ग्लास फायबर रिइन्फोर्स्ड पीटीएफई: “प्लास्टिक किंग” ची कार्यक्षमता वाढवणे

पॉलिटेट्राफ्लुरोइथिलीन (PTFE), जे त्याच्या अपवादात्मक रासायनिक स्थिरता, उच्च/कमी-तापमान प्रतिकार आणि कमी घर्षण गुणांकासाठी प्रसिद्ध आहे, त्याला "प्लास्टिक किंग" असे टोपणनाव मिळाले आहे आणि ते रासायनिक, यांत्रिक आणि इलेक्ट्रॉनिक उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. तथापि, शुद्ध PTFE मध्ये कमी यांत्रिक शक्ती, थंड प्रवाहाच्या विकृतीची संवेदनशीलता आणि खराब थर्मल चालकता यासारखे अंतर्निहित तोटे आहेत. या मर्यादांवर मात करण्यासाठी, ग्लास फायबर रीइन्फोर्स्ड PTFE​ कंपोझिट विकसित केले गेले आहेत. काचेच्या तंतूंच्या रीइन्फोर्सिंग प्रभावामुळे, हे मटेरियल PTFE चे उत्कृष्ट गुणधर्म टिकवून ठेवताना अनेक कामगिरी मेट्रिक्समध्ये लक्षणीय सुधारणा करते.

१. यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये लक्षणीय वाढ

शुद्ध PTFE ची अत्यंत सममितीय आण्विक साखळी रचना आणि उच्च स्फटिकता यामुळे कमकुवत आंतर-आण्विक बल निर्माण होतात, ज्यामुळे यांत्रिक शक्ती आणि कडकपणा कमी होतो. यामुळे ते लक्षणीय बाह्य शक्तीखाली विकृत होण्यास प्रवण होते, उच्च शक्ती आवश्यक असलेल्या क्षेत्रात त्याचा वापर मर्यादित करते. काचेच्या तंतूंचा समावेश PTFE च्या यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये लक्षणीय सुधारणा आणतो. काचेचे तंतू त्यांच्या उच्च शक्ती आणि उच्च मापांकाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत. PTFE मॅट्रिक्समध्ये एकसारखे विखुरलेले असताना, ते प्रभावीपणे बाह्य भार सहन करतात, ज्यामुळे संमिश्राची एकूण यांत्रिक कार्यक्षमता वाढते. संशोधन असे दर्शविते की योग्य प्रमाणात काचेच्या फायबरच्या जोडणीसह, PTFE ची तन्य शक्ती 1 ते 2 पट वाढवता येते आणि लवचिक शक्ती आणखी उल्लेखनीय बनते, मूळ सामग्रीच्या तुलनेत अंदाजे 2 ते 3 पट सुधारते. कडकपणा देखील लक्षणीयरीत्या वाढतो. यामुळे ग्लास फायबर प्रबलित PTFE यांत्रिक उत्पादन आणि एरोस्पेसमधील अधिक जटिल कार्य वातावरणात विश्वसनीयरित्या कामगिरी करण्यास अनुमती देते, जसे की यांत्रिक सील आणि बेअरिंग घटकांमध्ये, अपुर्‍या सामग्रीच्या ताकदीमुळे होणारे अपयश प्रभावीपणे कमी करते.

२. ऑप्टिमाइझ्ड थर्मल परफॉर्मन्स

जरी शुद्ध PTFE उच्च आणि कमी-तापमानाच्या प्रतिकारात चांगले कार्य करते, -१९६°C आणि २६०°C दरम्यान दीर्घकालीन वापरण्यास सक्षम असले तरी, उच्च तापमानात त्याची मितीय स्थिरता कमी असते, जिथे ते थर्मल विकृतीला बळी पडते. काचेच्या तंतूंचा समावेश केल्याने सामग्रीचे उष्णता विक्षेपण तापमान (HDT) आणि मितीय स्थिरता वाढवून या समस्येचे प्रभावीपणे निराकरण होते. काचेच्या तंतूंमध्ये स्वतःच उच्च उष्णता प्रतिरोधकता आणि कडकपणा असतो. उच्च-तापमानाच्या वातावरणात, ते PTFE आण्विक साखळ्यांच्या हालचालींना प्रतिबंधित करतात, ज्यामुळे सामग्रीचे थर्मल विस्तार आणि विकृती रोखली जाते. इष्टतम काचेच्या फायबर सामग्रीसह, काचेच्या फायबर प्रबलित PTFE चे उष्णता विक्षेपण तापमान ५०°C पेक्षा जास्त वाढवता येते. ते उच्च-तापमान ऑपरेटिंग परिस्थितीत स्थिर आकार आणि मितीय अचूकता राखते, ज्यामुळे ते उच्च-तापमान पाइपलाइन आणि उच्च-तापमान सीलिंग गॅस्केट सारख्या उच्च थर्मल स्थिरता आवश्यकता असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनते.

३. थंड प्रवाहाची प्रवृत्ती कमी होणे

शुद्ध PTFE मध्ये थंड प्रवाह (किंवा क्रिप) ही एक लक्षणीय समस्या आहे. हे तुलनेने कमी तापमानातही, कालांतराने स्थिर भाराखाली होणारे मंद प्लास्टिक विकृतीकरण दर्शवते. हे वैशिष्ट्य दीर्घकालीन आकार आणि मितीय स्थिरता आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांमध्ये शुद्ध PTFE चा वापर मर्यादित करते. काचेच्या तंतूंचा समावेश PTFE च्या थंड प्रवाहाच्या घटनेला प्रभावीपणे प्रतिबंधित करतो. तंतू PTFE मॅट्रिक्समध्ये आधार देणारे सांगाडे म्हणून काम करतात, PTFE आण्विक साखळ्यांचे स्लाइडिंग आणि पुनर्रचना रोखतात. प्रायोगिक डेटा दर्शवितो की ग्लास फायबर प्रबलित PTFE चा थंड प्रवाह दर शुद्ध PTFE च्या तुलनेत 70% ते 80% कमी केला जातो, ज्यामुळे दीर्घकालीन भाराखाली सामग्रीची मितीय स्थिरता लक्षणीयरीत्या वाढते. यामुळे ते उच्च-परिशुद्धता यांत्रिक भाग आणि संरचनात्मक घटकांच्या निर्मितीसाठी योग्य बनते.

४. सुधारित पोशाख प्रतिकार

शुद्ध PTFE चा कमी घर्षण गुणांक हा त्याच्या फायद्यांपैकी एक आहे, परंतु तो त्याच्या खराब पोशाख प्रतिकारशक्तीमध्ये देखील योगदान देतो, ज्यामुळे घर्षण प्रक्रियेदरम्यान पोशाख आणि हस्तांतरण होण्यास संवेदनशील बनतो. ग्लास फायबर प्रबलित PTFE तंतूंच्या मजबुतीकरण प्रभावाद्वारे पृष्ठभागाची कडकपणा आणि पोशाख प्रतिरोध सुधारते. काचेच्या फायबरची कडकपणा PTFE पेक्षा खूप जास्त आहे, ज्यामुळे ते घर्षण दरम्यान पोशाख प्रभावीपणे प्रतिकार करण्यास सक्षम होते. ते सामग्रीच्या घर्षण आणि पोशाख यंत्रणेत देखील बदल करते, PTFE चा चिकट पोशाख आणि अपघर्षक पोशाख कमी करते. शिवाय, काचेचे तंतू घर्षण पृष्ठभागावर सूक्ष्म प्रोट्र्यूशन्स तयार करू शकतात, ज्यामुळे विशिष्ट घर्षण-विरोधी प्रभाव प्रदान होतो आणि घर्षण गुणांकात चढउतार कमी होतात. व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये, स्लाइडिंग बेअरिंग्ज आणि पिस्टन रिंग्ज सारख्या घर्षण घटकांसाठी सामग्री म्हणून वापरल्यास, ग्लास फायबर प्रबलित PTFE चे सेवा आयुष्य लक्षणीयरीत्या वाढवले ​​जाते, संभाव्यतः शुद्ध PTFE च्या तुलनेत अनेक वेळा किंवा अगदी डझनभर वेळा. अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की काचेच्या फायबरने भरलेल्या PTFE कंपोझिट्सचा पोशाख प्रतिकार न भरलेल्या PTFE सामग्रीच्या तुलनेत जवळजवळ 500 पट सुधारला जाऊ शकतो आणि मर्यादित PV मूल्य सुमारे 10 पट वाढले आहे.

५. वाढलेली थर्मल चालकता

शुद्ध PTFE मध्ये कमी थर्मल चालकता असते, जी उष्णता हस्तांतरणासाठी अनुकूल नसते आणि उच्च उष्णता अपव्यय आवश्यकता असलेल्या अनुप्रयोगांमध्ये मर्यादा निर्माण करते. ग्लास फायबरमध्ये तुलनेने उच्च थर्मल चालकता असते आणि PTFE मध्ये ते जोडल्याने काही प्रमाणात सामग्रीची थर्मल चालकता सुधारू शकते. जरी काचेच्या फायबरचा समावेश केल्याने PTFE च्या थर्मल चालकता गुणांकात लक्षणीय वाढ होत नाही, तरी ते सामग्रीमध्ये उष्णता वाहक मार्ग तयार करू शकते, ज्यामुळे उष्णता हस्तांतरणाची गती वाढते. यामुळे ग्लास फायबर प्रबलित PTFE ला इलेक्ट्रॉनिक आणि इलेक्ट्रिकल क्षेत्रात, जसे की थर्मल पॅड आणि सर्किट बोर्ड सब्सट्रेट्समध्ये चांगले अनुप्रयोग क्षमता मिळते, ज्यामुळे शुद्ध PTFE च्या खराब थर्मल चालकतेशी संबंधित उष्णता संचयन समस्यांचे निराकरण करण्यास मदत होते. सुधारित थर्मल चालकता बेअरिंग्जसारख्या अनुप्रयोगांमध्ये घर्षण उष्णता नष्ट करण्यास देखील मदत करते, ज्यामुळे चांगले कार्यप्रदर्शन होते.

वापराची व्याप्ती:​ हे संमिश्र साहित्य औद्योगिक सील, उच्च-भार बेअरिंग्ज/बुशिंग्ज, सेमीकंडक्टर उपकरणे आणि रासायनिक उद्योगातील विविध पोशाख-प्रतिरोधक संरचनात्मक भागांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्रात, ते इलेक्ट्रॉनिक घटकांसाठी इन्सुलेट गॅस्केट, सर्किट बोर्डसाठी इन्सुलेशन आणि विविध संरक्षक सील तयार करण्यासाठी वापरले जाते. लवचिक थर्मल इन्सुलेशन थरांसाठी त्याची कार्यक्षमता पुढे एरोस्पेस क्षेत्रात विस्तारली आहे.

मर्यादांवरील टीप:​ ग्लास फायबर अनेक गुणधर्मांमध्ये लक्षणीय वाढ करतो, परंतु हे लक्षात ठेवणे महत्त्वाचे आहे की ग्लास फायबरचे प्रमाण वाढत असताना, कंपोझिटची तन्य शक्ती, लांबी आणि कडकपणा कमी होऊ शकतो आणि घर्षण गुणांक हळूहळू वाढू शकतो. शिवाय, ग्लास फायबर आणि पीटीएफई कंपोझिट अल्कधर्मी माध्यमांमध्ये वापरण्यासाठी योग्य नाहीत. म्हणून, ग्लास फायबरची टक्केवारी (सामान्यत: 15-25%) आणि ग्रेफाइट किंवा MoS2 सारख्या इतर फिलरसह संभाव्य संयोजनासह फॉर्म्युलेशन विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी तयार केले आहे.