Polytetrafluoretylen (PTFE), kjent for sin eksepsjonelle kjemiske stabilitet, motstand mot høye/lave temperaturer og lave friksjonskoeffisient, har fått kallenavnet «Plastkongen» og er mye brukt i kjemisk, mekanisk og elektronisk industri. Ren PTFE har imidlertid iboende ulemper som lav mekanisk styrke, mottakelighet for kaldstrømningsdeformasjon og dårlig varmeledningsevne. For å overvinne disse begrensningene har glassfiberforsterkede PTFE-kompositter blitt utviklet. Dette materialet forbedrer flere ytelsesmålinger betydelig samtidig som det beholder de overlegne egenskapene til PTFE, takket være den forsterkende effekten av glassfibre.
1. Betydelig forbedring av mekaniske egenskaper
Den svært symmetriske molekylkjedestrukturen og den høye krystalliniteten til ren PTFE resulterer i svake intermolekylære krefter, noe som fører til lav mekanisk styrke og hardhet. Dette gjør den utsatt for deformasjon under betydelig ytre kraft, noe som begrenser bruksområdene i felt som krever høy styrke. Innlemmelsen av glassfibre gir en betydelig forbedring av de mekaniske egenskapene til PTFE. Glassfibre kjennetegnes av sin høye styrke og høye modul. Når de er jevnt fordelt i PTFE-matrisen, bærer de effektivt ytre belastninger, noe som forbedrer den generelle mekaniske ytelsen til kompositten. Forskning indikerer at med tilsetning av en passende mengde glassfiber kan strekkfastheten til PTFE økes med 1 til 2 ganger, og bøyefastheten blir enda mer bemerkelsesverdig, og forbedres med omtrent 2 til 3 ganger sammenlignet med det opprinnelige materialet. Hardheten øker også betydelig. Dette gjør at glassfiberforsterket PTFE kan fungere pålitelig i mer komplekse arbeidsmiljøer innen mekanisk produksjon og luftfart, for eksempel i mekaniske tetninger og lagerkomponenter, noe som effektivt reduserer feil forårsaket av utilstrekkelig materialstyrke.
2. Optimalisert termisk ytelse
Selv om ren PTFE yter godt i høy og lav temperaturbestandighet, og er i stand til langvarig bruk mellom -196 °C og 260 °C, er dimensjonsstabiliteten dårlig ved høye temperaturer, der den er utsatt for termisk deformasjon. Tilsetning av glassfibre løser effektivt dette problemet ved å øke materialets varmeavbøyningstemperatur (HDT) og dimensjonsstabilitet. Glassfibre har i seg selv høy varmebestandighet og stivhet. I miljøer med høy temperatur begrenser de bevegelsen av PTFE-molekylkjeder, og dermed demper termisk ekspansjon og deformasjon av materialet. Med et optimalt glassfiberinnhold kan varmeavbøyningstemperaturen til glassfiberforsterket PTFE økes med mer enn 50 °C. Den opprettholder stabil form og dimensjonsnøyaktighet under driftsforhold ved høy temperatur, noe som gjør den egnet for applikasjoner med høye krav til termisk stabilitet, for eksempel rørledninger ved høy temperatur og tetningspakninger ved høy temperatur.
3. Redusert tendens til kaldstrømning
Kaldflyt (eller kryp) er et bemerkelsesverdig problem med ren PTFE. Det refererer til den langsomme plastiske deformasjonen som oppstår under konstant belastning over tid, selv ved relativt lave temperaturer. Denne egenskapen begrenser bruken av ren PTFE i applikasjoner som krever langvarig form- og dimensjonsstabilitet. Innlemmelsen av glassfibre hemmer effektivt kaldflytfenomenet til PTFE. Fibrene fungerer som et støttende skjelett i PTFE-matrisen, og hindrer glidning og omorganisering av PTFE-molekylkjeder. Eksperimentelle data viser at kaldflythastigheten til glassfiberforsterket PTFE reduseres med 70 % til 80 % sammenlignet med ren PTFE, noe som forbedrer materialets dimensjonsstabilitet betydelig under langvarig belastning. Dette gjør det egnet for produksjon av mekaniske deler og strukturelle komponenter med høy presisjon.
4. Forbedret slitestyrke
Den lave friksjonskoeffisienten til ren PTFE er en av fordelene, men den bidrar også til den dårlige slitestyrken, noe som gjør den utsatt for slitasje og overføring under friksjonsprosesser. Glassfiberforsterket PTFE forbedrer overflatehardheten og slitestyrken til materialet gjennom fibrenes forsterkende effekt. Hardheten til glassfiber er mye høyere enn PTFE, noe som gjør at den effektivt kan motstå slitasje under friksjon. Den endrer også materialets friksjons- og slitasjemekanisme, noe som reduserer klebende slitasje og slipende slitasje på PTFE. Videre kan glassfibre danne ørsmå fremspring på friksjonsoverflaten, noe som gir en viss antifriksjonseffekt og reduserer svingninger i friksjonskoeffisienten. I praktiske anvendelser, når den brukes som materiale for friksjonskomponenter som glidelagre og stempelringer, forlenges levetiden til glassfiberforsterket PTFE betydelig, potensielt flere ganger eller til og med dusinvis av ganger sammenlignet med ren PTFE. Studier har vist at slitestyrken til PTFE-kompositter fylt med glassfiber kan forbedres nesten 500 ganger sammenlignet med ufylte PTFE-materialer, og den begrensende PV-verdien økes omtrent 10 ganger.
5. Forbedret varmeledningsevne
Ren PTFE har lav varmeledningsevne, noe som ikke bidrar til varmeoverføring og gir begrensninger i applikasjoner med høye krav til varmespredning. Glassfiber har relativt høy varmeledningsevne, og tilsetning av glassfiber til PTFE kan til en viss grad forbedre materialets varmeledningsevne. Selv om tilsetning av glassfiber ikke øker varmeledningskoeffisienten til PTFE drastisk, kan det danne varmeledningsbaner i materialet, noe som akselererer hastigheten på varmeoverføringen. Dette gir glassfiberforsterket PTFE et bedre anvendelsespotensial innen elektroniske og elektriske felt, for eksempel i termiske puter og kretskortsubstrater, noe som bidrar til å løse varmeakkumuleringsproblemene forbundet med den dårlige varmeledningsevnen til ren PTFE. Den forbedrede varmeledningsevnen bidrar også til å spre friksjonsvarme i applikasjoner som lagre, noe som bidrar til bedre ytelse.
Bruksområde: Dette komposittmaterialet er mye brukt i industrielle tetninger, høybelastede lagre/foringer, halvlederutstyr og diverse slitesterke konstruksjonsdeler i kjemisk industri. Innen elektronikkfeltet brukes det til produksjon av isolerende pakninger for elektroniske komponenter, isolasjon for kretskort og diverse beskyttende tetninger. Funksjonaliteten utvides ytterligere til luftfartssektoren for fleksible varmeisolasjonslag.
Merknad om begrensninger: Selv om glassfiber forbedrer mange egenskaper betydelig, er det viktig å merke seg at etter hvert som glassfiberinnholdet øker, kan strekkfastheten, forlengelsen og seigheten til kompositten reduseres, og friksjonskoeffisienten kan gradvis øke. Videre er glassfiber- og PTFE-kompositter ikke egnet for bruk i alkaliske medier. Derfor er formuleringen, inkludert prosentandelen glassfiber (vanligvis 15–25 %) og potensiell kombinasjon med andre fyllstoffer som grafitt eller MoS2, skreddersydd for å møte spesifikke brukskrav.
Publiseringstid: 05. des. 2025