回転軸シールに使用されるPTFEの主要なグレードは、特定の特性を向上させるためにベースポリマーにブレンドされる充填材の種類によって区別されます。最も一般的なグレードには、バージン（未充填）PTFE、ガラス充填、カーボン充填、二硫化モリブデン（MoS2）充填、およびこれらの充填材のさまざまな組み合わせがあり、それぞれが異なる運転上の課題を解決するために設計されています。
PTFEグレードの選択は重要なエンジニアリング上の決定です。純粋なバージンPTFEは比類のない耐薬品性と低摩擦性を提供しますが、ガラス、カーボン、MoS2などの充填材を戦略的に追加することで、過酷な回転用途で要求される耐摩耗性、熱伝導性、ドライラン性能などの高性能機能が引き出されます。
純粋なPTFEでは不十分な理由
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、その基本形態には固有の限界があります。これらを理解することが、充填材の役割を評価するための鍵となります。
バージンPTFEの強み
バージンPTFEは、その核となる特性が最も重要となる用途にとって優れた選択肢です。広範な媒体にわたる並外れた化学的不活性性を誇り、あらゆる固体材料の中で最も低い摩擦係数の一つを持っています。
その非粘着性、自己潤滑性は、シール用途に本質的に適しています。
バージンPTFEの限界
しかし、バージンPTFEは比較的柔らかく、耐摩耗性と耐摩耗性が劣ります。大きな圧力下や高速回転下では、変形し、すぐに摩耗する可能性があります。
これにより、機械的応力が最小限の低速、低負荷用途での使用に限定されます。
一般的なPTFE充填材とその特性のガイド
充填材はPTFEマトリックスに加えられ、その機械的特性を向上させ、過酷な条件に対応できる強靭な材料へと変貌させます。
ガラス充填材：強度向上
ガラス繊維の添加は、PTFEの機械的特性を改善するための最も一般的な方法の1つです。
この充填材は耐摩耗性と圧縮強度を大幅に向上させ、シールをより耐久性のあるものにします。多くの汎用用途で性能を高めるための費用対効果の高い方法です。
カーボン充填材：耐摩耗性と熱伝導性
カーボンは、耐摩耗性と強度を劇的に向上させるもう一つの人気のある充填材であり、他の充填材ほど摩擦を増加させないことがよくあります。
重要なことに、カーボンは熱伝導性も向上させます。これにより、シールは摩擦熱をより効果的に放散できるため、高速回転用途に最適です。
二硫化モリブデン（MoS2）：潤滑性向上材
二硫化モリブデン（MoS2）は、PTFEの自己潤滑特性を向上させるドライフィルム潤滑剤です。
特にドライランまたは潤滑が不十分な条件下で、摩擦を低減し、耐摩耗性を向上させます。MoS2は、摩擦を最小限に抑えることが極めて重要な、より高負荷の用途によく使用されます。
ブレンド充填材：特定の性能プロファイルの実現
最も過酷な環境のために、それぞれの利点を活用するために充填材が組み合わされることがよくあります。
ガラスとMoS2のブレンドは、ガラスの高い耐摩耗性とMoS2の低摩擦性を兼ね備えています。これにより、純粋なガラス充填コンパウンドよりも軸に対する摩耗性が低い、耐久性のあるシールが作成されます。
カーボンとMoS2のブレンドは、優れた耐摩耗性、高温耐性、および優れたドライラン性能を提供する高性能オプションです。
トレードオフの理解
PTFEグレードの選択は、競合する特性のバランスを取る作業です。単一の配合がすべての状況に完璧ということはありません。
摩耗性 対 耐摩耗性
ガラス充填材はシール自体の耐摩耗性に優れていますが、柔らかい軸材料に対して研磨性を示すことがあります。軸の早期摩耗を防ぐために、ガラス充填シールは硬化された軸で運転する必要があります。
性能 対 コスト
ポリイミドやカーボンとMoS2のブレンドなど、高度に専門化されたコンパウンドは、極度の熱や高速条件下で優れた性能を発揮します。しかし、この性能は、より一般的なガラス充填またはカーボン充填グレードと比較して、単位コストが高くなります。
化学的適合性
ベースPTFEはほぼ普遍的に不活性ですが、一部の充填材は特定の攻撃的な媒体においてわずかに低下した耐薬品性を示すことがあります。ベースポリマーと充填材の両方が、用途の特定の化学環境と適合していることを確認することが不可欠です。
用途に最適なグレードの選択
最適なグレードは、速度、圧力、温度、媒体を含む特定の運転パラメータによって完全に決定されます。
- 主な焦点が最大限の耐薬品性を持つ低負荷シールである場合： バージンPTFEが最も適しており、費用対効果の高い選択肢です。
- 中程度の速度で硬化された軸に対する高い耐摩耗性が必要な場合： ガラス充填PTFEは、耐久性とコストの優れたバランスを提供します。
- 高速で熱管理が必要な場合： カーボン充填PTFEは、優れた耐摩耗性を提供しながら熱を放散するのに優れています。
- 用途がドライランを含む場合、または可能な限り低い摩擦が必要な場合： MoS2充填またはカーボン/MoS2充填グレードが理想的なソリューションです。
充填材を特定の運転上の課題に合わせることで、回転軸シールの信頼性と長寿命を確保できます。
要約表：
| PTFEグレード | 主要な充填材 | 主な利点 | 理想的な用途 |
|---|---|---|---|
| バージンPTFE | なし（未充填） | 最大の耐薬品性、低摩擦 | 低負荷、低速用途 |
| ガラス充填PTFE | ガラス繊維 | 高い耐摩耗性、圧縮強度 | 硬化された軸に対する汎用的な使用 |
| カーボン充填PTFE | カーボン | 優れた耐摩耗性、向上した熱伝導性 | 放熱が必要な高速用途 |
| MoS2充填PTFE | 二硫化モリブデン | 向上した潤滑性、優れたドライラン能力 | ドライランまたは低摩擦環境 |
| ブレンドPTFE | ガラス/カーボン/MoS2の組み合わせ | カスタム性能プロファイル（例：耐摩耗性＋潤滑性） | 過酷な高性能用途 |
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