なぜPTFEコンパウンドにフィラーを添加するのか？要求の厳しい用途で性能を強化

PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）コンパウンドにフィラーを添加することで、過度の柔軟性、耐摩耗性の低さ、熱伝導率の低さなど、純粋なPTFE固有の限界を克服することができます。ガラス、カーボン、ブロンズなどのフィラーを配合することで、PTFE複合材料は機械的強度の向上、クリープの低減、熱伝導性・電気伝導性の改善、耐摩耗性の向上を実現します。これらの改良により、充填PTFEは油圧ピストンリング、ベアリング、高温シールなどの要求の厳しい用途に適しています。

キーポイントの説明

1. PTFEの柔軟性と変形の問題への対応

   • 純粋なPTFEは柔軟性が高いため、圧力や高荷重がかかると変形する可能性があります。ガラスやカーボンなどの充填材はポリマーマトリックスを強化し、剛性と寸法安定性を高めます。
   • 例ガラス繊維入りPTFEは高い圧縮強度を示し、機械的ストレスが大きい油圧ピストンリングに最適です。

2. 耐摩耗性の向上

   • PTFEは耐摩耗性が低いため、高摩擦用途での使用には限界があります。ブロンズやグラファイトなどの充填材は摩耗を低減し、部品の寿命を延ばします。
   • 例充填PTFEベアリングは、摩擦による材料損失が減少するため、回転機械において純粋なPTFEよりも長持ちします。

3. 耐クリープ性の向上

   • PTFEは、持続的な荷重がかかるとコールドフロー（クリープ）を起こしやすい性質があります。ガラスやセラミック粒子のような充填材は、応力をより均等に分散させることで、この現象を緩和します。
   • 製造時の不活性ガス焼結により、ガラス繊維入りPTFEの気孔率とクリープ傾向はさらに減少します。

4. 熱伝導性と電気伝導性の向上

   • 純粋なPTFEは熱絶縁体です。導電性フィラー（炭素繊維や金属粉末など）は熱放散を高め、高温環境での使用を可能にします。
   • 導電性は、帯電防止やEMIシールドの用途に合わせることもできます。

5. コアPTFE特性の保持

   • フィラーは、PTFEの耐薬品性、非粘着性、低摩擦性を維持するために選択されます。例えば、ガラスフィラーは不活性を損なうことなく強度を向上させます。

6. 業界特有の性能

   • さまざまなフィラーが、さまざまな産業界のニーズに応えます：
     • ガラス:機械的強度と耐摩耗性（シールなど）に最適。
     • カーボン:導電性と耐薬品性に最適。
     • ブロンズ:耐摩耗性と熱伝導性を兼ね備えたベアリング用材料です。

7. 製造上の利点

   • 充填PTFEは焼結することで気孔率を減らし、信頼性を高めることができます。その結果、高温連続運転において純PTFEを凌駕する材料となります。

フィラーを戦略的に選択することで、エンジニアはPTFE複合材料を特定の操作上の要求に合わせて調整し、PTFE固有の限界と実際の性能要求とのギャップを埋めることができます。

要約表

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