フィラーは、機械的強度の低さ、耐摩耗性の低さ、熱伝導性の低さといったPTFE固有の制限に対処することで、PTFEの特性を大幅に向上させます。ガラス繊維、カーボン、グラファイト、ブロンズ、二硫化モリブデンなどの材料を配合することで、PTFEは化学的不活性や低摩擦といった核となる長所を維持しながら、寸法安定性、耐クリープ性、耐荷重性を向上させることができます。これらのフィラーは相乗的に作用し、耐摩耗性（最大1000倍向上）や熱伝導性（2倍向上）などの性能指標を最適化することで、工業用シールから医療機器まで、要求の厳しい用途向けにPTFEを調整します。焼結工程は、これらの特性をさらに向上させ、実使用条件下での一貫した性能を保証します。
キーポイントの説明
1. 機械的強度の向上
- 使用フィラー:ガラス繊維、カーボン、ブロンズ、ポリイミドフィルム。
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インパクト:
- ガラス繊維は圧縮強度を高め、荷重下での変形を抑える。
- 炭素フィラーは、硬度と構造的完全性を向上させます。
- 青銅/鋼フィラーは、高応力用途（油圧ピストンリングなど）の耐荷重性を高めます。
- 例:ガラス繊維強化PTFEはクリープに強く、長時間の加圧下でも寸法安定性を維持する。
2. 耐摩耗性
- 使用フィラー:グラファイト、二硫化モリブデン（MoS₂）、炭素繊維。
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インパクト:
- グラファイトは無潤滑環境での摩擦を低減し、ベアリングやシールに最適。
- MoS₂は潤滑層を形成し、動的用途において摩耗率を最大90％削減する。
- 研究によると、充填PTFEは純粋なPTFEの1000倍の耐摩耗性がある。
3. 熱伝導率と安定性
- 使用フィラー:カーボン、グラファイト、金属粉（ブロンズなど）。
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衝撃:
- 熱伝導率が倍増し、高速または高温用途でより効率的に放熱。
- 金属フィラー（ブロンズなど）が熱伝導を高め、熱劣化を防ぎます。
4. 摩擦挙動とPV値
- 使用フィラー:グラファイト、MoS₂、ガラス繊維。
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トレードオフ:
- 充填材は摩擦係数（COF）をわずかに増加させますが、PV（圧力-速度）限界を劇的に改善します。
- グラファイト充填PTFEは、ドライランニング用途で超低COFを達成する。
5. プロセスに依存する性能
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焼結の影響:
- 焼結時の冷却速度（速い／遅い）は結晶化度に影響し、引張強さや耐クリープ性などの機械的特性を変化させる。
- 不活性ガス焼結は、ガラス繊維強化PTFEの気孔率を低下させ、耐久性を向上させる。
6. 生体適合性と医療用途
- 使用フィラー:高純度グラファイト、ポリイミド
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衝撃:
- PTFEの生体適合性を維持しながら、医療用ライナーの強度を向上させ、低侵襲処置における組織外傷を軽減する。
購入者のための実用的考慮事項
- 選定基準:フィラーの種類を用途のニーズに合わせる（例えば、強度を求めるならガラス、低摩擦を求めるならグラファイト）。
- トレードオフ:フィラーの含有量が多くなると、PTFEの耐薬品性が低下したり、もろくなったりする可能性がある。
- コスト:金属充填PTFE（例：ブロンズ）はコストが高いが、優れた熱的／機械的性能を提供する。
フィラーを戦略的に選択することで、PTFEは多用途だが限定的な材料から、特定の工業的、機械的、または医療的課題に合わせた高性能ソリューションへと変化する。
要約表
| 強化プロパティ | キーフィラー | 性能向上 |
|---|---|---|
| 機械的強度 | ガラス繊維、カーボン | 圧縮強度の向上、クリープの低減、耐荷重性の向上。 |
| 耐摩耗性 | グラファイト, MoS₂ | 耐摩耗性が最大1000倍向上。ベアリングやシールに最適。 |
| 熱伝導性 | カーボン、ブロンズ | 2倍の放熱性。高速用途での熱劣化を防ぐ。 |
| 摩擦挙動 | グラファイト、ガラス繊維 | ドライランニングシステムに最適化されたPV限界値；COFと耐久性のバランス。 |
| 生体適合性 | 高純度グラファイト | 構造的完全性を高めながら、PTFEの医療機器に対する安全性を保持。 |
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