Polütetrafluoroetüleen (PTFE), mis on tuntud oma erakordse keemilise stabiilsuse, kõrge/madala temperatuuritaluvuse ja madala hõõrdeteguri poolest, on pälvinud hüüdnime „Plastkuningas“ ja seda kasutatakse laialdaselt keemia-, masina- ja elektroonikatööstuses. Puhtal PTFE-l on aga loomupäraseid puudusi, nagu madal mehaaniline tugevus, vastuvõtlikkus külmavoolu deformatsioonile ja halb soojusjuhtivus. Nende piirangute ületamiseks on välja töötatud klaaskiuga tugevdatud PTFE-komposiidid. See materjal parandab oluliselt mitmeid jõudlusnäitajaid, säilitades samal ajal PTFE paremad omadused tänu klaaskiudude tugevdavale efektile.
1. Mehaaniliste omaduste märkimisväärne paranemine
Puhta PTFE väga sümmeetriline molekulaarahela struktuur ja kõrge kristallisus põhjustavad nõrku molekulidevahelisi jõude, mis omakorda põhjustab madalat mehaanilist tugevust ja kõvadust. See muudab selle deformeerumisele kalduvaks märkimisväärse välise jõu mõjul, piirates selle rakendusi valdkondades, mis nõuavad suurt tugevust. Klaaskiudude lisamine parandab oluliselt PTFE mehaanilisi omadusi. Klaaskiude iseloomustab suur tugevus ja kõrge elastsusmoodul. PTFE maatriksi sees ühtlaselt hajutatuna kannavad nad tõhusalt väliseid koormusi, parandades komposiidi üldist mehaanilist jõudlust. Uuringud näitavad, et sobiva koguse klaaskiudude lisamisega saab PTFE tõmbetugevust suurendada 1–2 korda ja paindetugevus muutub veelgi märkimisväärsemaks, paranedes umbes 2–3 korda võrreldes algmaterjaliga. Ka kõvadus suureneb märkimisväärselt. See võimaldab klaaskiuga tugevdatud PTFE-l usaldusväärselt toimida keerukamates töökeskkondades masinaehituses ja lennunduses, näiteks mehaanilistes tihendites ja laagrikomponentides, vähendades tõhusalt ebapiisava materjali tugevuse põhjustatud rikkeid.
2. Optimeeritud termiline jõudlus
Kuigi puhas PTFE talub hästi nii kõrgeid kui ka madalaid temperatuure ning on võimeline pikaajaliseks kasutamiseks temperatuurivahemikus -196 °C kuni 260 °C, on selle mõõtmete stabiilsus kõrgetel temperatuuridel halb ja see on altid termilisele deformatsioonile. Klaaskiudude lisamine lahendab selle probleemi tõhusalt, suurendades materjali soojuspaisumistemperatuuri (HDT) ja mõõtmete stabiilsust. Klaaskiududel endil on kõrge kuumakindlus ja jäikus. Kõrge temperatuuriga keskkonnas piiravad nad PTFE molekulaarahelate liikumist, ohjeldades seeläbi materjali soojuspaisumist ja deformatsiooni. Optimaalse klaaskiudude sisalduse korral saab klaaskiuga tugevdatud PTFE soojuspaisumistemperatuuri suurendada enam kui 50 °C võrra. See säilitab stabiilse kuju ja mõõtmete täpsuse kõrgetel temperatuuridel töötingimustes, mistõttu sobib see rakenduste jaoks, millel on kõrged termilise stabiilsuse nõuded, näiteks kõrge temperatuuriga torujuhtmed ja kõrge temperatuuriga tihendid.
3. Vähenenud külmavoolu kalduvus
Külmvoolavus (või roomavus) on puhta PTFE puhul märkimisväärne probleem. See viitab aeglasele plastsele deformatsioonile, mis toimub pideva koormuse all aja jooksul isegi suhteliselt madalatel temperatuuridel. See omadus piirab puhta PTFE kasutamist rakendustes, mis nõuavad pikaajalist kuju ja mõõtmete stabiilsust. Klaaskiudude lisamine pärsib tõhusalt PTFE külmvoolavuse fenomeni. Kiud toimivad PTFE maatriksi sees tugiskeletina, takistades PTFE molekulaarahelate libisemist ja ümberpaigutumist. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et klaaskiuga tugevdatud PTFE külmvoolavuse kiirus on puhta PTFE-ga võrreldes 70–80% väiksem, mis parandab oluliselt materjali mõõtmete stabiilsust pikaajalise koormuse all. See muudab selle sobivaks ülitäpsete mehaaniliste osade ja konstruktsioonielementide tootmiseks.
4. Parem kulumiskindlus
Puhta PTFE madal hõõrdetegur on üks selle eeliseid, kuid see aitab kaasa ka kehvale kulumiskindlusele, muutes selle hõõrdumisprotsesside ajal kulumisele ja ülekandele vastuvõtlikuks. Klaaskiuga tugevdatud PTFE parandab materjali pinna kõvadust ja kulumiskindlust kiudude tugevdava efekti kaudu. Klaaskiu kõvadus on palju suurem kui PTFE-l, võimaldades sellel hõõrdumise ajal kulumisele tõhusalt vastu pidada. See muudab ka materjali hõõrde- ja kulumismehhanismi, vähendades PTFE adhesioonikulumist ja abrasiivset kulumist. Lisaks võivad klaaskiud moodustada hõõrdepinnale väikeseid eendeid, pakkudes teatud hõõrdumisvastast efekti ja vähendades hõõrdeteguri kõikumisi. Praktikas, kui seda kasutatakse hõõrdekomponentide, näiteks libisevate laagrite ja kolvirõngaste materjalina, pikeneb klaaskiuga tugevdatud PTFE kasutusiga märkimisväärselt, potentsiaalselt mitu või isegi kümneid kordi võrreldes puhta PTFE-ga. Uuringud on näidanud, et klaaskiuga täidetud PTFE-komposiitide kulumiskindlust saab parandada ligi 500 korda võrreldes täitmata PTFE-materjalidega ja piirväärtus PV suureneb umbes 10 korda.
5. Suurem soojusjuhtivus
Puhtal PTFE-l on madal soojusjuhtivus, mis ei soodusta soojusülekannet ja seab piiranguid rakendustes, kus on suured soojuse hajutamise nõuded. Klaaskiul on suhteliselt kõrge soojusjuhtivus ja selle lisamine PTFE-le võib teatud määral parandada materjali soojusjuhtivust. Kuigi klaaskiu lisamine ei suurenda PTFE soojusjuhtivustegurit drastiliselt, võib see moodustada materjali sees soojusjuhtivuse teid, kiirendades soojusülekande kiirust. See annab klaaskiuga tugevdatud PTFE-le parema rakenduspotentsiaali elektroonika- ja elektrivaldkonnas, näiteks termopatjades ja trükkplaatide aluspindades, aidates lahendada puhta PTFE halva soojusjuhtivusega seotud soojuse akumuleerumise probleeme. Parem soojusjuhtivus aitab ka hõõrdesoojust hajutada sellistes rakendustes nagu laagrid, aidates kaasa paremale jõudlusele.
Kasutusala: Seda komposiitmaterjali kasutatakse laialdaselt tööstuslikes tihendites, suure koormusega laagrites/puksides, pooljuhtseadmetes ja mitmesugustes kulumiskindlates konstruktsioonielementides keemiatööstuses. Elektroonikavaldkonnas kasutatakse seda elektroonikakomponentide isoleerivate tihendite, trükkplaatide isolatsiooni ja mitmesuguste kaitsetihendite tootmiseks. Selle funktsionaalsust laiendatakse veelgi lennundussektoris paindlike soojusisolatsioonikihtide jaoks.
Märkus piirangute kohta: Kuigi klaaskiud parandab oluliselt paljusid omadusi, on oluline märkida, et klaaskiu sisalduse suurenedes võivad komposiidi tõmbetugevus, venivus ja sitkus väheneda ning hõõrdetegur järk-järgult suureneda. Lisaks ei sobi klaaskiud- ja PTFE-komposiidid kasutamiseks aluselistes keskkondades. Seetõttu on koostis, sealhulgas klaaskiu protsent (tavaliselt 15–25%) ja võimalik kombinatsioon teiste täiteainetega, näiteks grafiidi või MoS2-ga, kohandatud vastavalt konkreetsetele rakendusnõuetele.
Postituse aeg: 05. detsember 2025