Polytetrafluorethylen (PTFE), známý pro svou výjimečnou chemickou stabilitu, odolnost vůči vysokým/nízkým teplotám a nízký koeficient tření, si vysloužil přezdívku „král plastů“ a je široce používán v chemickém, strojírenství a elektronickém průmyslu. Čistý PTFE má však inherentní nevýhody, jako je nízká mechanická pevnost, náchylnost k deformaci za studena a špatná tepelná vodivost. K překonání těchto omezení byly vyvinuty kompozity z PTFE vyztuženého skelnými vlákny. Tento materiál výrazně zlepšuje řadu výkonnostních parametrů a zároveň si zachovává vynikající vlastnosti PTFE díky výztužnému účinku skelných vláken.
1. Významné zlepšení mechanických vlastností
Vysoce symetrická molekulární řetězcová struktura a vysoká krystalinita čistého PTFE mají za následek slabé mezimolekulární síly, což vede k nízké mechanické pevnosti a tvrdosti. Díky tomu je náchylný k deformaci při působení značné vnější síly, což omezuje jeho použití v oblastech vyžadujících vysokou pevnost. Začlenění skleněných vláken přináší podstatné zlepšení mechanických vlastností PTFE. Skleněná vlákna se vyznačují vysokou pevností a vysokým modulem. Pokud jsou rovnoměrně rozptýlena v matrici PTFE, účinně snášejí vnější zatížení, čímž zlepšují celkový mechanický výkon kompozitu. Výzkum ukazuje, že přidáním vhodného množství skleněných vláken lze pevnost v tahu PTFE zvýšit 1 až 2krát a pevnost v ohybu se stává ještě pozoruhodnější, zlepší se přibližně 2 až 3krát ve srovnání s původním materiálem. Výrazně se také zvyšuje tvrdost. To umožňuje PTFE vyztuženému skleněnými vlákny spolehlivě fungovat ve složitějších pracovních prostředích ve strojírenské výrobě a letectví, jako jsou mechanická těsnění a ložiskové komponenty, což účinně snižuje poruchy způsobené nedostatečnou pevností materiálu.
2. Optimalizovaný tepelný výkon
Přestože čistý PTFE dobře odolává vysokým i nízkým teplotám a je schopen dlouhodobého používání mezi -196 °C a 260 °C, jeho rozměrová stabilita je při vysokých teplotách nízká a je náchylný k tepelné deformaci. Přidání skleněných vláken tento problém účinně řeší zvýšením teploty tepelné deformace (HDT) materiálu a rozměrové stability. Samotná skleněná vlákna mají vysokou tepelnou odolnost a tuhost. Ve vysokoteplotním prostředí omezují pohyb molekulárních řetězců PTFE, čímž potlačují tepelnou roztažnost a deformaci materiálu. S optimálním obsahem skleněných vláken lze teplotu tepelné deformace PTFE vyztuženého skleněnými vlákny zvýšit o více než 50 °C. Zachovává stabilní tvar a rozměrovou přesnost i za vysokoteplotních provozních podmínek, díky čemuž je vhodný pro aplikace s vysokými požadavky na tepelnou stabilitu, jako jsou vysokoteplotní potrubí a vysokoteplotní těsnění.
3. Snížený sklon k studenému toku
Tečení za studena (neboli creep) je u čistého PTFE významným problémem. Jedná se o pomalou plastickou deformaci, ke které dochází při konstantním zatížení v průběhu času, a to i při relativně nízkých teplotách. Tato vlastnost omezuje použití čistého PTFE v aplikacích vyžadujících dlouhodobou tvarovou a rozměrovou stabilitu. Začlenění skleněných vláken účinně inhibuje jev tečení za studena u PTFE. Vlákna fungují jako nosná kostra v matrici PTFE, která brání klouzání a přeskupování molekulárních řetězců PTFE. Experimentální data ukazují, že rychlost tečení za studena u PTFE vyztuženého skleněnými vlákny je ve srovnání s čistým PTFE snížena o 70 % až 80 %, což výrazně zvyšuje rozměrovou stabilitu materiálu při dlouhodobém zatížení. Díky tomu je vhodný pro výrobu vysoce přesných mechanických dílů a konstrukčních prvků.
4. Zlepšená odolnost proti opotřebení
Nízký koeficient tření čistého PTFE je jednou z jeho výhod, ale také přispívá k jeho nízké odolnosti proti opotřebení, což ho činí náchylným k opotřebení a přenosu tření během třecích procesů. PTFE vyztužený skelnými vlákny zlepšuje tvrdost povrchu a odolnost materiálu proti opotřebení díky výztužnému účinku vláken. Tvrdost skelných vláken je mnohem vyšší než u PTFE, což mu umožňuje účinně odolávat opotřebení během tření. Mění také mechanismus tření a opotřebení materiálu, čímž snižuje adhezní opotřebení a abrazivní opotřebení PTFE. Skleněná vlákna mohou navíc na třecí ploše vytvářet drobné výstupky, což zajišťuje určitý antifrikční účinek a snižuje kolísání koeficientu tření. V praktických aplikacích, pokud se PTFE vyztužený skelnými vlákny použije jako materiál pro třecí součásti, jako jsou kluzná ložiska a pístní kroužky, se jeho životnost výrazně prodlužuje, potenciálně několikanásobně nebo dokonce desítkykrát ve srovnání s čistým PTFE. Studie ukázaly, že odolnost PTFE kompozitů plněných skelnými vlákny proti opotřebení lze zlepšit téměř 500krát ve srovnání s neplněnými PTFE materiály a mezní hodnota PV se zvyšuje přibližně 10krát.
5. Zvýšená tepelná vodivost
Čistý PTFE má nízkou tepelnou vodivost, což nepodporuje přenos tepla a představuje omezení v aplikacích s vysokými požadavky na odvod tepla. Skleněná vlákna mají relativně vysokou tepelnou vodivost a jejich přidání do PTFE může do určité míry zlepšit tepelnou vodivost materiálu. Ačkoli přidání skleněných vláken drasticky nezvyšuje koeficient tepelné vodivosti PTFE, může v materiálu vytvářet tepelné dráhy, čímž urychluje přenos tepla. To dává PTFE vyztuženému skleněnými vlákny lepší aplikační potenciál v elektronických a elektrických oblastech, jako jsou tepelné podložky a substráty desek plošných spojů, což pomáhá řešit problémy s akumulací tepla spojené se špatnou tepelnou vodivostí čistého PTFE. Zlepšená tepelná vodivost také pomáhá odvádět teplo vznikající třením v aplikacích, jako jsou ložiska, což přispívá k lepšímu výkonu.
Oblast použití: Tento kompozitní materiál se široce používá v průmyslových těsněních, vysoce zatížitelných ložiskách/pouzdrech, polovodičových zařízeních a různých otěruvzdorných konstrukčních dílech v chemickém průmyslu. V oblasti elektroniky se používá k výrobě izolačních těsnění pro elektronické součástky, izolací pro desky plošných spojů a různých ochranných těsnění. Jeho funkčnost je dále rozšířena do leteckého průmyslu pro flexibilní tepelně izolační vrstvy.
Poznámka k omezením: I když skleněná vlákna výrazně zlepšují mnoho vlastností, je důležité si uvědomit, že s rostoucím obsahem skleněných vláken se může snižovat pevnost v tahu, prodloužení a houževnatost kompozitu a postupně se může zvyšovat koeficient tření. Kompozity ze skleněných vláken a PTFE navíc nejsou vhodné pro použití v alkalických médiích. Proto je složení, včetně procentuálního podílu skleněných vláken (obvykle 15–25 %) a možné kombinace s dalšími plnivy, jako je grafit nebo MoS2, přizpůsobeno specifickým požadavkům aplikace.
Čas zveřejnění: 5. prosince 2025