So sánh các loại fluoropolymer công nghiệp: Loại nào phù hợp với ứng dụng của bạn?

Fluoropolymers là các vật liệu cao cấp được tổng hợp thông qua quá trình trùng hợp đồng phân hoặc trùng hợp hỗn hợp của các monome chứa flo. Nhờ vào các liên kết carbon–flo (C–F) cực kỳ bền trong cấu trúc phân tử của chúng, các vật liệu này sở hữu những tính chất độc đáo và vượt trội so với các polymer truyền thống.

Năng lượng liên kết cao của liên kết C–F mang lại độ ổn định nhiệt và hóa học xuất sắc cho khung polymer, từ đó tạo ra khả năng chống thời tiết tuyệt vời. Ngoài ra, bán kính nguyên tử nhỏ và độ phân cực thấp của flo góp phần tạo ra các đặc tính bề mặt đặc trưng—như tính chống dính, ma sát thấp, khả năng chống thấm nước và chống ăn mòn—cũng như hiệu suất điện và quang học đáng chú ý, bao gồm khả năng cách điện cao, hằng số điện môi thấp và độ truyền sáng cao.

Fluoropolymer thường được phân loại thành fluororesin, fluoroelastomer (cao su fluor) và các loại fluoropolymer chuyên dụng khác. PTFE, PVDF và FEP là các loại fluororesin được sử dụng phổ biến nhất, chiếm hơn 90% thị phần toàn cầu. Các loại fluoroelastomer phổ biến bao gồm FKM, FEPM, FFKM và các loại khác. Các loại fluoropolymer chuyên dụng khác bao gồm polyimide fluorinated, polyurethane, polyester, epoxy và perfluoropolyethers.

Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan chi tiết về hơn 30 loại fluoropolymer phổ biến, nhấn mạnh các đặc tính, cấu trúc và ứng dụng thực tế của chúng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, điện tử, ô tô và chế biến hóa chất.

PTFE (Polytetrafluoroethylene)

PTFE, được biết đến rộng rãi với các tên thương mại như “Teflon” và “4F”, thường được gọi là “Vua của các loại nhựa” nhờ vào sự kết hợp đặc biệt giữa các tính chất hóa học, nhiệt và điện.

PTFE là một polymer tinh thể được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp gốc tự do của tetrafluoroethylene (TFE). Nó có điểm nóng chảy cao là 327°C và độ nhớt nóng chảy cực cao—lên đến 10.¹⁰ Pa·s ở 380°C — khiến việc gia công bằng các phương pháp nhiệt dẻo truyền thống trở nên khó khăn. Vật liệu có mật độ từ 2,13–2,19 g/cm³.

Nó có khả năng chống hóa chất xuất sắc, hằng số điện môi thấp (2.1) và độ ổn định nhiệt trong phạm vi rộng của nhiệt độ và tần số. PTFE duy trì độ ổn định cơ học từ –196°C đến 260°C, với độ bền va đập cao ngay cả ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, nó có độ bền kéo, khả năng chống mài mòn và khả năng chống biến dạng chậm tương đối thấp so với các loại nhựa kỹ thuật khác.

Để khắc phục những hạn chế này, PTFE thường được gia cố bằng các chất phụ gia như sợi thủy tinh, carbon, đồng thau hoặc graphite, giúp nâng cao tính năng cơ học của nó cho các ứng dụng cụ thể.

Miếng đệm PTFE

Một trong những đặc tính nổi bật nhất của PTFE là hệ số ma sát cực thấp—thấp hơn hầu hết các vật liệu rắn khác. Nó cũng có chỉ số oxy giới hạn (LOI) rất cao, lên đến 95%, có nghĩa là nó có khả năng chống cháy cao và không hỗ trợ quá trình cháy.

Các ứng dụng điển hình của PTFE bao gồm lớp lót chống ăn mòn, ống và phụ kiện hóa chất, bộ trao đổi nhiệt, phớt, vật liệu cách điện, linh kiện y tế và lớp phủ bột hiệu suất cao.

Polyimide fluor hóa (FPI)

Polyimide fluorinated (FPI) là một loại polymer cứng, có hiệu suất cao, có cấu trúc rất đều đặn với các vòng imide trong chuỗi chính. Nó được tổng hợp bằng cách phản ứng giữa các dianhydride fluorinated và các diamine fluorinated thông qua quá trình polycondensation ở dạng nóng chảy hoặc dung dịch, sau đó được imid hóa để tạo thành axit polyamic fluorinated (FPAA).

FPI giữ nguyên các đặc tính nổi bật của polyimide truyền thống (PI) – bao gồm độ bền kéo cao, khả năng chịu nhiệt, ổn định kích thước và độ bền uốn – đồng thời cung cấp độ trong suốt cao hơn, cách điện điện tốt hơn và hằng số điện môi thấp. Những đặc tính này khiến FPI đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng điện tử tiên tiến như màn hình OLED, nơi độ truyền sáng quang học cao là yếu tố quan trọng. Các ứng dụng phổ biến bao gồm màng phủ, lớp panel cảm ứng (TSP) và màng hỗ trợ có độ truyền sáng cao.

FPI có thể được phân loại theo nhiều cách:

• Theo cấu trúc hóa học: Loại ether diphenyl, loại homophenyl, loại benzophenone và loại biphenyl FPI
• Theo nhóm polymer: Polyme etherimide fluor hóa (FPEI), polyme amideimide fluor hóa (FPAI)
• Theo mức độ flo hóa: PI perfluorinated so với PI fluorinated một phần

Được thúc đẩy bởi nhu cầu từ các ngành công nghiệp cao cấp như điện tử linh hoạt và hệ thống quản lý nhiệt, thị trường toàn cầu cho FPI tiếp tục phát triển. Tuy nhiên, các công nghệ cốt lõi vẫn tập trung chủ yếu tại Nhật Bản và Hoa Kỳ, với Nhật Bản chiếm khoảng 90% trong tổng sản lượng toàn cầu.

Trong khi Trung Quốc đã đạt được sản xuất quy mô lớn đối với một số monome có rào cản thấp như axit biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) và axit pyromellitic dianhydride (PMDA), các monome chuyên dụng như hexafluorodianhydride (6FDA) mới đây mới đạt được những đột phá trong sản xuất trong nước, giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung từ nước ngoài.

Copolymer clorotrifluoroethylene–vinyl ether (FEVE)

Để khắc phục những hạn chế của PVDF trong các ứng dụng phủ bề mặt, các nhà nghiên cứu tại Nhật Bản và Hoa Kỳ đã phát triển các nhựa fluorocarbon chứa nhóm chức hydroxyl. Năm 1982, Asahi Glass của Nhật Bản đã giới thiệu FEVE, một copolymer của fluoroolefin và vinyl ether, dưới tên thương mại Lumiflon.

FEVE là một copolymer xen kẽ được tạo thành từ các monome vinyl fluoride và các monome vinyl ether (hoặc ester). Các đơn vị vinyl fluoride tạo thành một cấu trúc bảo vệ xung quanh các đoạn vinyl ether, tăng cường độ bền. Các nhóm hydroxyl và carboxyl trong các đơn vị vinyl ether cho phép FEVE liên kết chéo với isocyanate, cho phép quá trình đóng rắn truyền thống mà không cần nung ở nhiệt độ cao.

Do đó, FEVE hòa tan trong este, ketone và dung môi aromatic và có thể được áp dụng bằng các phương pháp phủ thông thường. Nó có thể tạo thành:

• Lớp phủ nung ở nhiệt độ trung bình, một thành phần, sử dụng polyisocyanate bị chặn hoặc nhựa melamine.
• Sơn hai thành phần, khô ở nhiệt độ phòng khi kết hợp với polyisocyanate (ví dụ: HDI biuret hoặc HDI trimer)

Các lớp phủ polyurethane chứa fluorine này cung cấp khả năng chống thời tiết vượt trội, chống hóa chất (axit, kiềm, dung môi) và duy trì độ bóng lâu dài, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các lớp phủ kiến trúc cao cấp và lớp phủ chống ăn mòn chịu tải nặng.

Ethylene Propylene Fluorinated (FEP)

FEP là một loại fluoropolymer có thể gia công bằng phương pháp nung chảy, được tạo thành bằng cách copolymer hóa tetrafluoroethylene (TFE) và hexafluoropropylene (HFP). Đây là một loại nhựa mềm, tinh thể, có nhiệt độ nóng chảy là 304°C và mật độ là 2,15 g/cm³.

Mặc dù FEP có độ bền kéo, khả năng chống mài mòn và khả năng chống biến dạng nhiệt thấp hơn so với nhiều loại nhựa kỹ thuật khác, nó lại có độ trơ hóa học và ổn định nhiệt xuất sắc. Hằng số điện môi của nó duy trì ở mức thấp (2.1) trong phạm vi rộng của nhiệt độ và tần số. Nó không cháy, với chỉ số oxy giới hạn (LOI) lên đến 95%, và duy trì hiệu suất từ điều kiện nhiệt độ cực thấp đến 392°C.

Ống FEP

FEP có sẵn dưới dạng hạt cho quá trình ép đùn và đúc, dưới dạng bột cho quá trình phủ bằng giường khí động hoặc phủ tĩnh điện, và dưới dạng dung dịch nước. Các sản phẩm bán thành phẩm bao gồm màng, thanh, tấm và sợi đơn.

Các ứng dụng chính của FEP bao gồm:

• Lớp lót cho ống, van và thiết bị xử lý hóa chất
• Lớp phủ bề mặt cho trục lăn và tấm tách
• Dây điện và cáp—ví dụ: dây kết nối máy bay, cáp tăng áp, hệ thống báo động, cáp ghi dữ liệu giếng dầu và cáp dải phẳng.
• Năng lượng mặt trời—Màng FEP được sử dụng làm lớp phủ trong các bộ thu năng lượng mặt trời.

Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE)

PCTFE là một loại polymer fluorocarbon nhiệt dẻo cao cấp được tổng hợp thông qua quá trình trùng hợp gốc tự do của chlorotrifluoroethylene (CTFE). Nó có cấu trúc chuỗi thẳng với các nhóm lặp lại –CF.₂–CClF– đơn vị. Ban đầu được phát triển bởi IG Farben tại Đức vào những năm 1930, PCTFE đã trở nên nổi bật trong Dự án Manhattan như một vật liệu quan trọng cho quá trình tách các đồng vị uranium. Nó được thương mại hóa vào năm 1949 với tên gọi “Kel-F” bởi 3M tại Hoa Kỳ.

Ống PCTFE

PCTFE có khả năng chống hóa chất xuất sắc, ổn định nhiệt, hấp thụ độ ẩm thấp và tính năng rào cản khí vượt trội. Các nguyên tử flo trong cấu trúc phân tử cung cấp tính trơ, trong khi sự hiện diện của clo cải thiện độ bền cơ học, độ cứng và tính ổn định kích thước.

Mặc dù khả năng chống hóa chất và độ ổn định nhiệt của PCTFE thấp hơn một chút so với PTFE và FEP do các liên kết C–Cl, PCTFE vượt trội hơn về độ cứng, khả năng chống biến dạng và độ không thấm. Nó duy trì độ ổn định trong hầu hết các môi trường khắc nghiệt, chỉ bị phân hủy khi tiếp xúc với kim loại kiềm nóng chảy hoặc axit oxy hóa mạnh ở nhiệt độ cao.

Các tính chất chính của PCTFE:

• Điểm nóng chảy: ~210°C
• Phạm vi nhiệt độ sử dụng: –100°C đến 150°C
• Độ chính xác cao và độ trong suốt quang học
• Tỷ lệ truyền hơi nước cực thấp

Các ứng dụng phổ biến bao gồm:

• Các phớt và gioăng của hệ thống chân không
• Ống trong suốt và đồng hồ quan sát
• Các bộ phận cách điện
• Dược phẩm và thiết bị y tế
• Các bộ phận hàng không vũ trụ và hạt nhân

Polyvinylidene fluoride (PVDF)

PVDF là một loại polymer fluorocarbon bán tinh thể được tổng hợp từ quá trình trùng hợp của vinylidene fluoride (VDF) hoặc quá trình trùng hợp đồng phân của nó với một lượng nhỏ các monomer fluorocarbon khác. Với hàm lượng fluorine khoảng 60%, PVDF cung cấp sự cân bằng xuất sắc giữa các tính chất hóa học, cơ học và điện.

Vật liệu hiệu suất cao này có khả năng chống hóa chất, tia UV, tác động của thời tiết và oxy hóa vượt trội. Nó cũng cung cấp độ bền kéo, khả năng chống va đập, độ cứng và khả năng chống mài mòn xuất sắc. Phạm vi nhiệt độ hoạt động của PVDF thường dao động từ –60°C đến 150°C, khiến nó phù hợp cho cả ứng dụng kết cấu và hóa chất.

Tấm PVDF

Các tính chất chính của PVDF:

• Độ tinh khiết cao và khả năng chống hóa chất xuất sắc
• Khả năng chống mỏi và chống biến dạng dẻo vượt trội
• Khả năng chống cháy tốt và hiệu suất cách nhiệt cao.
• Khả năng gia công tuyệt vời thông qua ép phun, ép đùn và hàn.

Các lĩnh vực ứng dụng chính:

• Ngành công nghiệp hóa dầu: Vật liệu lót cho ống, van, bồn chứa và bộ trao đổi nhiệt
• Điện tử: Hệ thống vận chuyển hóa chất có độ tinh khiết cao trong sản xuất bán dẫn
• Lớp phủ: Được sử dụng trong sơn fluorocarbon cao cấp cho kiến trúc.
• Lưu trữ năng lượng: Chất kết dính, chất cách điện, gel và chất kết dính trong pin lithium-ion—một thị trường đang phát triển nhanh chóng cho PVDF

Polytetrafluoroethylene (PFA) có thể hàn

PFA (viết tắt của perfluoroalkoxy alkane) là một loại nhựa fluoroplastic được fluor hóa hoàn toàn, giữ nguyên tất cả các tính chất ưu việt của PTFE như tính trơ hóa học, bề mặt chống dính và độ ổn định nhiệt, đồng thời có thể gia công bằng phương pháp nung chảy. Điều này khiến PFA trở thành lựa chọn lý tưởng thay thế cho PTFE trong các ứng dụng yêu cầu hình dạng phức tạp và gia công chính xác.

PFA được sản xuất bằng cách copolymer hóa tetrafluoroethylene (TFE) với perfluoroalkyl vinyl ethers. Cấu trúc copolymer này làm giảm độ nhớt của hỗn hợp nóng chảy và cải thiện độ bám dính của hỗn hợp nóng chảy mà không làm mất đi các đặc tính hiệu suất cao liên quan đến PTFE.

Ống PFA

Các tính chất chính của PFA:

• Nhiệt độ hoạt động liên tục: –80°C đến 260°C
• Khả năng chống chịu xuất sắc đối với hầu hết các loại hóa chất.
• Hệ số ma sát thấp và khả năng chống dính xuất sắc
• Tính cách điện ổn định ở các nhiệt độ khác nhau
• Độ bền kéo cao với độ dãn dài từ 100–300%
• Khả năng chống tia bức xạ và chống cháy vượt trội
• Tính tương thích sinh học — an toàn cho các thiết bị y tế và implant.

Các ứng dụng phổ biến:

• Phớt, gioăng và lớp lót van trong quá trình xử lý hóa chất
• Ống y tế và các bộ phận của thiết bị y tế
• Cách điện dây và cáp chịu nhiệt độ cao
• Lớp phủ chống dính và chống ăn mòn
• Ống lót bơm, phụ kiện và bồn phản ứng

Ethylene Tetrafluoroethylene (ETFE)

ETFE là một loại fluoropolymer cứng, bán tinh thể được tạo thành bằng cách copolymer hóa ethylene và tetrafluoroethylene. Đôi khi được gọi là F40, ETFE được biết đến là loại fluoroplastic bền nhất, kết hợp giữa khả năng chống hóa chất và ổn định nhiệt xuất sắc với độ bền cơ học cao và khả năng chống bức xạ.

So với PTFE, ETFE có độ bền kéo gần gấp đôi (lên đến 50 MPa) và khả năng bám dính tốt hơn trên bề mặt kim loại, cho phép thực hiện các quy trình lót kín đáng tin cậy trong hệ thống ống dẫn chống ăn mòn. Nó duy trì hiệu suất trong phạm vi nhiệt độ rộng và có khả năng chống tia UV và lão hóa môi trường cao.

Màng ETFE trong kiến trúc hiện đại

Những ưu điểm chính của ETFE:

• Độ bền cơ học và độ dẻo dai xuất sắc
• Độ trong suốt cao và ổn định dưới tác động của tia UV
• Khả năng chống va đập và chống mài mòn vượt trội
• Nhiệt độ xử lý lên đến 300°C; nhiệt độ hoạt động lên đến 150°C
• Độ bền điện môi cao và tính trơ hóa học

Các lĩnh vực ứng dụng chính:

• Kiến trúc: Màng lợp mái và tường ngoài nhẹ, trong suốt (ETFE chỉ nặng 1% so với kính)
• Ngành công nghiệp hóa chất: Lớp lót cho ống, van và bồn chứa
• Hàng không vũ trụ: Màng chống bức xạ và vật liệu cách nhiệt
• Điện tử: Vỏ cách điện và vỏ bảo vệ

Màng ETFE có độ dẻo cao (độ giãn dài > 400%) và không tự bốc cháy, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các công trình hiện đại đòi hỏi độ bền, khả năng truyền sáng và khả năng chống chịu môi trường.

Copolymer Tetrafluoroethylene–Hexafluoropropylene–Vinylidene Fluoride (THV)

THV là một loại copolymer fluoroplastic linh hoạt và trong suốt, được sản xuất từ tetrafluoroethylene (TFE), hexafluoropropylene (HFP) và vinylidene fluoride (VDF). Nó kết hợp khả năng chống hóa chất và không cháy của các loại fluoroplastic truyền thống với khả năng gia công xuất sắc, khiến nó trở thành một trong những loại fluoropolymer đa năng nhất được phát triển cho đến nay.

Không giống như PTFE, không thể gia công bằng phương pháp nung chảy, THV có dải nhiệt độ gia công rộng và điểm nóng chảy thấp, cho phép nó được gia công bằng các phương pháp như ép đùn, ép đùn kép, ép phun, ép thổi, ép lớp, phủ nhúng và sử dụng trong các ứng dụng màng. Đây là loại fluoroplastic thương mại mềm nhất, nổi tiếng với độ linh hoạt và độ trong suốt vượt trội.

Các đặc tính chính của THV:

• Khả năng chống ăn mòn xuất sắc đối với các khí và chất lỏng ăn mòn.
• Độ trong suốt tia UV và chỉ số khúc xạ thấp—lý tưởng cho các ứng dụng quang học.
• Nhiệt độ nóng chảy thấp, cho phép xử lý chung với các polymer không chứa flo.
• Độ bám dính tốt trên kim loại và nhựa — không cần xử lý bề mặt.
• Chất liên kết bằng tia bức xạ để cải thiện khả năng chịu nhiệt độ cao và độ bền.

Các ứng dụng phổ biến của THV bao gồm:

• Ống dẫn nhiên liệu nhiều lớp và ống dẫn hóa chất
• Sợi quang linh hoạt và vật liệu điều khiển ánh sáng
• Phim kiến trúc và bao bọc tấm pin mặt trời
• Lớp phủ bảo vệ và ống trong suốt cho môi trường khắc nghiệt
• Thùng chứa chuyên dụng, các bộ phận đúc và lớp lót chịu áp lực

Độ trong suốt của THV trong dải phổ từ tia cực tím (UV) đến tia hồng ngoại (IR), kết hợp với tính trơ hóa học và khả năng kết dính, khiến nó trở thành một ứng cử viên tiềm năng cho các ứng dụng mới nổi trong lĩnh vực năng lượng mặt trời, quang học và điện tử chính xác.

Ethylene clorotrifluoroethylene (ECTFE)

ECTFE là một loại copolymer cứng, bán tinh thể được sản xuất từ ethylene và chlorotrifluoroethylene (CTFE). Nó có khả năng chống ăn mòn xuất sắc và độ thấm thấp, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các môi trường xử lý hóa chất đòi hỏi khắt khe. Trong số các fluoropolymer, ECTFE đặc biệt nổi bật với khả năng chống lại các chất oxy hóa mạnh, clo và một loạt các hóa chất vô cơ và hữu cơ.

ECTFE duy trì hiệu suất trong phạm vi nhiệt độ rộng—từ điều kiện nhiệt độ cực thấp đến 149°C. Nó cũng cung cấp các tính chất cơ học xuất sắc, khả năng chống va đập và cách điện điện, ngay cả trong môi trường làm việc khắc nghiệt.

Các đặc tính chính của ECTFE:

• Khả năng chống chịu vượt trội đối với axit, bazơ, dung môi và các hợp chất chứa clo.
• Độ thấm nước và tốc độ thẩm thấu rất thấp
• Độ nhẵn bề mặt cao, có khả năng chống lại sự phát triển của vi sinh vật.
• Độ bền cơ học tốt và độ bền va đập cao.
• Hiệu suất điện môi ổn định trong dải tần số rộng.

Một so sánh thú vị của Ausimont (nay là một phần của Solvay) cho thấy rằng, dưới độ phóng đại 1000x, bề mặt của ECTFE (đặc biệt là các vật liệu được lót HALAR®) vẫn mịn hơn và có ít điểm bám vi sinh vật hơn đáng kể so với các bề mặt làm từ polypropylene (PP), PVDF hoặc PVC. Điều này mang lại cho ECTFE một lợi thế vệ sinh rõ rệt trong các ứng dụng hóa chất và dược phẩm.

Các ứng dụng chính của ECTFE:

• Hệ thống thoát nước và xử lý nước thải trong các nhà máy hóa chất và dầu khí
• Bộ lọc khí thải, ống dẫn khí thải và hệ thống làm sạch hóa học
• Vật liệu lót cho bồn chứa, thiết bị chứa và đường ống dẫn chất lỏng có tính ăn mòn cao.
• Cách điện cho dây và cáp trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt

Polyvinyl fluoride (PVF)

Polyvinyl fluoride (PVF) là một loại fluoropolymer bán tinh thể được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp đồng phân của vinyl fluoride. Với hàm lượng flo thấp nhất trong số các loại fluoroplastic thương mại, PVF mang lại sự cân bằng độc đáo giữa hiệu quả chi phí, độ trong suốt và độ bền—làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng màng mỏng.

PVF là một loại nhựa nhiệt dẻo màu trắng, dạng bột, có điểm nóng chảy khoảng 190–200°C và nhiệt độ phân hủy trên 210°C. Nó có phạm vi nhiệt độ sử dụng từ –100°C đến 150°C và trọng lượng phân tử thường dao động từ 60.000 đến 180.000.

Màng PVF cho lớp lót phía sau của tấm pin quang điện

Các đặc tính chính của PVF:

• Độ cách điện cao và độ trong suốt (bao gồm khả năng truyền qua tia UV)
• Khả năng chống thời tiết tốt, khả năng chống hóa chất và khả năng chống lão hóa.
• Độ bền cao và độ dẻo dai trong dạng màng mỏng.
• Chi phí thấp so với các loại nhựa fluorocarbon khác.

Các ứng dụng chính của PVF:

• Lớp lót sau cho các mô-đun quang điện và tấm pin mặt trời
• Màng bảo vệ cho tấm panel kiến trúc và nội thất máy bay
• Vật liệu đóng gói cho các chất ăn mòn và dầu
• Màng nông nghiệp và vật liệu cách điện

PVF chủ yếu được sử dụng dưới dạng màng, giúp tăng cường đáng kể khả năng chống lại tia UV, hóa chất, độ ẩm và sự phân hủy môi trường—làm cho nó trở thành vật liệu không thể thiếu trong các ứng dụng ngoài trời có tuổi thọ cao.

Polyurethane chứa flo

Polyurethane (PU) là một loại polymer đa năng được cấu tạo từ các nhóm carbamate (urethane) lặp lại. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng từ foam, elastomer, keo dán đến sơn phủ và sợi tổng hợp. Mặc dù polyurethane có các tính chất cơ học xuất sắc như độ bền, độ đàn hồi và độ cứng, nó thường có khả năng chống nước, thời tiết và hóa chất kém.

Để khắc phục những hạn chế này, các nguyên tử flo có thể được đưa vào cấu trúc phân tử của polyurethane. Quá trình flo hóa cải thiện các đặc tính bề mặt và nhiệt của polymer đồng thời duy trì độ bền và độ đàn hồi vốn có của nó.

Các lợi ích của polyurethane fluorinated bao gồm:

• Giảm năng lượng bề mặt để tăng khả năng chống thấm nước và dầu.
• Khả năng chịu nhiệt và ổn định oxy hóa được cải thiện
• Hằng số điện môi và hệ số khúc xạ giảm
• Khả năng chống hóa chất được cải thiện và hiệu suất chống bám bẩn.
• Khả năng chống thời tiết vượt trội và khả năng chống cháy

Việc tích hợp các liên kết C–F dẫn đến năng lượng liên kết cao hơn và bề mặt ít phản ứng hóa học hơn, khiến polyurethane fluorinated trở nên phù hợp cho các môi trường khắc nghiệt. Các vật liệu này ngày càng được sử dụng trong:

• Lớp phủ chống thời tiết và chống ăn mòn
• Vật liệu cách điện có điện môi thấp cho vi điện tử
• Vật liệu composite hàng không vũ trụ và quân sự
• Các ứng dụng y sinh học như lớp phủ cho thiết bị cấy ghép và ống y tế.
• Lớp phủ bảo vệ cho việc bảo tồn di sản văn hóa

Polyurethane fluorinated là một loại vật liệu tiên tiến kết hợp giữa độ linh hoạt của polyurethane (PU) và khả năng chống hóa chất của fluoropolymer, mang lại hiệu suất đa chức năng cho cả ứng dụng công nghiệp và chuyên dụng.

Gum fluor (Elastomer fluor)

Fluororubber—còn được gọi là fluoroelastomer—là một loại cao su tổng hợp chứa các nguyên tử flo trên chuỗi polymer chính hoặc chuỗi bên. Nó nổi tiếng với khả năng chống chịu nhiệt độ cao, dầu, nhiên liệu và các hóa chất ăn mòn mạnh, đồng thời vẫn giữ được tính chất cơ học và độ đàn hồi cao. Nhờ sự kết hợp hiếm có này, fluororubber được sử dụng rộng rãi trong các môi trường làm kín cực đoan như hàng không vũ trụ, ô tô, chế biến hóa chất và công nghiệp quốc phòng.

Cao su perfluoroether (FFKM)

Các loại chính của cao su fluorine bao gồm:

• FKM: Loại phổ biến nhất, được sản xuất từ vinylidene fluoride, hexafluoropropylene và tetrafluoroethylene. Bao gồm các loại 26, 246 và các loại cao su perfluoroether.
• FFKM (Perfluoroelastomer): Được sản xuất từ tetrafluoroethylene và perfluorovinyl ethers. Có khả năng chống hóa chất và nhiệt độ cao nhất (lên đến 325°C) và thường được sử dụng trong các ứng dụng bán dẫn, hàng không vũ trụ và dược phẩm.
• FEPM: Một copolymer của tetrafluoroethylene và propylene. Chống lại axit, kiềm, hơi nước, dầu mỡ và dung dịch phanh. Được sử dụng trong các ngành công nghiệp ô tô, hóa chất và thực phẩm.
• FZ (Cao su phosphazene fluor hóa): Không chứa liên kết carbon–carbon trong chuỗi chính. Có khả năng chống ozone, nhiệt độ thấp (xuống đến –68°C) và lão hóa hóa học xuất sắc. Ngoài ra, còn có khả năng chống cháy cao và độ bền uốn tốt.

Các tính chất chính của cao su fluor:

• Hiệu suất nhiệt độ cao xuất sắc: thông thường từ –20°C đến 200°C; một số loại có thể lên đến 325°C.
• Khả năng chống chịu xuất sắc đối với dầu, nhiên liệu và dung môi.
• Độ thấm khí thấp và độ bền cơ học cao
• Khả năng chống lão hóa tốt dưới tác động của nhiệt, tia UV và ozone.

Các ứng dụng phổ biến:

• O-rings, gioăng, phớt và màng chắn trong động cơ và hệ thống thủy lực
• Các thành phần hệ thống nhiên liệu trong ngành hàng không vũ trụ và ô tô
• Ống cao su hiệu suất cao, đệm van và nút chai
• Giải pháp đóng kín cực kỳ hiệu quả trong thiết bị gia công bán dẫn

Hiệu suất của cao su fluororubber trong điều kiện cực đoan khiến nó trở thành vật liệu thiết yếu trong các ngành công nghiệp nơi an toàn, độ bền và tính ổn định hóa học là yếu tố quan trọng. Trong số các loại cao su tổng hợp, nó vẫn là một trong những giải pháp làm kín linh hoạt và đáng tin cậy nhất.

Polyme acrylate chứa flo

Polyme acrylate fluor hóa là các vật liệu chuyên dụng được tạo ra bằng cách tích hợp các nhóm fluor vào chuỗi polyme acrylate thông thường. Polyme acrylate được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như sơn phủ, dệt may, hoàn thiện giấy và xây dựng nhờ tính dễ gia công, khả năng tạo màng mạnh mẽ và hiệu quả về chi phí. Tuy nhiên, chúng thường thiếu độ kỵ nước, kỵ dầu và khả năng chống thời tiết – những hạn chế có thể được khắc phục thông qua quá trình fluor hóa.

Bằng cách đưa vào các nguyên tử flo—đặc biệt là CF₃ và CF₂ Các nhóm chức năng được tích hợp vào chuỗi polymer giúp giảm sức căng bề mặt, từ đó nâng cao khả năng chống nước, dầu, bụi bẩn và hóa chất. Các polymer này cũng có độ ổn định nhiệt và tia UV được cải thiện, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các lớp phủ ngoài trời và cao cấp.

Ưu điểm của các polymer acrylate chứa flo:

• Khả năng chống thấm nước và dầu được cải thiện
• Khả năng chống thời tiết và chống bám bẩn được cải thiện
• Tăng độ mịn bề mặt và hiệu ứng tự làm sạch
• Khả năng chống hóa chất tốt và năng lượng bề mặt thấp
• Một số loại có tính kháng khuẩn và tính trơ sinh học.

Các loại polymer acrylate chứa flo:

• Homopolyme: Có khả năng chống côn trùng mạnh mẽ nhưng đắt tiền và dễ vỡ.
• Hỗn hợp copolymer: Copolymer của các monome fluorinated với các monome acrylate tiêu chuẩn hoặc các monome chức năng để cân bằng giữa hiệu suất và chi phí.

Các monome acrylate chứa flo thông dụng bao gồm:

• Axit acrylate hexafluorobutyl
• Dodecafluoroheptyl methacrylate
• Perfluorosulfonamid (met)acrylat
• Axit acrylate ethyl perfluoroalkyl

Lưu ý quan trọng: Mặc dù các este acrylic perfluoroalkyl chuỗi dài (C8 trở lên) có hiệu suất vượt trội, chúng lại có tính bền vững cao trong môi trường và khó phân hủy. Nhiều quốc gia hiện nay đã ban hành các quy định hoặc hạn chế việc sử dụng chúng, dẫn đến sự chuyển dịch nhu cầu sang các lựa chọn chuỗi ngắn hơn (C6 trở xuống).

Các lĩnh vực ứng dụng chính:

• Lớp phủ cho vải và da có khả năng chống thấm nước và chống bám bẩn
• Lớp phủ tự làm sạch cho kiến trúc và ô tô
• Giấy chống dính, bao bì và lớp lót tách rời
• Màng bảo vệ cho thiết bị điện tử và tấm pin mặt trời

Polycarbonate chứa flo

Polycarbonate (PC) là một loại nhựa nhiệt dẻo cao cấp nổi tiếng với khả năng chống va đập xuất sắc, độ trong suốt quang học và khả năng cách điện. Hình thức phổ biến nhất của PC, dựa trên bisphenol A (BPA), được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận ô tô, hệ thống chiếu sáng, điện tử, vật liệu xây dựng và bao bì. Tuy nhiên, PC truyền thống có thể không đáp ứng được yêu cầu của các ứng dụng cao cấp đòi hỏi các tính năng nhiệt, hóa học và điện môi được cải thiện.

Polycarbonate fluorinated khắc phục những hạn chế này bằng cách sử dụng các khối xây dựng fluorinated như bisphenol AF (BPAF), chứa nhóm –CF.₃ Các nhóm này tạo ra các tương tác liên phân tử mạnh hơn và làm giảm độ phân cực của polymer, dẫn đến hiệu suất vượt trội.

Lợi ích của polycarbonate fluorinated:

• Tăng độ ổn định nhiệt và nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (T)_g)
• Hằng số điện môi thấp hơn để cải thiện khả năng cách điện.
• Giảm khả năng hấp thụ nước và cải thiện độ ổn định kích thước.
• Khả năng chống hóa chất và chịu thời tiết được cải thiện
• Tăng cường độ trong suốt và giảm chỉ số khúc xạ

Những ưu điểm này khiến polycarbonate fluorinated trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng như phim quang học thế hệ mới, linh kiện hàng không vũ trụ và vật liệu cách điện cho vi điện tử. Chúng cũng là ứng cử viên tiềm năng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt, nơi polycarbonate thông thường sẽ bị phân hủy nhanh hơn.

Do quá trình tổng hợp phức tạp và chi phí cao, polycarbonate fluorinated chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực chuyên biệt. Tuy nhiên, sự phát triển của chúng đang được đẩy mạnh do nhu cầu ngày càng tăng về các vật liệu nhẹ, ổn định nhiệt và có điện môi thấp trong các ứng dụng điện tử và quang học tần số cao.

P(VDF-co-CTFE) – Copolymer của Vinylidene Fluoride và Chlorotrifluoroethylene

P(VDF-co-CTFE) là một copolymer fluorinated được hình thành bằng cách trùng hợp vinylidene fluoride (VDF) với chlorotrifluoroethylene (CTFE). Ban đầu được phát triển cho các ứng dụng quân sự vào những năm 1950, nó đã được thương mại hóa dưới tên thương hiệu Kel® F bởi Kellogg vào năm 1955.

Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ giữa VDF và CTFE, các tính chất của copolymer—như độ dẻo dai, độ kết tinh và hiệu suất nhiệt—có thể được điều chỉnh chính xác. Cụ thể, sự hiện diện của CTFE làm giảm độ kết tinh và tăng vùng vô định hình, giúp vật liệu có độ bền cao hơn và khả năng gia công tốt hơn so với PVDF hoặc PCTFE tinh khiết.

Các tính năng chính của P(VDF-co-CTFE):

• Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh có thể điều chỉnh (T)_g) giữa nhiệt độ của PVDF (–40°C) và PCTFE (+45°C)
• Độ linh hoạt và độ giãn dài được cải thiện
• Khả năng chống hóa chất và thời tiết tốt
• Độ thấm ẩm thấp
• Độ bám dính xuất sắc trên kim loại và các vật liệu nền khác.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Lớp lót bên trong cho ống dẫn chất lỏng trong hệ thống dầu khí (đặc biệt là ống dẫn dưới biển và trên bờ)
• Lớp bảo vệ cho ống mềm, màng và phim
• Vật liệu cách ly trong môi trường hóa chất có độ tinh khiết cao

P(VDF-co-CTFE) được đánh giá cao nhờ sự cân bằng giữa độ linh hoạt, khả năng chống thấm và độ bền hóa học—điều này khiến nó trở nên lý tưởng cho các môi trường khắc nghiệt mà các loại nhựa truyền thống không thể chịu đựng được.

P(VDF-co-TrFE) – Copolymer của Vinylidene Fluoride và Trifluoroethylene

P(VDF-co-TrFE) là một copolymer fluorinated bán tinh thể được sản xuất bằng cách copolymer hóa vinylidene fluoride (VDF) với trifluoroethylene (TrFE). Nó thể hiện tính chất ferroelectric và piezoelectric mạnh mẽ, khiến nó trở thành vật liệu quan trọng trong các cảm biến, bộ truyền động và thiết bị thu năng lượng.

Với hàm lượng mol VDF nằm trong khoảng từ 50% đến 80%, P(VDF-co-TrFE) hình thành cấu trúc tinh thể pha β, hỗ trợ quá trình phân cực điện tự phát. Sau khi phân cực (định hướng các lưỡng cực thông qua nhiệt hoặc trường điện), vật liệu thể hiện hệ số piezoelectric cao và độ kết hợp điện-cơ học.

Các tính chất chính của P(VDF-co-TrFE):

• Phản ứng piezoelectric cao (d)₃₁ và d₃₃ lên đến ±25 pC/N)
• Độ linh hoạt cơ học tốt và khả năng co giãn.
• Độ tương tác điện cơ cao hơn (k)_t) so với các sản phẩm gốm sứ
• Có thể sử dụng dưới dạng màng mỏng, sợi và dạng đúc.
• Hành vi nhiệt dẻo — cho phép gia công dễ dàng so với gốm piezoelectric giòn.

Các lĩnh vực ứng dụng chính:

• Cảm biến và bộ chuyển đổi piezoelectric (áp suất, rung động, biến dạng)
• Chụp ảnh siêu âm và micro thu âm dưới nước
• Loa siêu nhỏ và micro
• Hệ thống thu thập năng lượng và thiết bị đeo thông minh
• Thiết bị nhớ pyroelectric và điện hoạt

So với các vật liệu piezoceramic truyền thống như PZT, P(VDF-co-TrFE) mang lại độ linh hoạt, khả năng gia công và tương thích tốt hơn với các thiết bị điện tử mềm—điều này khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng y tế, tiêu dùng và giám sát kết cấu.

Polytrifluorostyrene (PTFS)

Polytrifluorostyrene (PTFS) là một homopolymer được tổng hợp từ trifluorostyrene (TFS), có cấu trúc tương tự như polytetrafluoroethylene (PTFE), nhưng có một nguyên tử flo được thay thế bằng một vòng phenyl (benzene). Do đó, PTFS có các tính chất vật lý và hóa học đặc trưng, khiến nó trở thành đối tượng nghiên cứu ngày càng được quan tâm trong lĩnh vực vật liệu chức năng chứa flo.

PTFS có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh tương đối cao (~210°C) và có cấu trúc vô định hình với độ kết tinh rất thấp. Khác với PTFE, nó có tính giòn ở nhiệt độ phòng và hòa tan trong nhiều dung môi hữu cơ—giới hạn việc sử dụng trực tiếp trong các thành phần kết cấu nhưng mở ra những cơ hội mới cho các ứng dụng chức năng.

Các đặc điểm chính của PTFS:

• Độ ổn định nhiệt cao và nhiệt độ chuyển pha thủy tinh
• Độ tan trong nhiều loại dung môi hữu cơ phân cực
• Năng lượng bề mặt thấp và tính phản ứng hóa học
• Dễ vỡ và không chịu mài mòn nếu không được gia cố.

Để mở rộng chức năng của mình, PTFS có thể được biến đổi hóa học (chức năng hóa) để giới thiệu các nhóm hoạt động cho các ứng dụng nâng cao:

• Sulfon hóa: Sản xuất màng trao đổi cation cho pin nhiên liệu và tách ion.
• Nitrat hóa: Cho phép phát triển các màng quang học có độ song khúc xạ cao.

Các phương pháp chức năng hóa:

1. Trước quá trình trùng hợp: Tổng hợp các monome trifluorostyrene đã được sửa đổi và sau đó copolymer hóa — linh hoạt hơn nhưng phức tạp về mặt hóa học.
2. Sau quá trình trùng hợp: Sửa đổi PTFS ngay sau quá trình polymer hóa — đơn giản hơn nhưng hạn chế về đa dạng nhóm và nguy cơ tạo liên kết chéo.

Mặc dù vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển, PTFS có tiềm năng trong các công nghệ màng tiên tiến, phim quang học và lớp phủ chuyên dụng—đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu hàm lượng flo cao và độ hòa tan tốt.

Nhựa axit perfluorosulfonic

Nhựa axit perfluorosulfonic (PFSA) là một loại ionomer hiệu suất cao, nổi tiếng với độ ổn định hóa học vượt trội, độ dẫn proton cao và khả năng chịu nhiệt. Nó được coi là một trong những axit siêu mạnh dạng rắn mạnh nhất và là vật liệu quan trọng trong sản xuất màng trao đổi proton (PEM) cho pin nhiên liệu và màng trao đổi ion cho các quá trình điện hóa.

Nhựa PFSA thường được tổng hợp bằng cách đồng trùng hợp tetrafluoroethylene (TFE) với các monome perfluorovinyl ether chứa nhóm chức sulfonic acid. Sự hiện diện của các nguyên tử flo có độ âm điện cao mang lại khả năng chống lại sự tấn công hóa học và oxy hóa vượt trội, trong khi các nhóm sulfonic acid cung cấp độ dẫn ion mạnh.

Các đặc tính chính của nhựa PFSA:

• Độ ổn định nhiệt xuất sắc (ổn định lên đến ~200°C)
• Khả năng chống hóa chất vượt trội—thậm chí trong các axit và bazơ mạnh.
• Độ dẫn proton cao do các nhóm axit sulfonic.
• Độ bền cơ học tốt và khả năng gia công như một loại nhựa nhiệt dẻo.
• Độ bền lâu dài trong điều kiện điện hóa

Để sản xuất màng, nhựa PFSA thường được gia công bằng phương pháp nung chảy ở nhiệt độ 160–230°C và ép đùn thành màng. Các màng này sau đó được làm mềm và ép lớp để tăng cường cơ học. Nhờ cấu trúc độc đáo, nhựa PFSA kết hợp được ưu điểm của khung fluoropolymer với các nhóm chức năng dẫn ion.

Các lĩnh vực ứng dụng chính:

• Pin nhiên liệu: Màng trao đổi proton (PEM) cho hệ thống năng lượng hydro và xe điện
• Ngành công nghiệp clo-kiềm: Màng trao đổi ion cho quá trình điện phân nước muối
• Máy điện phân: Sản xuất hydro thông qua điện phân nước
• Hệ thống pin: Màng phân tách pin dòng và màng dẫn proton
• Kỹ thuật môi trường: Phục hồi axit và tách các ion kim loại nặng

Với xu hướng toàn cầu hướng tới năng lượng sạch, nhu cầu về nhựa PFSA đang tăng nhanh chóng—đặc biệt là như một vật liệu chính trong pin nhiên liệu hydro và hệ thống điện phân được sử dụng trong xe năng lượng mới và công nghệ lưu trữ năng lượng.

Cao su fluorosilicone

Cao su fluorosilicone là một loại elastomer lai ghép kết hợp các ưu điểm của silicone và hợp chất fluorinated. Nó được phát triển để khắc phục nhược điểm của cao su silicone truyền thống—đặc biệt là khả năng chống chịu kém với nhiên liệu, dầu mỡ và hóa chất ăn mòn—trong khi vẫn giữ được độ linh hoạt xuất sắc, ổn định nhiệt và khả năng chống thời tiết.

Cốt lõi của cao su fluorosilicone được xây dựng trên cơ sở polysiloxane (chuỗi silic-oxygen), với một số nhóm methyl được thay thế bằng các chuỗi bên trifluoropropyl. Sự thay đổi này giúp tăng cường đáng kể khả năng chống dầu, nhiên liệu và dung môi, đồng thời vẫn giữ được các đặc tính chính của vật liệu silicone truyền thống.

Những ưu điểm chính của cao su fluorosilicone:

• Độ linh hoạt tuyệt vời ở nhiệt độ thấp (thấp nhất là –60°C)
• Khả năng chống chịu xuất sắc đối với các loại nhiên liệu, dầu và chất lỏng thủy lực.
• Hiệu suất ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng (từ –60°C đến 200°C)
• Khả năng chống ozone, tia UV và tác động của thời tiết tốt.
• Độ biến dạng nén thấp và độ đàn hồi cao

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Các bộ phận đóng kín trong hệ thống nhiên liệu của ngành hàng không vũ trụ và ô tô
• Phớt, vòng O và ống dẫn trong môi trường hóa chất khắc nghiệt
• Ống y tế và công nghiệp tiếp xúc với dung môi
• Các vật liệu cách điện yêu cầu khả năng chịu dầu và chịu nhiệt.

Cao su fluorosilicone đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng mà việc tiếp xúc với nhiên liệu và hóa chất là không thể tránh khỏi, và nơi cao su silicone truyền thống hoặc cao su fluorocarbon sẽ bị phân hủy theo thời gian. Mặc dù đắt hơn so với cao su silicone tiêu chuẩn, hiệu suất của nó trong môi trường cực đoan đã chứng minh được giá trị của chi phí trong các ứng dụng quan trọng.

Polyester fluor hóa

Polyester fluorinated là một loại polyester đã được biến đổi, trong đó một số nguyên tử hydro trên chuỗi chính hoặc chuỗi bên của polymer được thay thế bằng nguyên tử flo. Sự thay đổi cấu trúc này làm tăng cường các tính chất bề mặt, nhiệt và hóa học của vật liệu, mở rộng ứng dụng của nó trong các lớp phủ, màng và sợi có hiệu suất cao.

Dựa trên vị trí của flo, polyester flo hóa được phân loại thành ba loại:

• Các nguyên tử flo trong chuỗi chính
• Các nguyên tử flo trong chuỗi phụ
• Các nguyên tử flo trong cả chuỗi chính và chuỗi phụ

Các lợi ích của polyester fluorinated bao gồm:

• Năng lượng bề mặt tự do thấp cho khả năng chống thấm nước và dầu xuất sắc.
• Hệ số ma sát và hằng số điện môi giảm
• Khả năng chống thời tiết và chống oxy hóa được cải thiện
• Độ trong suốt cao và khả năng truyền ánh sáng trong các lớp màng mỏng
• Khả năng chống lại tác động hóa học và sự phân hủy do tia UV

Các lĩnh vực ứng dụng:

• Lớp phủ chống bám bẩn và chống thời tiết cho các công trình xây dựng và hạ tầng.
• Màng chống thấm nước và chống sương mù cho thiết bị điện tử và quang học
• Vải tự làm sạch và sợi kỹ thuật cao cấp
• Nhựa trung gian dùng để sản xuất sơn polyurethane chứa fluorine

Polyester fluorinated đang thu hút sự chú ý trong các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu có khả năng bảo vệ bề mặt và độ bền môi trường. Các phiên bản có nhóm hydroxyl ở đầu mạch cũng có thể được sử dụng làm tiền polymer trong các hệ thống polyurethane tiên tiến cho sơn và keo dán.

Nhựa epoxy chứa flo

Nhựa epoxy là loại polymer nhiệt rắn được sử dụng rộng rãi, được đánh giá cao nhờ khả năng bám dính mạnh, kháng hóa chất, cách điện và độ bền cơ học. Tuy nhiên, nhựa epoxy truyền thống thường không đáp ứng được yêu cầu về tính kỵ nước, kháng dầu và độ bền thời tiết lâu dài. Việc sửa đổi bằng fluor hóa giải quyết những hạn chế này bằng cách đưa các nhóm fluor vào khung chính hoặc chuỗi bên của nhựa.

Bằng cách tích hợp các nguyên tử flo—đặc biệt là CF₃ hoặc CF₂ Các đơn vị—nhựa epoxy có hiệu suất được cải thiện đáng kể nhờ liên kết C–F mạnh (năng lượng liên kết ~486 kJ/mol), độ phân cực thấp và độ âm điện cao của flo.

Các cải tiến chính từ quá trình fluor hóa:

• Khả năng chống hóa chất xuất sắc (axit, bazơ, dung môi)
• Năng lượng bề mặt thấp hơn, dẫn đến khả năng chống thấm nước và dầu tốt hơn.
• Dải nhiệt độ hoạt động rộng hơn và độ ổn định nhiệt tốt hơn.
• Hằng số điện môi và hệ số khúc xạ giảm
• Khả năng chống lão hóa được cải thiện, khả năng chống tia UV và khả năng chống bám bẩn.

Các nguyên tử flo cũng sắp xếp theo cấu trúc xoắn ốc quanh khung carbon của polymer, tạo thành một lớp bảo vệ ba chiều giúp bảo vệ nhựa khỏi sự phân hủy do môi trường và tác động hóa học.

Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm:

• Lớp phủ cao cấp dành cho ngành hàng không vũ trụ, hàng hải và ô tô.
• Vỏ bọc điện tử và vật liệu cách điện cho vi điện tử
• Keo quang học và lớp phủ chống phản xạ
• Vật liệu composite chuyên dụng cho công nghệ quốc phòng và vệ tinh

Do chi phí cao và độ phức tạp, nhựa epoxy fluorinated thường được sử dụng cho các ứng dụng cao cấp, nơi độ tin cậy lâu dài, hiệu suất điện và khả năng chống chịu môi trường là yếu tố quan trọng. Khi nhu cầu về vật liệu thế hệ mới ngày càng tăng, việc sử dụng nhựa epoxy fluorinated được dự kiến sẽ mở rộng hơn nữa vào lĩnh vực điện tử chính xác và cơ sở hạ tầng tiên tiến.

Polyetheretherketoneketone (PEEKK) chứa flo

Polyetheretherketoneketone (PEEKK) là một loại polymer nhiệt dẻo cao cấp thuộc họ PAEK, có cấu trúc tương tự như PEEK nhưng có thêm các nhóm ketone giúp tăng cường độ cứng và ổn định nhiệt. Nó cung cấp các tính chất cơ học xuất sắc, khả năng chống hóa chất, chịu bức xạ và cách điện điện—làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng trong hàng không vũ trụ, năng lượng hạt nhân và điện tử.

Tuy nhiên, giống như nhiều loại nhựa nhiệt dẻo cao cấp khác, PEEKK chưa được sửa đổi gặp phải nhược điểm về nhiệt độ gia công cao và độ hòa tan kém. Việc đưa các nguyên tử flo vào chuỗi chính hoặc chuỗi bên của polymer là một phương pháp hiệu quả để khắc phục những hạn chế này.

Lợi ích của PEEKK fluorinated:

• Cải thiện độ ổn định nhiệt và khả năng chống cháy
• Hằng số điện môi thấp hơn và chỉ số khúc xạ giảm.
• Tăng cường độ hòa tan trong dung môi hữu cơ — dễ dàng hơn trong quá trình xử lý
• Giảm khả năng hấp thụ độ ẩm để đảm bảo tính ổn định kích thước.
• Tăng cường độ trong suốt quang học và hiệu suất truyền ánh sáng.

Các nguyên tử flo làm giảm tương tác giữa các phân tử và giảm độ phân cực của polymer, từ đó cải thiện độ linh hoạt và tính chất quang học đồng thời duy trì độ bền cơ học cao.

Tiềm năng ứng dụng:

• Vật liệu có hằng số điện môi thấp cho thiết bị điện tử tốc độ cao và thiết bị 5G
• Các thành phần dẫn sóng quang học và màng cấu trúc trong suốt
• Màng chọn lọc khí cho ứng dụng môi trường và y tế
• Các vật liệu cách điện chịu được bức xạ trong môi trường hàng không vũ trụ và hạt nhân

PEEKK fluorinated là một vật liệu thế hệ mới đầy hứa hẹn, kết hợp giữa độ bền vượt trội, khả năng gia công và tính chất điện môi tiên tiến, khiến nó trở thành một lựa chọn cạnh tranh trong các lĩnh vực công nghệ cao và quan trọng.

Polyarylether fluor hóa

Polyarylethers fluorinated là một loại polymer hiệu suất cao được tạo ra bằng cách đưa các nguyên tử flo vào chuỗi chính hoặc chuỗi bên của polyarylethers truyền thống. Sự thay đổi cấu trúc này cải thiện các tính chất nhiệt, điện và bề mặt, khiến chúng phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng điện tử tiên tiến, hệ thống quang học và các ứng dụng chống hóa chất.

Polyarylethers đã được biết đến với tính ổn định nhiệt, độ bền cơ học và khả năng hấp thụ độ ẩm thấp. Việc thêm các nhóm fluorinated—chẳng hạn như trifluoromethyl (–CF₃) hoặc hexafluoroisopropyl (–C(CF₃)₂)—nâng cao hiệu suất bằng cách giảm tương tác giữa các phân tử và cải thiện tính chất điện môi.

Các cải tiến hiệu suất chính từ quá trình fluor hóa:

• Hằng số điện môi thấp hơn và係数 tiêu tán thấp hơn
• Cải thiện khả năng chống cháy và ổn định nhiệt
• Giảm khả năng hấp thụ độ ẩm và cải thiện độ ổn định thủy phân.
• Độ hòa tan cao hơn trong dung môi hữu cơ — dễ dàng hơn trong quá trình xử lý.
• Cải thiện độ trong suốt và độ bền màu

Các monome fluor hóa thông dụng được sử dụng:

• Hexafluorobisphenol A (6F-BPA) hoặc các dẫn xuất của nó
• Ether diphenyl fluorinated và các đơn vị biphenyl

Các lĩnh vực ứng dụng:

• Vật liệu cách điện cho mạch tích hợp quy mô siêu lớn (ULSI)
• Màng có hằng số điện môi thấp cho điện tử tốc độ cao
• Màng tách khí và hệ thống lọc
• Hướng dẫn quang học và thiết bị quang tử

Do có các tính chất cơ học cân bằng, độ ổn định kích thước và khả năng cách điện điện tuyệt vời, các polyarylether fluorinated đang ngày càng được ưa chuộng trong các lĩnh vực vi điện tử, viễn thông và hệ thống năng lượng sạch, nơi độ tin cậy và tính toàn vẹn của tín hiệu là yếu tố quan trọng hàng đầu.

Poly(arylether nitrile) fluorinated (FPEN)

Poly(arylether nitrile) (PEN) là một loại nhựa kỹ thuật cao cấp nổi tiếng với khả năng chịu nhiệt xuất sắc, độ bền cơ học cao, tính ổn định điện môi và khả năng chống bức xạ. Nó được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, điện tử và y sinh. Tuy nhiên, các vật liệu PEN truyền thống có độ hòa tan và khả năng gia công hạn chế, điều này có thể được cải thiện thông qua quá trình fluorination.

Fluorinated PEN (FPEN) được tổng hợp bằng cách đưa các đơn vị chứa flo và cấu trúc phenolphthalein vào chuỗi chính của polymer. Sự sửa đổi này làm tăng đáng kể độ hòa tan và điều chỉnh chính xác các tính chất nhiệt và điện môi của polymer.

Cải thiện hiệu suất của FPEN:

• Tăng độ hòa tan trong các dung môi như DMAc, DMF, cloroform và butanone.
• Độ ổn định nhiệt cao hơn, với nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (T)_gthường vượt quá 200°C
• Hằng số điện môi giảm—lý tưởng cho cách điện điện tử
• Tăng cường độ linh hoạt và khả năng tạo màng

Việc bổ sung flo làm giảm lực liên phân tử và độ phân cực, giúp quá trình tạo màng dễ dàng hơn và tăng khả năng tương thích với các vật liệu composite hoặc lớp phủ. Nó cũng cung cấp tính kỵ nước và độ ổn định kích thước tốt hơn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Các lĩnh vực ứng dụng của FPEN:

• Vật liệu nền mạch in linh hoạt và màng cách điện
• Các linh kiện điện tử vi sóng và tần số vô tuyến (RF)
• Lớp phủ và vật liệu composite chịu nhiệt
• Vật liệu chống bức xạ trong hệ thống hàng không vũ trụ và hạt nhân

Với nhu cầu ngày càng tăng đối với các loại polymer có khả năng chịu tần số cao và nhiệt độ cao, FPEN được xem là một ứng cử viên tiềm năng cho các ứng dụng trong điện tử linh hoạt tiên tiến, cảm biến chính xác và hệ thống nguồn điện thế hệ mới.

Polyme fluor hữu cơ không định hình

Polyme fluorua vô định hình là một nhóm đặc biệt của các vật liệu fluorua được phát triển vào cuối thập niên 1980 để đáp ứng nhu cầu về các polyme fluorua trong suốt, hòa tan và có tính chất quang học tiên tiến. Khác với các polyme fluorua bán tinh thể như PTFE hoặc FEP, polyme fluorua vô định hình không có các vùng tinh thể có trật tự—kết quả là có độ trong suốt cao, tính chất cơ học đồng nhất và các đặc tính quang học xuất sắc.

Loại fluoropolymer vô định hình phổ biến nhất là copolymer của perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole (PDD) và tetrafluoroethylene (TFE), được thương mại hóa dưới tên gọi Teflon® AF Của DuPont. Sản phẩm này kết hợp khả năng chịu nhiệt và chịu hóa chất của các fluoropolymer truyền thống với độ trong suốt vượt trội và chỉ số khúc xạ thấp.

Các đặc điểm chính của fluoropolymer vô định hình:

• Độ truyền sáng cao trong dải phổ UV–IR
• Chiết suất thấp (~1.29) — lý tưởng cho các ứng dụng quang học.
• Tính chất điện môi xuất sắc và hệ số tiêu tán thấp.
• Độ tan trong các dung môi fluorinated chuyên dụng
• Độ thấm khí cao và khả năng gia công linh hoạt

Các ứng dụng phổ biến:

• Sợi quang, thấu kính và màng dẫn sáng
• Màng tách khí
• Các thiết bị phân tích và chẩn đoán
• Thiết bị y tế và ống dẫn trong suốt
• Vật liệu nền điện tử tần số cao và ống dẫn sóng

Nhờ cấu trúc vô định hình, các fluoropolymer này mang lại độ trong suốt vượt trội và tính linh hoạt trong gia công mà không làm giảm tính trơ hóa học. Hiệu suất của chúng đặc biệt được đánh giá cao trong sản xuất bán dẫn, quang tử học và điện tử chính xác cao, nơi truyền dẫn ánh sáng và khả năng chống chịu môi trường là yếu tố quan trọng.

Polyether perfluoroalkyl (PFPE)

Perfluoropolyether (PFPE) là một loại polymer có trọng lượng phân tử thấp, được fluor hóa hoàn toàn, nổi tiếng với độ ổn định hóa học vượt trội, năng lượng bề mặt thấp và phạm vi nhiệt độ lỏng rộng. Thông thường, PFPE tồn tại dưới dạng chất lỏng trong suốt, không màu ở nhiệt độ phòng và được sử dụng rộng rãi làm chất bôi trơn, đặc biệt trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, bán dẫn và chân không, nơi các loại dầu thông thường không đáp ứng được yêu cầu.

Polyether perfluoro

Các phân tử PFPE chỉ chứa các nguyên tố carbon (C), flo (F) và oxy (O), khiến chúng có tính trơ về mặt hóa học và ổn định nhiệt. Hiệu suất của chúng không bị suy giảm trong các môi trường chân không cao, oxy hóa hoặc ăn mòn.

Các đặc điểm chính của PFPE:

• Dải nhiệt độ chất lỏng rộng (–90°C đến +250°C)
• Áp suất hơi cực thấp — lý tưởng cho các hệ thống chân không cao.
• Độ ổn định nhiệt và oxy hóa cao
• Độ bôi trơn xuất sắc và khả năng chống mài mòn vượt trội
• Không cháy, không phản ứng và tương thích với hầu hết các kim loại và cao su tổng hợp.

Các loại PFPE và phương pháp sản xuất:

• PFPE loại K và loại D: Được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp anion.
• Loại D: Được tổng hợp từ tetrafluorooxetane thông qua phản ứng trùng hợp mở vòng và fluor hóa.
• Loại K: Dựa trên hexafluoropropylene oxide (HFPO) sử dụng các chất xúc tác ion florua.

Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm:

• Hàng không vũ trụ: Mỡ bôi trơn cấp độ không gian, chất bôi trơn cho ổ trục và các thành phần cryogenic.
• Bán dẫn: Dầu bôi trơn cho bơm chân không dùng trong quá trình etching plasma, LPCVD và cấy ion.
• Thiết bị công nghiệp: Xích truyền động chịu nhiệt cao, máy sản xuất giấy và trục cuốn vải
• Xử lý hóa học: Đóng kín và bôi trơn trong môi trường khí phản ứng

PFPEs là chất bôi trơn được ưa chuộng trong các tình huống đòi hỏi độ tin cậy lâu dài, dải nhiệt độ cực đoan và tính trơ hóa học. Sự ổn định và tương thích vô song của chúng khiến chúng trở thành lựa chọn không thể thay thế trong các ngành công nghệ cao.

Nếu bạn đang thiết kế các hệ thống hiệu suất cao hoặc tìm kiếm vật liệu tiên tiến, việc hiểu rõ về fluoropolymer là vô cùng quan trọng. Từ khả năng chống hóa chất đến độ ổn định nhiệt, việc lựa chọn polymer phù hợp có thể quyết định thành công hay thất bại của ứng dụng của bạn. Cần hỗ trợ trong việc lựa chọn fluoropolymer phù hợp cho dự án của bạn? Hãy liên hệ với các chuyên gia vật liệu của chúng tôi ngay hôm nay. Để nhận được các đề xuất chuyên môn được tùy chỉnh theo ngành của bạn.