PTFE回転軸シールに最も一般的に使用される充填材は、ガラス繊維、カーボン、グラファイト、二硫化モリブデン（MoS2）です。これらの添加剤は、未加工のPTFEの固有の柔らかさと荷重下での変形しやすい性質を克服するために、バージンPTFEと混合されます。特定の充填材、または充填材の組み合わせは、過酷な産業用途向けに耐摩耗性、熱伝導率、圧縮強度などの特性を向上させるために選択されます。
純粋なPTFEは比類のない耐薬品性と低摩擦性を提供しますが、ほとんどの回転シール作業に必要な機械的強度が不足しています。充填材は単なる添加剤ではなく、PTFEを特定の動作要求に合わせて調整された高性能エンジニアリング材料に変える機能部品です。
回転用途でPTFEに充填材が必要な理由
ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は注目すべきポリマーですが、その生の形態には動的シール環境において重大な制限があります。これらの制限を理解すると、充填材が不可欠である理由が明らかになります。
バージンPTFEの課題
バージン（未充填）PTFEは機械的に柔らかいです。回転軸アプリケーションで発生する継続的な圧力と熱の下では、クリープとしても知られる**コールドフロー**に対して非常に敏感です。
この変形は、特に高圧または高温の用途では、シール力の急速な損失につながり、漏れや早期のシール故障を引き起こす可能性があります。
充填材による性能向上
充填材は、柔らかいPTFEポリマー内の補強マトリックスとして機能します。空間を占め、PTFE構造と結合することにより、機械的特性が根本的に向上します。
主な向上点には、**耐摩耗性**の向上、**圧縮強度**の向上、および**熱伝導率**の向上が含まれ、摩擦熱をシールリップから逃がすのに役立ちます。
一般的なPTFE充填材の内訳
各充填材は、PTFEコンパウンドに独自の特性を付与します。選択は、アプリケーションの速度、温度、圧力、およびシールされる媒体に完全に依存します。
ガラス繊維
ガラスは最も一般的で費用対効果の高い充填材です。シールの**剛性**と**圧縮強度**を大幅に向上させ、優れた汎用的な耐摩耗性を提供します。
ポンプからコンプレッサーまで、幅広い用途で多用途な選択肢となります。
カーボン
カーボンは優れた**耐摩耗性**と**強度**を提供します。重要なことに、熱伝導率も向上させるため、除熱が重要な高速アプリケーションに最適です。
ガラスよりも摩耗性が低いため、より柔らかいシャフト材料を使用する用途により適しています。
グラファイト
グラファイトは主に**摩擦を低減する**ために使用されます。固体潤滑剤として機能し、PTFEの既に低い摩擦を向上させ、シールのドライランニング能力を高めます。
低摩擦、高熱伝導率、優れた耐摩耗性を備えたコンパウンドを作成するために、カーボンとブレンドされることがよくあります。
二硫化モリブデン（MoS2）
「モリー」とも呼ばれるMoS2は、**摩擦係数を劇的に低下させる**別の固体潤滑剤です。特にドライまたは潤滑が不十分な条件下で効果的です。
MoS2をガラスやカーボンとブレンドすることで、耐摩耗性がさらに向上し、摩耗性を高めることなく、より過酷な用途に適したシールを作成できます。
ポリイミド（PI）
ポリイミドは、特に高温で優れた**耐摩耗性と摩擦特性**を提供する高性能ポリマー充填材です。
すべての充填PTFEバリアントの中で最も低い摩擦係数の一つを提供し、要求の厳しい航空宇宙、自動車、高性能産業用途のプレミアムな選択肢となります。
トレードオフの理解
充填材の選択は、性能特性のバランスをとる問題です。ある用途に最適な選択が、別の用途には適さない場合があります。
摩耗性とシャフトの硬度
ガラス繊維は耐摩耗性に優れていますが、柔らかいシャフト材料に対して摩耗性を示す可能性があります。十分に硬化されていないシャフトの場合、シャフトの早期の傷つきを防ぐために、**カーボン**または**カーボン/グラファイト**充填シールの方が適している場合があります。
化学的適合性
PTFE自体はほぼ化学的に不活性ですが、一部の充填材はそうではありません。例えば、ガラス繊維は強アルカリやフッ化水素酸によって侵食される可能性があります。充填材を選択する際には、化学環境を考慮する必要があります。
熱伝導率
高速回転用途（高いPV値）では、シールリップで発生する熱が故障の主な原因となります。**カーボン**と**グラファイト**は、ガラスよりも熱を逃がす能力がはるかに優れており、シールの寿命と性能範囲を延ばします。
用途に最適な充填材の選択
最終的な選択は、動作環境の最も重要な要求によって決定されるべきです。
- 主な焦点が汎用的な耐摩耗性の場合： ガラス充填コンパウンドは、堅牢で費用対効果の高い出発点となります。
- 主な焦点が高速またはドライランニング能力の場合： カーボンまたはカーボン/グラファイトブレンドは、必要な熱伝導率と低摩擦を提供します。
- 主な焦点が柔らかいシャフト材料に対するシールの場合： シャフトの摩耗リスクを最小限に抑えるために、カーボンまたはMoS2充填コンパウンドを選択してください。
- 主な焦点が高温での最大性能の場合： ポリイミド充填PTFEは、最も過酷な条件下で優れた耐摩耗性と安定性を提供します。
各充填材がPTFEをどのように改質するかを理解することで、特定の動作上の課題に合わせて精密に設計されたシール材料を選択できます。
要約表：
| 充填材の種類 | 主な利点 | 最適用途 |
|---|---|---|
| ガラス繊維 | 高い剛性と圧縮強度 | 汎用的な耐摩耗性、費用対効果の高いソリューション |
| カーボン | 優れた耐摩耗性と熱伝導率 | 高速アプリケーション、除熱 |
| グラファイト | 摩擦の低減、固体潤滑剤 | ドライランニング能力、カーボンとブレンドされることが多い |
| 二硫化モリブデン（MoS2） | 非常に低い摩擦係数 | 潤滑が不十分な状態またはドライな状態 |
| ポリイミド（PI） | 高温での優れた耐摩耗性/摩擦性 | 要求の厳しい航空宇宙、自動車、高性能用途 |
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