PTFEのフィラーとしてのカーボンとグラファイトの違いは、主にその構造形態、潤滑特性、PTFEの性能向上方法にある。カーボンは、粉末状または繊維状(天然または合成)で入手可能であり、導電性を付与すると同時に、強度と耐摩耗性を向上させる。フレーク状の安定した炭素同素体であるグラファイトは、優れた自己潤滑性を提供し、PTFEの機械的および熱的性能を最適化するために、ガラスやカーボンなどの他のフィラーと組み合わされることが多い。いずれのフィラーも、PTFE固有の耐薬品性の一部を犠牲にすることで、特定の用途における機能性を高めている。
キーポイントの説明
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構造の違い
- カーボン:天然または合成の粉末または繊維状で存在する。不規則な粒子構造により、PTFEを機械的に強化する。
- グラファイト:層状のフレーク状構造を持つ炭素の結晶同素体。この形態が潤滑性と熱安定性を高める。
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機能特性
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潤滑性:
- どちらも天然の潤滑剤として機能するが、グラファイトの層状構造は摩擦を低減し、自己潤滑を可能にするため、高摩耗用途に理想的である。
- カーボンの潤滑作用はそれほど顕著ではありませんが、摩擦の低減には有益です。
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電気伝導性:
- 炭素繊維/粉末は、その相互接続ネットワークにより、グラファイトよりも効果的に導電性を高める。
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機械的補強:
- 炭素繊維は引張強さと耐クリープ性を向上させ、グラファイトフレークは圧縮性と耐摩耗性を強化する。
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潤滑性:
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性能のトレードオフ
- どちらのフィラーもPTFEの純粋な耐薬品性を低下させるが、用途の優先順位に基づいて選択される（例えば、潤滑にはグラファイト、構造的完全性にはカーボン）。
- グラファイトは、熱伝導性や寸法安定性などの特性のバランスを取るために、ガラスやカーボンとブレンドされることが多い。
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代表的な用途
- カーボン充填PTFE:剛性と電気的接地を必要とするシール/ベアリングに使用される。
- グラファイト充填PTFE:ピストンリングやスラストワッシャーのような高温、低摩擦部品に好ましい。
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相乗効果
- ハイブリッド配合（グラファイト＋ガラスなど）は、グラファイトの潤滑性とガラスの硬度を活用し、ダイナミックシールの性能を最適化します。
これらの区別は、潤滑性、導電性、機械的補強のいずれを優先するかによって材料選択の指針となる。
総括表
| 特性 | カーボン充填PTFE | グラファイト充填PTFE |
|---|---|---|
| 形状 | 粉末／繊維（天然／合成） | フレーク状結晶構造 |
| 潤滑性 | 適度な摩擦低減 | 優れた自己潤滑性 |
| 導電性 | 高い導電率 | 中程度の導電性 |
| 機械的強度 | 高い引張強度、耐クリープ性 | 高い圧縮性、耐摩耗性 |
| 用途 | シール、ベアリング、電気部品 | 高温、低摩擦部品 |
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