根本的なレベルでは、主な違いは機能にあります。カーボンとグラファイトはどちらも同じ元素の形態ですが、これらは異なる問題に対処するためにPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）に加えられます。カーボンフィラーは主に硬度、強度、耐摩耗性を付与するために使用されます。グラファイトはカーボンの特定の結晶形態であり、その優れた潤滑性と自己潤滑特性のために添加されます。
選択はカーボンかグラファイトかではなく、構造的完全性と表面摩擦のバランスをとることです。カーボンは変形に抵抗するための機械的バックボーンを提供し、グラファイトはスムーズで低摩擦の動作を保証するための固体潤滑剤として機能します。
そもそもPTFEにフィラーが必要な理由
バージンPTFEの弱点
バージンPTFEは耐薬品性と低い摩擦係数において優れた材料です。しかし、機械的には柔らかいです。
特に時間の経過とともに圧力がかかると、クリープ（「コールドフロー」とも呼ばれます）が発生します。これは徐々に変形することを意味し、シールやベアリングなどの部品にとって重大な故障点となります。
目的：機械的性能の向上
これらの弱点に対抗するために、PTFEマトリックスにフィラーが添加されます。フィラーは、圧縮強度、耐摩耗性、熱伝導率などの主要な特性を劇的に向上させ、材料を過酷な機械的用途に適したものにします。
機能比較：カーボン対グラファイト
カーボン：構造強化材
カーボンは通常、粉末または繊維として添加されます。その主な役割は、はるかに堅牢で寸法安定性の高い複合材料を作成することです。
カーボンフィラーを添加すると、硬度と圧縮強度が大幅に向上し、負荷下でのPTFEのクリープ傾向に直接対抗します。また、耐摩耗性と熱伝導率も向上させ、システムからの熱放散を助けます。
グラファイト：潤滑剤
グラファイトはカーボンの特定の同素体（明確な構造形態）です。剥がれやすい結晶構造を持っており、優れた固体潤滑剤となります。
PTFEに添加された場合、グラファイトの主な目的は、バージンPTFEよりもさらに摩擦係数を下げることです。これにより、動的用途に理想的な自己潤滑性表面が作成され、シールと相手面の摩耗が低減されます。
ブレンドの力
多くの用途、特に回転軸シールでは、カーボンとグラファイトが特定の比率（例：カーボン23%、グラファイト2%）で一緒に使用されます。
このブレンドは相乗効果を生み出します。カーボンは押出しや変形に抵抗するための構造的骨格を提供し、少量のグラファイトはスムーズで長持ちする動的シールに必要な表面潤滑性を提供します。
用途におけるトレードオフの理解
高い摩耗と高い圧力
主な懸念事項が高い接触圧力または研磨性媒体による摩耗である用途では、より高濃度のカーボンが有益です。これは、部品の形状を維持し、材料の損失に抵抗するために必要な生の強度を提供します。
低摩擦と柔らかい相手面
高速動的シールや、部品がより柔らかい金属シャフトと接触する場合、グラファイトは不可欠です。その潤滑特性は、焼き付きを防ぎ、摩擦熱の蓄積を減らし、柔らかい相手面を摩耗から保護します。純粋なカーボン充填PTFEは、このシナリオでは研磨性が高すぎる可能性があります。
汎用性の高い主力製品
一般的なカーボン/グラファイトブレンドは、多用途のソリューションとして設計されています。圧力下でシールを保持するための優れたクリープ抵抗を提供すると同時に、効率的な動的性能のための低摩擦を保証するため、幅広い汎用回転および往復シールにとってデフォルトの選択肢となります。
用途に最適なフィラーの選択
適切なフィラー組成の選択は、部品の性能と寿命にとって極めて重要です。
- 高圧静的シールが主な焦点の場合： より高濃度のカーボンフィラーが、必要なクリープ抵抗と圧縮強度を提供します。
- 高速動的シールが主な焦点の場合： 低摩擦の確保、熱の蓄積の低減、相手面の保護のために、グラファイトを含むブレンドは必須です。
- 多用途のオールラウンダーが必要な場合： 標準的なカーボン/グラファイトブレンドは、ほとんどの汎用回転および往復シールに対して、強度と潤滑性の優れたバランスを提供します。
最終的に、適切なフィラーの選択は、材料の特性をシステムの特定の機械的および熱的要件に合わせることにかかっています。
要約表：
| フィラーの種類 | 主な機能 | 主な利点 | 理想的な用途 |
|---|---|---|---|
| カーボン | 構造補強 | 硬度、圧縮強度、耐摩耗性を向上させる | 高圧静的シール、クリープ/変形への抵抗 |
| グラファイト | 表面潤滑 | 自己潤滑のために摩擦係数を下げる | 高速動的シール、柔らかい相手面の保護 |
| カーボン/グラファイトブレンド | バランスの取れた性能 | 優れた潤滑性と構造強度を組み合わせる | 汎用性の高い、一般的な回転および往復シール |
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