨,锂电级PVDF需求继续增长,占比提升至35%;涂料工业消费占比下降,成为第二大应用领域,占比25%;石油化工领域PVDF主要用于各类管件、阀门、设备的塑料配件,占比为8%;光伏背板膜占比10%;水膜占比约5%,其他用途占比约17%。
展望2025年,部分新增产能仍有释放预期,而下游需求难有显著增长,预计PVDF供大于求、产能过剩的状况仍将维持,目前尚无法预计这一状况何时改变。因此,企业应审时度势,谨慎建设PVDF项目,避免陷入无需竞争的泥潭中,而现有企业需要改善生产技术、提升产品品质,向高端化方向(如半导体行业)发展。