Politetrafluoroetilena (PTFE), renumită pentru stabilitatea sa chimică excepțională, rezistența la temperaturi ridicate/scăzute și coeficientul de frecare scăzut, și-a câștigat porecla de „Regele plasticului” și este utilizată pe scară largă în industria chimică, mecanică și electronică. Cu toate acestea, PTFE pur are dezavantaje inerente, cum ar fi rezistența mecanică scăzută, susceptibilitatea la deformare prin curgere la rece și conductivitatea termică slabă. Pentru a depăși aceste limitări, au fost dezvoltate compozite PTFE armate cu fibră de sticlă. Acest material îmbunătățește semnificativ mai mulți indicatori de performanță, păstrând în același timp proprietățile superioare ale PTFE, datorită efectului de armare al fibrelor de sticlă.
1. Îmbunătățirea semnificativă a proprietăților mecanice
Structura lanțului molecular extrem de simetrică și cristalinitatea ridicată a PTFE pur au ca rezultat forțe intermoleculare slabe, ceea ce duce la o rezistență mecanică și o duritate scăzute. Acest lucru îl face predispus la deformare sub forțe externe semnificative, limitându-i aplicațiile în domenii care necesită rezistență ridicată. Incorporarea fibrelor de sticlă aduce o îmbunătățire substanțială a proprietăților mecanice ale PTFE. Fibrele de sticlă se caracterizează prin rezistența și modulul lor ridicat. Atunci când sunt dispersate uniform în matricea PTFE, acestea suportă eficient sarcini externe, îmbunătățind performanța mecanică generală a compozitului. Cercetările indică faptul că, prin adăugarea unei cantități adecvate de fibră de sticlă, rezistența la tracțiune a PTFE poate fi crescută de 1 până la 2 ori, iar rezistența la încovoiere devine și mai remarcabilă, îmbunătățindu-se de aproximativ 2 până la 3 ori față de materialul original. Duritatea crește, de asemenea, semnificativ. Acest lucru permite PTFE-ului armat cu fibră de sticlă să funcționeze fiabil în medii de lucru mai complexe în producția mecanică și industria aerospațială, cum ar fi în etanșările mecanice și componentele rulmenților, reducând eficient defecțiunile cauzate de rezistența insuficientă a materialului.
2. Performanță termică optimizată
Deși PTFE pur are performanțe bune la temperaturi ridicate și joase, fiind capabil de utilizare pe termen lung între -196°C și 260°C, stabilitatea sa dimensională este slabă la temperaturi ridicate, unde este predispus la deformare termică. Adăugarea de fibre de sticlă abordează eficient această problemă prin creșterea temperaturii de deviere termică (HDT) și a stabilității dimensionale a materialului. Fibrele de sticlă în sine posedă o rezistență termică și o rigiditate ridicate. În medii cu temperaturi ridicate, acestea restricționează mișcarea lanțurilor moleculare de PTFE, reducând astfel expansiunea termică și deformarea materialului. Cu un conținut optim de fibre de sticlă, temperatura de deviere termică a PTFE armat cu fibre de sticlă poate fi crescută cu peste 50°C. Acesta își menține forma stabilă și precizia dimensională în condiții de funcționare la temperaturi ridicate, ceea ce îl face potrivit pentru aplicații cu cerințe ridicate de stabilitate termică, cum ar fi conductele la temperaturi ridicate și garniturile de etanșare la temperaturi ridicate.
3. Tendință redusă la curgerea la rece
Fluxul la rece (sau fluajul) este o problemă notabilă a PTFE-ului pur. Se referă la deformarea plastică lentă care are loc sub o sarcină constantă în timp, chiar și la temperaturi relativ scăzute. Această caracteristică limitează utilizarea PTFE-ului pur în aplicații care necesită stabilitate pe termen lung a formei și a dimensiunii. Incorporarea fibrelor de sticlă inhibă eficient fenomenul de flux la rece al PTFE-ului. Fibrele acționează ca un schelet de susținere în matricea PTFE, împiedicând alunecarea și rearanjarea lanțurilor moleculare de PTFE. Datele experimentale arată că debitul de flux la rece al PTFE-ului armat cu fibră de sticlă este redus cu 70% până la 80% în comparație cu PTFE-ul pur, sporind semnificativ stabilitatea dimensională a materialului sub sarcină pe termen lung. Acest lucru îl face potrivit pentru fabricarea de piese mecanice de înaltă precizie și componente structurale.
4. Rezistență îmbunătățită la uzură
Coeficientul de frecare scăzut al PTFE pur este unul dintre avantajele sale, dar contribuie și la rezistența sa slabă la uzură, făcându-l susceptibil la uzură și transfer în timpul proceselor de frecare. PTFE armat cu fibră de sticlă îmbunătățește duritatea suprafeței și rezistența la uzură a materialului prin efectul de armare al fibrelor. Duritatea fibrei de sticlă este mult mai mare decât cea a PTFE, permițându-i să reziste eficient la uzură în timpul frecării. De asemenea, modifică mecanismul de frecare și uzură al materialului, reducând uzura adezivă și uzura abrazivă a PTFE. În plus, fibrele de sticlă pot forma proeminențe minuscule pe suprafața de frecare, oferind un anumit efect anti-fricțiune și reducând fluctuațiile coeficientului de frecare. În aplicații practice, atunci când este utilizat ca material pentru componente de frecare, cum ar fi rulmenții glisanți și segmenții de piston, durata de viață a PTFE armat cu fibră de sticlă este semnificativ extinsă, potențial de câteva ori sau chiar de zeci de ori, comparativ cu PTFE pur. Studiile au arătat că rezistența la uzură a compozitelor PTFE umplute cu fibră de sticlă poate fi îmbunătățită de aproape 500 de ori în comparație cu materialele PTFE neumplute, iar valoarea limită PV este crescută de aproximativ 10 ori.
5. Conductivitate termică îmbunătățită
PTFE-ul pur are o conductivitate termică scăzută, ceea ce nu este propice transferului de căldură și prezintă limitări în aplicațiile cu cerințe ridicate de disipare a căldurii. Fibra de sticlă are o conductivitate termică relativ ridicată, iar adăugarea sa la PTFE poate, într-o oarecare măsură, îmbunătăți conductivitatea termică a materialului. Deși adăugarea de fibre de sticlă nu crește drastic coeficientul de conductivitate termică al PTFE-ului, aceasta poate forma căi de conducere a căldurii în interiorul materialului, accelerând viteza de transfer de căldură. Acest lucru conferă PTFE-ului armat cu fibră de sticlă un potențial de aplicare mai bun în domeniile electronic și electric, cum ar fi în plăcuțele termice și substraturile pentru plăci de circuit, contribuind la rezolvarea problemelor de acumulare a căldurii asociate cu conductivitatea termică slabă a PTFE-ului pur. Conductivitatea termică îmbunătățită ajută, de asemenea, la disiparea căldurii prin frecare în aplicații precum rulmenții, contribuind la o performanță mai bună.
Domeniu de aplicare: Acest material compozit este utilizat pe scară largă în etanșări industriale, rulmenți/bucșe pentru sarcini mari, echipamente semiconductoare și diverse piese structurale rezistente la uzură din industria chimică. În domeniul electronicii, este utilizat în fabricarea garniturilor izolatoare pentru componente electronice, a izolației pentru plăci de circuit și a diverselor etanșări de protecție. Funcționalitatea sa este extinsă în continuare în sectorul aerospațial pentru straturi flexibile de izolație termică.
Notă privind limitările: Deși fibra de sticlă îmbunătățește semnificativ multe proprietăți, este important de reținut că, pe măsură ce conținutul de fibră de sticlă crește, rezistența la tracțiune, alungirea și tenacitatea compozitului pot scădea, iar coeficientul de frecare poate crește treptat. În plus, compozitele din fibră de sticlă și PTFE nu sunt potrivite pentru utilizarea în medii alcaline. Prin urmare, formularea, inclusiv procentul de fibră de sticlă (de obicei 15-25%) și potențiala combinație cu alte materiale de umplutură precum grafitul sau MoS2, este adaptată pentru a îndeplini cerințele specifice ale aplicației.
Data publicării: 05 dec. 2025