バージンPTFEの固有の特性を向上させるために、さまざまなフィラーをベース樹脂に配合することができます。最も一般的なものには、ガラス繊維、カーボン、グラファイト、青銅、二硫化モリブデン（MoS₂）などがあります。これらの材料は、耐摩耗性、クリープ耐性、熱伝導性などの機械的特性を大幅に改善するために添加され、PTFEを要求の厳しい用途向けの多用途なエンジニアリング材料に変えます。
バージンPTFEは、その化学的不活性と低摩擦で知られる優れた材料ですが、負荷下での摩耗や変形に対する耐性が低いという欠点があります。フィラーは戦略的な解決策であり、PTFEの核となる利点を維持しつつ、機械的な弱点を克服する複合材料を生み出します。
PTFEフィラーの目的：コアとなる限界への対処
フィラーの追加は、PTFEの本質を変えることではなく、その自然な限界を軽減することです。改善は一般的に3つの主要なカテゴリに分類されます。
低い耐摩耗性の克服
バージンPTFEは比較的柔らかく、動的用途ではすぐに摩耗する可能性があります。フィラーは、耐久性を劇的に向上させる強化マトリックスを形成します。
充填されたPTFEグレードは、非充填グレードと比較して最大1000倍の耐摩耗性を示すという研究もあり、ベアリング、シール、ウェアリングに適しています。
クリープと変形の軽減
クリープとは、持続的な機械的応力の影響下で固体材料が永久に変形する傾向です。バージンPTFEは、特に負荷下や高温下でクリープに対して非常に敏感です。
フィラーは剛性のある内部骨格として機能し、材料の耐クリープ性を2倍以上に高める構造的サポートを提供します。
熱管理の改善
PTFEは優れた熱絶縁体ですが、摩擦によって熱が発生する高速アプリケーションではこれが欠点となることがあります。この閉じ込められた熱は摩耗を加速させ、部品の故障を引き起こす可能性があります。
青銅やカーボンなどの熱伝導性フィラーは、熱が接触面から放散される経路を作り出し、材料の熱伝導率を2倍にすることがよくあります。
一般的なPTFEフィラーとその機能のガイド
各フィラーは、PTFEコンパウンドに独自の特性を付与します。選択は、用途環境の特定の要求に完全に依存します。
ガラス繊維
ガラス繊維は最も一般的なフィラーの1つです。主に耐クリープ性と一般的な耐摩耗性を大幅に向上させます。多くの機械的用途に適した、優れたオールラウンドな選択肢です。
カーボンおよびグラファイト
カーボンとグラファイトは一緒によく使用されます。カーボンは硬度、耐荷重性、耐クリープ性を向上させます。グラファイトはドライ潤滑剤であり、材料の低摩擦特性を高め、高速の動的用途に最適です。
これらのフィラーはまた、良好な熱伝導性を提供し、非酸化環境下で化学的に耐性があります。
青銅
青銅は、熱伝導率と硬度を劇的に向上させるために添加されます。これにより、ベアリングやシールの表面からの熱放散が重要な用途に最適です。また、優れた耐摩耗性と耐クリープ性も提供します。
二硫化モリブデン（MoS₂）
「モリー」とも呼ばれるMoS₂は、グラファイトと同様にドライ潤滑剤として機能します。摩擦係数を低減し硬度を向上させるために、ガラスや青銅などの他のフィラーと一緒に少量使用されることがよくあります。
ステンレス鋼
高い耐荷重性と押出し抵抗が要求される用途には、ステンレス鋼フィラーが使用されます。これらは非常に強力で剛性のある材料を生み出し、高圧バルブシートやシールによく見られます。
トレードオフの理解
フィラーは大きな利点をもたらしますが、材料選択の際に考慮しなければならない重要なトレードオフも導入します。
化学的耐性の低下
PTFEの優れた化学的不活性性は、フィラーによって損なわれる可能性があります。例えば、ガラス繊維は強アルカリによって攻撃される可能性があり、青銅はバージンPTFEなら容易に耐えられる特定の酸や腐食性物質に弱い可能性があります。
電気特性への影響
バージンPTFEは優れた電気絶縁体です。カーボン、グラファイト、青銅などの導電性フィラーを追加すると、これらの特性が根本的に変化し、材料が静電気放散性または導電性になります。
相手側表面への摩耗性の増加
硬いフィラー、特にガラス繊維は、ソフトメタルシャフトなどの摺動する相手側表面に対してより摩耗性となる可能性があります。これはシステムレベルでの考慮事項であり、両方の部品の材料が適合している必要があります。
適切な充填PTFEの選択方法
適切な材料を選択するには、フィラーの主な利点と、用途の最も重要な課題を一致させる必要があります。
- 静的負荷下での変形（クリープ）の低減が主な焦点の場合： 優れた構造剛性を持つガラス充填PTFEを選択してください。
- 高速動的シールまたはベアリングが主な焦点の場合： 自己潤滑特性と良好な熱伝導性を持つカーボン/グラファイト充填PTFEを選択してください。
- 高負荷用途での最大限の熱伝導率が主な焦点の場合： 摩擦熱の放散に最適なのは青銅充填PTFEです。
- 究極の化学的不活性性または電気絶縁が主な焦点の場合： どのフィラーもこれらの特性を損なうため、バージン（非充填）PTFEを使用する必要があります。
これらの戦略的な強化を理解することにより、運用上の要求に合わせて完全に設計されたPTFE部品を指定することができます。
概要表：
| フィラータイプ | 主な利点 | 最適用途 |
|---|---|---|
| ガラス繊維 | 耐クリープ性および耐摩耗性の向上 | 一般的な機械部品、構造部品 |
| カーボン/グラファイト | 潤滑性、熱伝導性、耐荷重性の向上 | 高速動的シール、ベアリング |
| 青銅 | 熱伝導率と硬度の最大化 | 摩擦熱の放散が必要な高負荷用途 |
| 二硫化モリブデン（MoS₂） | 摩擦の低減と硬度の向上 | 潤滑性向上のため他のフィラーと併用 |
| ステンレス鋼 | 高い耐荷重性と押出し抵抗の提供 | 高圧バルブシートおよびシール |
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