Polytetrafluorethyleen (PTFE), bekend om zijn uitzonderlijke chemische stabiliteit, hoge/lage temperatuurbestendigheid en lage wrijvingscoëfficiënt, heeft de bijnaam "King of Plastics" verdiend en wordt veelvuldig gebruikt in de chemische, mechanische en elektronische industrie. Zuiver PTFE kent echter inherente nadelen, zoals een lage mechanische sterkte, gevoeligheid voor vervorming bij lage temperaturen en een slechte thermische geleidbaarheid. Om deze beperkingen te overwinnen, zijn met glasvezels versterkte PTFE-composieten ontwikkeld. Dit materiaal verbetert diverse prestatieparameters aanzienlijk, terwijl de superieure eigenschappen van PTFE behouden blijven, dankzij het versterkende effect van de glasvezels.
1. Aanzienlijke verbetering van de mechanische eigenschappen
De zeer symmetrische moleculaire ketenstructuur en hoge kristalliniteit van zuiver PTFE resulteren in zwakke intermoleculaire krachten, wat leidt tot een lage mechanische sterkte en hardheid. Hierdoor is het materiaal gevoelig voor vervorming onder aanzienlijke externe krachten, wat de toepassingen ervan beperkt in gebieden die een hoge sterkte vereisen. De toevoeging van glasvezels leidt tot een aanzienlijke verbetering van de mechanische eigenschappen van PTFE. Glasvezels kenmerken zich door hun hoge sterkte en hoge modulus. Wanneer ze gelijkmatig verdeeld zijn in de PTFE-matrix, dragen ze effectief externe belastingen, waardoor de algehele mechanische prestaties van het composietmateriaal verbeteren. Onderzoek wijst uit dat met de toevoeging van een geschikte hoeveelheid glasvezel de treksterkte van PTFE met een factor 1 tot 2 kan worden verhoogd, en de buigsterkte zelfs nog opmerkelijker wordt, met een verbetering van ongeveer een factor 2 tot 3 ten opzichte van het oorspronkelijke materiaal. Ook de hardheid neemt significant toe. Hierdoor kan glasvezelversterkt PTFE betrouwbaar presteren in complexere werkomgevingen in de machinebouw en de lucht- en ruimtevaart, zoals in mechanische afdichtingen en lagercomponenten, waardoor storingen als gevolg van onvoldoende materiaalsterkte effectief worden verminderd.
2. Geoptimaliseerde thermische prestaties
Hoewel puur PTFE goed presteert qua hoge en lage temperatuurbestendigheid en geschikt is voor langdurig gebruik tussen -196 °C en 260 °C, is de dimensionale stabiliteit ervan slecht bij hoge temperaturen, waar het gevoelig is voor thermische vervorming. De toevoeging van glasvezels lost dit probleem effectief op door de warmtevervormingstemperatuur (HDT) en de dimensionale stabiliteit van het materiaal te verhogen. Glasvezels zelf bezitten een hoge hittebestendigheid en stijfheid. In omgevingen met hoge temperaturen beperken ze de beweging van PTFE-molecuulketens, waardoor thermische uitzetting en vervorming van het materiaal worden tegengegaan. Met een optimaal glasvezelgehalte kan de warmtevervormingstemperatuur van glasvezelversterkt PTFE met meer dan 50 °C worden verhoogd. Het behoudt een stabiele vorm en dimensionale nauwkeurigheid onder bedrijfsomstandigheden met hoge temperaturen, waardoor het geschikt is voor toepassingen met hoge eisen aan thermische stabiliteit, zoals hogetemperatuurpijpleidingen en hogetemperatuurafdichtingen.
3. Verminderde neiging tot koude luchtstromen
Koudvloei (of kruip) is een opvallend probleem bij zuiver PTFE. Het verwijst naar de langzame plastische vervorming die optreedt onder een constante belasting gedurende een bepaalde tijd, zelfs bij relatief lage temperaturen. Deze eigenschap beperkt het gebruik van zuiver PTFE in toepassingen die langdurige vorm- en dimensionale stabiliteit vereisen. De toevoeging van glasvezels remt het koudvloeifenomeen van PTFE effectief af. De vezels fungeren als een ondersteunend skelet binnen de PTFE-matrix, waardoor het verschuiven en herschikken van PTFE-molecuulketens wordt belemmerd. Experimentele gegevens tonen aan dat de koudvloeisnelheid van glasvezelversterkt PTFE met 70% tot 80% is verminderd in vergelijking met zuiver PTFE, waardoor de dimensionale stabiliteit van het materiaal onder langdurige belasting aanzienlijk wordt verbeterd. Dit maakt het geschikt voor de productie van zeer nauwkeurige mechanische onderdelen en constructiecomponenten.
4. Verbeterde slijtvastheid
De lage wrijvingscoëfficiënt van puur PTFE is een van de voordelen, maar draagt tegelijkertijd bij aan de slechte slijtvastheid, waardoor het materiaal gevoelig is voor slijtage en materiaaloverdracht tijdens wrijvingsprocessen. Glasvezelversterkt PTFE verbetert de oppervlaktehardheid en slijtvastheid van het materiaal door het versterkende effect van de vezels. De hardheid van glasvezel is veel hoger dan die van PTFE, waardoor het materiaal effectief slijtage tijdens wrijving kan weerstaan. Het verandert ook het wrijvings- en slijtagemechanisme van het materiaal, waardoor adhesieve slijtage en abrasieve slijtage van PTFE worden verminderd. Bovendien kunnen glasvezels minuscule uitsteeksels vormen op het wrijvingsoppervlak, wat een zeker wrijvingsverminderend effect heeft en schommelingen in de wrijvingscoëfficiënt vermindert. In de praktijk, wanneer het wordt gebruikt als materiaal voor wrijvingscomponenten zoals glijlagers en zuigerveren, wordt de levensduur van glasvezelversterkt PTFE aanzienlijk verlengd, mogelijk met een factor van meerdere malen of zelfs tientallen malen in vergelijking met puur PTFE. Uit onderzoek is gebleken dat de slijtvastheid van met glasvezel gevulde PTFE-composieten bijna 500 keer hoger kan zijn dan die van ongevulde PTFE-materialen, en dat de grenswaarde van de PV-waarde ongeveer 10 keer hoger kan worden.
5. Verbeterde thermische geleidbaarheid
Zuiver PTFE heeft een lage thermische geleidbaarheid, wat niet bevorderlijk is voor warmteoverdracht en beperkingen met zich meebrengt voor toepassingen met hoge eisen aan warmteafvoer. Glasvezel heeft een relatief hoge thermische geleidbaarheid en de toevoeging ervan aan PTFE kan de thermische geleidbaarheid van het materiaal tot op zekere hoogte verbeteren. Hoewel de toevoeging van glasvezel de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van PTFE niet drastisch verhoogt, kan het wel warmtegeleidingspaden in het materiaal vormen, waardoor de warmteoverdracht wordt versneld. Dit geeft glasvezelversterkt PTFE een beter toepassingspotentieel in de elektronica en elektrotechniek, bijvoorbeeld in thermische pads en printplaatsubstraten, en helpt de problemen met warmteophoping als gevolg van de lage thermische geleidbaarheid van zuiver PTFE aan te pakken. De verbeterde thermische geleidbaarheid helpt ook bij het afvoeren van wrijvingswarmte in toepassingen zoals lagers, wat bijdraagt aan betere prestaties.
Toepassingsgebied: Dit composietmateriaal wordt veel gebruikt in industriële afdichtingen, lagers/bussen voor hoge belastingen, halfgeleiderapparatuur en diverse slijtvaste constructieonderdelen in de chemische industrie. In de elektronica wordt het toegepast bij de productie van isolerende pakkingen voor elektronische componenten, isolatie voor printplaten en diverse beschermende afdichtingen. De functionaliteit ervan strekt zich verder uit tot de lucht- en ruimtevaartsector voor flexibele thermische isolatielagen.
Opmerking over beperkingen: Hoewel glasvezel veel eigenschappen aanzienlijk verbetert, is het belangrijk om te weten dat naarmate het glasvezelgehalte toeneemt, de treksterkte, rek en taaiheid van het composiet kunnen afnemen en de wrijvingscoëfficiënt geleidelijk kan toenemen. Bovendien zijn composieten van glasvezel en PTFE niet geschikt voor gebruik in alkalische media. Daarom wordt de samenstelling, inclusief het percentage glasvezel (doorgaans 15-25%) en de mogelijke combinatie met andere vulstoffen zoals grafiet of MoS2, afgestemd op de specifieke toepassingsvereisten.
Geplaatst op: 05-12-2025