PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）は、その耐薬品性と非粘着性で広く評価されていますが、その機械的限界は、要求の厳しい用途では課題となり得ます。主な弱点としては、引張・圧縮強度が低いこと、熱膨張が大きいこと、一定荷重下でクリープしやすいことなどが挙げられる。これらの欠点は、PTFEの柔らかさと分子構造に起因するものであるが、充填剤の添加やゴム芯の接着のような設計上の工夫によって部分的に緩和することができる。これらの制約を理解することは、特に寸法安定性や耐荷重性が要求される機械部品にPTFEを指定する際に極めて重要です。
重要ポイントの説明
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低い引張・圧縮強度
- PTFEの機械的強度は、ナイロンやPEEKのようなエンプラに比べて著しく低い。
- 一般的な引張強さは10～30MPa（鋼の約10分の1）。
- この柔らかさは、カスタムPTFE部品を設計する際、慎重に考慮する必要がある。 カスタムPTFE部品 耐荷重用途
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顕著なクリープ挙動
- PTFEは持続的な圧力下（コールドフロー）で永久変形を起こす。
- 一定の圧縮が必要なシーリング用途では重要
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ソリューションには以下が含まれます：
- フィラー強化PTFEコンポジットの使用
- ゴムコアをシールに組み込む
- クリープ緩和を考慮した設計
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高い熱膨張率
- 熱膨張係数が鋼鉄の10倍以上
- 温度変化の激しい環境では寸法が不安定になる。
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必要
- 相手部品のクリアランス設計
- 熱サイクルの考慮
- 伸縮継手を使用する可能性
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限られた製造オプション
- 従来の溶接や溶剤接着はできない。
- 機械加工には特殊な技術が必要（しばしば冷却して行う）
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主な成形方法
- 圧縮成形
- 静水圧プレス
- ペースト押し出し（チューブ用）
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耐摩耗性の課題
- 摺動用途では、硬度が低いと摩耗しやすい。
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ガラス繊維(15-25%)やブロンズのような充填材で改善できる：
- 100～1000倍の耐摩耗性
- 耐荷重
- 寸法安定性
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温度依存特性
- 250℃以上で機械的性質が著しく低下
- 200℃以下では脆くなる
- 実際の使用温度における特性の検証が必要。
純粋なPTFEでは限界がある用途には、PTFEの耐薬品性と補強材を組み合わせた複合配合やハイブリッド設計を検討してください。最適なソリューションは、多くの場合、インテリジェントな材料選択とエンジニアリング設計によって、PTFEの比類のない化学的不活性と必要な機械的性能のバランスをとることです。
要約表
| 制限 | 影響 | 緩和策 |
|---|---|---|
| 低い引張強度 | 耐荷重性が低い（10～30MPa） | 強化複合材料またはハイブリッド設計を使用 |
| 顕著なクリープ | 持続的な圧力下での永久変形 | フィラーやゴムコアをシールに組み込む |
| 高い熱膨張率 | 温度変化による寸法不安定性（鋼の10倍） | 設計クリアランス／エキスパンション・ジョイント |
| 摩耗感受性 | 摺動用途での急激な摩耗 | ガラス/青銅フィラーを添加（100～1000倍改善） |
| 温度感受性 | 250℃以上または-200℃以下での特性劣化 | 使用温度での性能確認 |
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