Politetrafluoretilēns (PTFE), kas ir pazīstams ar savu izcilo ķīmisko stabilitāti, izturību augstā/zemā temperatūrā un zemo berzes koeficientu, ir ieguvis iesauku “Plastmasas karalis” un tiek plaši izmantots ķīmiskajā, mehāniskajā un elektroniskajā rūpniecībā. Tomēr tīram PTFE ir raksturīgi trūkumi, piemēram, zema mehāniskā izturība, jutība pret aukstās plūsmas deformāciju un slikta siltumvadītspēja. Lai pārvarētu šos ierobežojumus, ir izstrādāti ar stikla šķiedru pastiprināti PTFE kompozītmateriāli. Šis materiāls ievērojami uzlabo vairākus veiktspējas rādītājus, vienlaikus saglabājot PTFE augstākās īpašības, pateicoties stikla šķiedru pastiprinošajai iedarbībai.
1. Būtiska mehānisko īpašību uzlabošana
Tīra PTFE ļoti simetriskā molekulārās ķēdes struktūra un augstā kristāliskums rada vājus starpmolekulāros spēkus, kas savukārt noved pie zemas mehāniskās izturības un cietības. Tas padara to pakļautu deformācijai ievērojama ārēja spēka ietekmē, ierobežojot tā pielietojumu jomās, kurās nepieciešama augsta izturība. Stikla šķiedru pievienošana ievērojami uzlabo PTFE mehāniskās īpašības. Stikla šķiedrām raksturīga augsta izturība un augsts modulis. Vienmērīgi izkliedētas PTFE matricā, tās efektīvi iztur ārējās slodzes, uzlabojot kompozīta kopējo mehānisko veiktspēju. Pētījumi liecina, ka, pievienojot atbilstošu stikla šķiedras daudzumu, PTFE stiepes izturību var palielināt 1 līdz 2 reizes, un lieces izturība kļūst vēl ievērojamāka, uzlabojoties aptuveni 2 līdz 3 reizes salīdzinājumā ar sākotnējo materiālu. Arī cietība ievērojami palielinās. Tas ļauj ar stikla šķiedru pastiprinātam PTFE droši darboties sarežģītākās darba vidēs mehāniskajā ražošanā un kosmiskajā aviācijā, piemēram, mehāniskajos blīvējumos un gultņu detaļās, efektīvi samazinot nepietiekamas materiāla izturības izraisītos bojājumus.
2. Optimizēta termiskā veiktspēja
Lai gan tīrs PTFE labi darbojas augstā un zemā temperatūrā, spējot ilgstoši lietot no -196°C līdz 260°C, tā izmēru stabilitāte ir slikta augstās temperatūrās, kur tas ir pakļauts termiskai deformācijai. Stikla šķiedru pievienošana efektīvi risina šo problēmu, palielinot materiāla termiskās deformācijas temperatūru (HDT) un izmēru stabilitāti. Stikla šķiedrām pašām piemīt augsta karstumizturība un stingrība. Augstas temperatūras vidē tās ierobežo PTFE molekulāro ķēžu kustību, tādējādi ierobežojot materiāla termisko izplešanos un deformāciju. Ar optimālu stikla šķiedras saturu ar stikla šķiedru pastiprināta PTFE termiskās deformācijas temperatūru var palielināt par vairāk nekā 50°C. Tas saglabā stabilu formu un izmēru precizitāti augstas temperatūras ekspluatācijas apstākļos, padarot to piemērotu lietojumiem ar augstām termiskās stabilitātes prasībām, piemēram, augstas temperatūras cauruļvadiem un augstas temperatūras blīvēm.
3. Samazināta aukstās plūsmas tendence
Aukstā plūsma (vai šļūde) ir ievērojama tīra PTFE problēma. Tā attiecas uz lēno plastisko deformāciju, kas notiek pastāvīgas slodzes ietekmē laika gaitā, pat relatīvi zemā temperatūrā. Šī īpašība ierobežo tīra PTFE izmantošanu lietojumos, kuros nepieciešama ilgstoša formas un izmēru stabilitāte. Stikla šķiedru iekļaušana efektīvi kavē PTFE aukstās plūsmas fenomenu. Šķiedras darbojas kā atbalsta skelets PTFE matricā, kavējot PTFE molekulāro ķēžu slīdēšanu un pārkārtošanos. Eksperimentālie dati liecina, ka ar stikla šķiedru pastiprināta PTFE aukstās plūsmas ātrums ir samazināts par 70% līdz 80% salīdzinājumā ar tīru PTFE, ievērojami uzlabojot materiāla izmēru stabilitāti ilgstošas slodzes apstākļos. Tas padara to piemērotu augstas precizitātes mehānisko detaļu un konstrukcijas elementu ražošanai.
4. Uzlabota nodilumizturība
Tīra PTFE zemais berzes koeficients ir viena no tā priekšrocībām, taču tas veicina arī tā slikto nodilumizturību, padarot to uzņēmīgu pret nodilumu un pārnesi berzes procesu laikā. Ar stikla šķiedru armēts PTFE uzlabo materiāla virsmas cietību un nodilumizturību, pateicoties šķiedru pastiprinošajai iedarbībai. Stikla šķiedras cietība ir daudz augstāka nekā PTFE, ļaujot tai efektīvi pretoties nodilumam berzes laikā. Tā arī maina materiāla berzes un nodiluma mehānismu, samazinot PTFE līmes un abrazīvo nodilumu. Turklāt stikla šķiedras var veidot sīkus izvirzījumus uz berzes virsmas, nodrošinot zināmu pretberzes efektu un samazinot berzes koeficienta svārstības. Praktiskā pielietojumā, izmantojot to kā materiālu berzes komponentiem, piemēram, slīdgultņiem un virzuļa gredzeniem, stikla šķiedras armēta PTFE kalpošanas laiks ir ievērojami pagarināts, potenciāli vairākas reizes vai pat desmitiem reižu, salīdzinot ar tīru PTFE. Pētījumi liecina, ka ar stikla šķiedru pildītu PTFE kompozītu nodilumizturību var uzlabot gandrīz 500 reizes, salīdzinot ar nepildītiem PTFE materiāliem, un robežvērtība PV palielinās aptuveni 10 reizes.
5. Uzlabota siltumvadītspēja
Tīram PTFE ir zema siltumvadītspēja, kas nelabvēlīgi ietekmē siltuma pārnesi un rada ierobežojumus lietojumos ar augstām siltuma izkliedes prasībām. Stikla šķiedrai ir relatīvi augsta siltumvadītspēja, un tās pievienošana PTFE zināmā mērā var uzlabot materiāla siltumvadītspēju. Lai gan stikla šķiedras pievienošana būtiski nepalielina PTFE siltumvadītspējas koeficientu, tā var veidot siltuma vadīšanas ceļus materiālā, paātrinot siltuma pārneses ātrumu. Tas dod stikla šķiedras pastiprinātam PTFE labāku pielietojuma potenciālu elektronikas un elektriskajās jomās, piemēram, termoizolācijās un shēmu plates substrātos, palīdzot risināt siltuma uzkrāšanās problēmas, kas saistītas ar tīra PTFE slikto siltumvadītspēju. Uzlabotā siltumvadītspēja arī palīdz izkliedēt berzes siltumu tādos lietojumos kā gultņi, tādējādi uzlabojot veiktspēju.
Pielietojuma joma: Šis kompozītmateriāls tiek plaši izmantots rūpnieciskajos blīvējumos, augstas slodzes gultņos/buksēs, pusvadītāju iekārtās un dažādās nodilumizturīgās konstrukcijas detaļās ķīmiskajā rūpniecībā. Elektronikas jomā to izmanto elektronisko komponentu izolācijas blīvju, shēmu plates izolācijas un dažādu aizsargblīvju ražošanā. Tā funkcionalitāte tiek vēl vairāk paplašināta kosmosa nozarē elastīgiem siltumizolācijas slāņiem.
Piezīme par ierobežojumiem: Lai gan stikla šķiedra ievērojami uzlabo daudzas īpašības, ir svarīgi atzīmēt, ka, palielinoties stikla šķiedras saturam, kompozīta stiepes izturība, pagarinājums un sīkstums var samazināties, un berzes koeficients var pakāpeniski palielināties. Turklāt stikla šķiedras un PTFE kompozītmateriāli nav piemēroti lietošanai sārmainā vidē. Tāpēc formula, tostarp stikla šķiedras procentuālā daļa (parasti 15–25%) un iespējamā kombinācija ar citām pildvielām, piemēram, grafītu vai MoS2, ir pielāgota konkrētām pielietojuma prasībām.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 5. decembris