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フッ素樹脂

フッ素樹脂はフッ素元素を含む高機能プラスチックの一種で、フッ素原子の強い電気陰性度と炭素フッ素結合の強さにより、優れた耐薬品性、耐高温性、耐摩耗性を示します。
フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素化ポリアリルイミド(PFA)、ETFE、PVDFなどが一般的に市販されています。これらの材料は、極高温・極低温条件(-200℃~+260℃)下でも安定性を維持するだけでなく、酸やアルカリなどの強力な腐食性媒体に対しても侵食されない耐食性にも優れており、応用分野は非常に広いです。
 

PVDF

PVDF は、分子量が高く、融点と粘度が高く、熱的安定性と化学的安定性が高く、機械的特性と接着性に優れています。しかし、分散が比較的難しく、密着性が不十分であり、流動性も比較的低い。
一方、低分子量の PVDF は逆の効果をもたらします。一定の範囲内で分子量が大きくなると、接着力や凝集力の向上に寄与する。分子量の分布が狭いほど、バインダーの性能がより均一になり、材料の全体的な性能が向上します。
 
PVDF は、一般に 50% ~ 70% の結晶化度を有する半結晶性ポリマーです。一般的な結晶相には a、b、y 相があり、a 相が最も安定です。 PVDF の結晶化度は、その機械的特性に直接影響します。結晶化度が高いほど、ポリマーの力が大きくなり、接着力が強くなり、熱安定性が向上します。ただし、結晶化度が高いと、電解質内の分子循環が困難になり、放電負荷が増加するため、電池全体の総合的な性能に影響を与える可能性があります。
PVDF の融点は約 170℃、結晶化点は約 155℃です。周囲温度が 300°C を超えると徐々に分解が始まり、155°C を下回ると結晶化して固体になります。 PVDF の特定の融点は、分子量、結晶化度、熱履歴などの要因によって異なります。
重合方式に関して言えば、ローション重合の融点は懸濁重合の融点よりも大幅に低くなります。
PVDF のガラス転移温度は約 40 ℃です。一般に、ガラス転移温度が低いほど、分子量の柔軟性は大きくなります。したがって、PVDF はガラス転移温度が低いため、ある程度の柔軟性と強度が得られます。
以下は、テンプレートベースの PTFE (ポリテトラフルオロエチレン) および PFA (パーフルオロアルコキシ樹脂) について、主な特性指標と性能への影響に焦点を当てて説明しています。
射出成形グレード
押出成形グレードリチウム
電池電極接着剤
フィルム グレードの
粉体塗装

 

PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)

PTFE のよく知られた特性の 1 つは、その極めて低い摩擦係数と強力な非粘着性の表面であり、さまざまな耐摩耗性および耐腐食性のコーティングに使用できます。

PTFE は分子量が高く、分子鎖が長く、非常に規則的であるため、非常に高い化学的安定性、高温耐性、および低い摩擦係数が材料に与えられます。ただし、溶融粘度が非常に高い(ほとんど流動しない)ため、従来の熱可塑性加工(コールドプレス焼結が必要)では加工が困難です。
低分子量 PTFE: 加工性はわずかに優れています (微粉末 PTFE は潤滑剤添加剤として使用できます) が、機械的強度と耐クリープ性は低下します。
PTFE は非常に高い結晶化度 (通常 >90%) を持ち、らせん状に密に配置された分子鎖を持ち、高度に規則正しい結晶構造を形成し、優れた耐化学腐食性をもたらします。高剛性部品、高温耐食シール、絶縁材として使用可能
PTFEは結晶性が非常に高く、硬度と脆性が高く、耐衝撃性が低いという特性を持っています。ただし、急冷すると PTFE の結晶化速度が遅くなることがあります。低結晶化度の溶融物は流動性が良く、加熱加工が容易で、複雑な形状に適し、加工難易度が低く、低温でも柔軟性を維持し、柔軟なシール、コーティング前処理、低温装置に適しています。

熱性能

PTFE には明確な融点がなく、その機械的特性は 327 °C で失われます。 400℃で分解が始まります。 PTFEはフッ素樹脂の中で最も耐熱性が高く、高温安定性(長期使用温度260℃、短期使用温度300℃)に優れています。
PTFE は -180 °C ~ 260 °C の非常に広い動作温度範囲を持ち、低温でも優れた柔軟性を維持し、高温でも良好な性能を維持できるため、極端な温度が交互に変化する環境に適しています。
表面ナトリウムエッチングPTFE
PTFE板
PTFEロッド
PTFE粉末

 

PFA(パーフルオロアルコキシ樹脂)

PFA は PTFE と同様の性能を持ち、同じ使用温度、同様の耐食性、PTFE よりもわずかに高い摩擦係数を備えています。
高分子量 PFA: 溶融強度が高く、押出成形 (パイプやフィルムなど) に適していますが、溶融粘度は PTFE に比べてかなり低いです。加工性に優れ、複雑な射出成形(バルブ部品など)に適していますが、長期の耐応力亀裂性は低下します。
PFA は中程度の結晶化度 (30% ~ 60%) を持ち、PTFE の耐薬品性と熱可塑性プラスチックの加工の容易さを兼ね備えています。 PTFEよりも透明性に優れ、耐疲労性はさらに優れています。
PTFEと同様に、冷却速度によって結晶化度を調整し、硬さと靱性のバランスをとることができます(急冷して結晶化度を下げ、耐衝撃性を向上させるなど)。
PFAは、融点が約305〜310℃でPTFEより若干低く、ガラス転移温度(Tg)が約30℃である。分子鎖の柔軟性がPTFEとFEPの中間に位置し、適度な柔軟性を必要とする材料に適しています。

フッ素樹脂の選び方は?

また、主に使用温度、耐食性、機械的特性を考慮すると、異なるフッ素樹脂の間には大きな違いがあります。
財産 PTFE PFA FEP ETFE PVDF
耐熱性(℃) 260 260 200 150 150
電気的特性 優れた 優れた 優れた 優れた 素晴らしい
難燃性 (OI) >95 >95 >95 30 43
機械的性質 良い 良い 良い 素晴らしい 素晴らしい
低い摩擦係数 優れた 素晴らしい 優れた 良い 良い
耐酸性 優れた 優れた 優れた 優れた 素晴らしい
耐アルカリ性 優れた 優れた 優れた 優れた 良い
耐候性 優れた 優れた 優れた 優れた 優れた
耐溶剤性 優れた 優れた 優れた 優れた 貧しい
非粘着特性 優れた 優れた 優れた 素晴らしい 良い
透明度(薄物) 良い 素晴らしい 素晴らしい 良い 良い
成形性 良い 素晴らしい 素晴らしい 優れた 優れた
比重 (g/cm3) 2.17 2.15 2.15 1.73 1.80
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