過酷な摩耗用途では、推奨される組成は、青銅粉末で充填されたポリテトラフルオロエチレン（PTFE）の複合材料であり、しばしば他の摩擦低減添加剤で補強されます。この配合は、材料の機械的特性、特に耐摩耗性と、高い荷重および速度を処理する能力を劇的に向上させます。これは、頻繁なメンテナンスを必要とする金属部品の優れた自己潤滑性代替品として機能します。
重要な点は、PTFEに青銅を加えることで複合材料が作られ、純粋なPTFEの超低摩擦を犠牲にして、耐摩耗性、耐荷重性、放熱性が大幅に向上し、ベアリングやシールなどの機械部品に最適になるということです。
耐摩耗性の標準的な充填材として青銅が選ばれる理由
バージンPTFEは非常に滑りやすいですが、機械的強度が低いです。大きな圧力や繰り返し動作を伴う用途では、ポリマーマトリックスを強化するために充填材が不可欠です。青銅はこの目的で業界標準となっています。
機械的強度の飛躍的向上
青銅粒子の含有は、PTFEの硬度と圧縮強度を大幅に向上させます。この補強により、未充填ポリマーの一般的な故障点である、持続的な荷重下での材料の変形や「クリープ」を防ぎます。
PV値の改善
PV（圧力・速度）値は軸受材料の重要な指標であり、材料が破損するまでに耐えられる圧力と表面速度の最大組み合わせを定義します。青銅充填PTFEは純粋なPTFEよりもはるかに高いPV定格を持ち、より要求の厳しい動的用途で信頼性の高い性能を発揮できるようにします。
熱伝導率の向上
摩擦は熱を発生させます。青銅は優れた熱伝導体であり、PTFEマトリックスに添加することで、この摩擦熱を接触面から引き離すことができます。これにより熱の蓄積を防ぎ、熱膨張や摩耗の加速を引き起こす可能性があります。
産業における一般的な用途
青銅充填PTFEの独自の特性により、さまざまな自己潤滑性機械部品の頼りになる材料となっています。
摺動面ベアリングと摩耗ストリップ
工作機械業界では、これらの部品は従来の潤滑金属ガイドに取って代わります。また、ショックアブソーバのストラットなどのサブアセンブリにも使用され、滑らかで耐久性があり、メンテナンスフリーのスライディング面を提供します。
ピストンリングとシール
油圧および空圧シリンダーで使用される青銅充填PTFEピストンリングは、連続動作による摩耗を吸収しながら効果的なシールを提供します。その自己潤滑性は、これらのシステムにおいて極めて重要です。
ブッシングと耐摩耗プレート
これらの部品は、ソリッドストックから機械加工されるか、金属ブッシング上に層として適用されます。これらは、特に厚い耐摩耗プレートが必要な重荷重機器において、回転または振動するシャフトのための堅牢な自己潤滑ジョイントを作成します。
トレードオフの理解
青銅充填PTFEは多くの分野で優れた性能を発揮しますが、万能の解決策ではありません。その限界を理解することが、成功裏に応用するために重要です。
摩擦の増加
主なトレードオフは、バージンPTFEと比較して摩擦係数が高くなることです。依然として非常に低いものの、青銅粒子の硬さにより、純粋な未充填ポリマーほど滑らかではありません。
耐薬品性の低下
PTFEマトリックス自体は高い不活性性を維持します。しかし、青銅充填材はそうではありません。特定の酸、塩基、またはその他の腐食性剤によって攻撃される可能性があります。化学的に攻撃的な環境では、青銅の適合性を考慮する必要があります。
柔らかい対向面への研磨性
硬い青銅粒子は、アルミニウムや真鍮などの柔らかいシャフトなどの対向面に研磨作用を及ぼす可能性があります。最適な性能を得るためには、青銅充填PTFEは焼き入れ鋼などの硬い表面に対して使用されるべきです。
目標に合った正しい選択をする
適切な材料組成を選択するには、その特性をアプリケーションの主な要求に合わせて調整する必要があります。
- 主な焦点が最大の耐摩耗性と耐荷重能力である場合： 青銅充填PTFEは、ほとんどの機械的ベアリングおよび摺動用途にとって決定的な選択肢です。
- 主な焦点が絶対的な最低摩擦である場合： 機械的負荷が低い場合は、未充填PTFEまたはグラファイトやMoS₂で充填された複合材料の方が適している可能性があります。
- 摩耗用途での耐薬品性が主な焦点である場合： ガラス繊維やカーボンなど、より不活性な材料で充填されたPTFEを検討してください。これらは青銅の化学的反応性なしに優れた機械的特性を提供します。
これらの基本的なトレードオフを理解することで、特定の機械的課題に合わせて精密に設計されたPTFE複合材料を指定することができます。
要約表：
| 特性 | 純粋なPTFE | 青銅充填PTFE |
|---|---|---|
| 耐摩耗性 | 低い | 非常に高い |
| 耐荷重性 | 低い | 高い |
| 摩擦係数 | 極めて低い | 低い |
| 熱伝導率 | 低い | 高い |
| 耐薬品性 | 優れている | 良好（青銅は反応性がある） |
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