繊維状フィラーは、PTFE複合材料において、特に耐摩耗性と押出性能において粒子状フィラーよりも優れていることが多く、同等の結果を得るためにはより低いフィラー割合が必要となります。しかし、最適な選択は、荷重条件、熱曝露、化学環境など、特定の用途の要求によって大きく異なります。どちらのフィラーもPTFEの機械的特性を向上させますが、PTFE固有の耐薬品性や純度とのトレードオフを伴います。
キーポイントの説明
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繊維状フィラーの性能上の利点
- 優れた耐摩耗性：繊維状構造が補強ネットワークを形成し、ピストンリングやベアリングのような動的用途での摩擦力に耐えます。
- 耐押し出し性の向上：ファイバーの配列は、シールやガスケットにとって重要な圧力下での寸法安定性を維持するのに役立ちます。
- 低負荷での効率：通常、微粒子が20～40%であるのに対し、フィラーは15～25%で目標性能を達成する。
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微粒子フィラーの特徴
- ガラス粒子：フィラーの割合に比例して圧縮強度が向上し、ガス焼結タイプでは空隙率が減少する。
- 導電性添加剤：カーボン/グラファイト微粒子は、潤滑性を維持しながら電気特性を提供する。
- 二硫化モリブデン：高負荷摺動用途での潤滑性を向上。
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用途別選定基準
- 機械的負荷：動的な摩耗には繊維質が好ましく、静的な圧縮荷重には微粒子が適しています。
- 熱条件：どちらのタイプも高温安定性を向上させるが、繊維配向が異方性膨張に影響する。
- 化学薬品への暴露：すべてのフィラーは純粋なPTFEの耐薬品性を低下させるが、ガラスは最も不活性である。
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加工上の考慮点
- 成形時の繊維配向は、設計上の考慮が必要な方向性を生み出す。
- 粒子充填コンパウンドは通常、より等方的な挙動を示す。
- 繊維状複合材料は、特殊な加工アプローチを必要とする場合がある。
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トレードオフと限界
- どちらのフィラーも、程度の差こそあれ、PTFEの非粘着性を低下させる。
- 繊維状フィラーは材料コストを上昇させるが、耐用年数の延長により相殺される。
- 微粒子充填グレードは、多くの場合、より優れた表面仕上げ特性を示します。
最終的には、総所有コストに対する性能要件を評価する必要があり、一般的に要求の厳しい機械的用途には繊維状フィラーが好まれ、コスト重視の用途や多方向荷重のシナリオには微粒子が選択されます。
要約表
| 比較係数 | 繊維状フィラー | 粒子状フィラー |
|---|---|---|
| 耐摩耗性 | 優れている（補強ネットワーク） | 中程度（フィラーの種類による） |
| 押出性能 | 良好（寸法安定性） | 良好（等方性挙動） |
| 充填率 | 15-25% 目標パフォーマンス | 同等の結果を得るには20-40 |
| 機械的荷重処理 | 動的摩耗用途に最適 | 静的圧縮荷重に最適 |
| 耐薬品性 | 低下（繊維タイプにより異なる） | 削減（ガラスが最も不活性） |
| コスト面 | 材料費が高く、耐用年数が長い | コスト重視 |
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