El politetrafluoroetilè (PTFE), conegut per la seva excepcional estabilitat química, resistència a altes/baixes temperatures i baix coeficient de fricció, s'ha guanyat el sobrenom de "Rei del Plàstic" i s'utilitza àmpliament en les indústries química, mecànica i electrònica. Tanmateix, el PTFE pur té inconvenients inherents com ara una baixa resistència mecànica, susceptibilitat a la deformació per flux en fred i una mala conductivitat tèrmica. Per superar aquestes limitacions, s'han desenvolupat compostos de PTFE reforçats amb fibra de vidre. Aquest material millora significativament múltiples mètriques de rendiment alhora que conserva les propietats superiors del PTFE, gràcies a l'efecte de reforç de les fibres de vidre.
1. Millora significativa de les propietats mecàniques
L'estructura de cadena molecular altament simètrica i l'alta cristal·linitat del PTFE pur donen lloc a forces intermoleculars febles, cosa que porta a una baixa resistència mecànica i duresa. Això el fa propens a la deformació sota una força externa significativa, limitant les seves aplicacions en camps que requereixen una alta resistència. La incorporació de fibres de vidre aporta una millora substancial a les propietats mecàniques del PTFE. Les fibres de vidre es caracteritzen per la seva alta resistència i mòdul elevat. Quan es dispersen uniformement dins de la matriu de PTFE, suporten eficaçment càrregues externes, millorant el rendiment mecànic general del compost. La investigació indica que amb l'addició d'una quantitat adequada de fibra de vidre, la resistència a la tracció del PTFE es pot augmentar d'1 a 2 vegades, i la resistència a la flexió esdevé encara més notable, millorant aproximadament de 2 a 3 vegades en comparació amb el material original. La duresa també augmenta significativament. Això permet que el PTFE reforçat amb fibra de vidre funcioni de manera fiable en entorns de treball més complexos en la fabricació mecànica i l'aeroespacial, com ara en segells mecànics i components de coixinets, reduint eficaçment les fallades causades per una resistència insuficient del material.
2. Rendiment tèrmic optimitzat
Tot i que el PTFE pur té un bon rendiment a altes i baixes temperatures, capaç d'un ús a llarg termini entre -196 °C i 260 °C, la seva estabilitat dimensional és deficient a altes temperatures, on és propens a la deformació tèrmica. L'addició de fibres de vidre soluciona eficaçment aquest problema augmentant la temperatura de desviació tèrmica (HDT) i l'estabilitat dimensional del material. Les fibres de vidre en si mateixes posseeixen una alta resistència tèrmica i rigidesa. En entorns d'alta temperatura, restringeixen el moviment de les cadenes moleculars de PTFE, frenant així l'expansió tèrmica i la deformació del material. Amb un contingut òptim de fibra de vidre, la temperatura de desviació tèrmica del PTFE reforçat amb fibra de vidre es pot augmentar en més de 50 °C. Manté una forma estable i una precisió dimensional en condicions de funcionament a alta temperatura, cosa que el fa adequat per a aplicacions amb requisits d'alta estabilitat tèrmica, com ara canonades d'alta temperatura i juntes de segellat d'alta temperatura.
3. Reducció de la tendència al flux fred
El flux en fred (o fluència) és un problema notable amb el PTFE pur. Es refereix a la lenta deformació plàstica que es produeix sota una càrrega constant al llarg del temps, fins i tot a temperatures relativament baixes. Aquesta característica limita l'ús de PTFE pur en aplicacions que requereixen estabilitat de forma i dimensional a llarg termini. La incorporació de fibres de vidre inhibeix eficaçment el fenomen del flux en fred del PTFE. Les fibres actuen com un esquelet de suport dins de la matriu de PTFE, dificultant el lliscament i la reorganització de les cadenes moleculars de PTFE. Les dades experimentals mostren que el cabal en fred del PTFE reforçat amb fibra de vidre es redueix entre un 70% i un 80% en comparació amb el PTFE pur, cosa que millora significativament l'estabilitat dimensional del material sota càrrega a llarg termini. Això el fa adequat per a la fabricació de peces mecàniques d'alta precisió i components estructurals.
4. Resistència al desgast millorada
El baix coeficient de fricció del PTFE pur és un dels seus avantatges, però també contribueix a la seva baixa resistència al desgast, fent-lo susceptible al desgast i a la transferència durant els processos de fricció. El PTFE reforçat amb fibra de vidre millora la duresa superficial i la resistència al desgast del material a través de l'efecte de reforç de les fibres. La duresa de la fibra de vidre és molt més alta que la del PTFE, cosa que li permet resistir eficaçment el desgast durant la fricció. També altera el mecanisme de fricció i desgast del material, reduint el desgast adhesiu i el desgast abrasiu del PTFE. A més, les fibres de vidre poden formar petites protuberàncies a la superfície de fricció, proporcionant un cert efecte antifricció i reduint les fluctuacions del coeficient de fricció. En aplicacions pràctiques, quan s'utilitza com a material per a components de fricció com ara coixinets lliscants i anells de pistó, la vida útil del PTFE reforçat amb fibra de vidre s'allarga significativament, potencialment diverses vegades o fins i tot desenes de vegades en comparació amb el PTFE pur. Els estudis han demostrat que la resistència al desgast dels compostos de PTFE farcits de fibra de vidre es pot millorar gairebé 500 vegades en comparació amb els materials de PTFE sense farciment, i el valor PV límit augmenta unes 10 vegades.
5. Conductivitat tèrmica millorada
El PTFE pur té una baixa conductivitat tèrmica, cosa que no afavoreix la transferència de calor i planteja limitacions en aplicacions amb alts requisits de dissipació de calor. La fibra de vidre té una conductivitat tèrmica relativament alta i la seva addició al PTFE pot, fins a cert punt, millorar la conductivitat tèrmica del material. Tot i que l'addició de fibra de vidre no augmenta dràsticament el coeficient de conductivitat tèrmica del PTFE, pot formar vies de conducció de calor dins del material, accelerant la velocitat de transferència de calor. Això dóna al PTFE reforçat amb fibra de vidre un millor potencial d'aplicació en els camps electrònic i elèctric, com ara en coixinets tèrmics i substrats de plaques de circuits, cosa que ajuda a abordar els problemes d'acumulació de calor associats a la baixa conductivitat tèrmica del PTFE pur. La conductivitat tèrmica millorada també ajuda a dissipar la calor per fricció en aplicacions com els coixinets, contribuint a un millor rendiment.
Àmbit d'aplicació: Aquest material compost s'utilitza àmpliament en segells industrials, coixinets/casquets d'alta càrrega, equips semiconductors i diverses peces estructurals resistents al desgast en la indústria química. En el camp de l'electrònica, s'utilitza en la fabricació de juntes aïllants per a components electrònics, aïllament per a plaques de circuits i diversos segells protectors. La seva funcionalitat s'amplia encara més al sector aeroespacial per a capes d'aïllament tèrmic flexibles.
Nota sobre les limitacions: Tot i que la fibra de vidre millora significativament moltes propietats, és important tenir en compte que a mesura que augmenta el contingut de fibra de vidre, la resistència a la tracció, l'allargament i la tenacitat del compost poden disminuir, i el coeficient de fricció pot augmentar gradualment. A més, els compostos de fibra de vidre i PTFE no són adequats per al seu ús en medis alcalins. Per tant, la formulació, inclòs el percentatge de fibra de vidre (normalment del 15-25%) i la possible combinació amb altres farcits com el grafit o el MoS2, s'adapta per satisfer els requisits específics de l'aplicació.
Data de publicació: 05-12-2025