Polytetrafluoreten (PTFE), känt för sin exceptionella kemiska stabilitet, höga/låga temperaturbeständighet och låga friktionskoefficient, har fått smeknamnet "Plastkungen" och används ofta inom kemisk, mekanisk och elektronisk industri. Ren PTFE har dock inneboende nackdelar såsom låg mekanisk hållfasthet, känslighet för kallflytningsdeformation och dålig värmeledningsförmåga. För att övervinna dessa begränsningar har glasfiberförstärkta PTFE-kompositer utvecklats. Detta material förbättrar avsevärt flera prestandamått samtidigt som det bibehåller PTFE:s överlägsna egenskaper, tack vare glasfibrernas förstärkande effekt.
1. Betydande förbättring av mekaniska egenskaper
Den mycket symmetriska molekylära kedjestrukturen och den höga kristalliniteten hos ren PTFE resulterar i svaga intermolekylära krafter, vilket leder till låg mekanisk hållfasthet och hårdhet. Detta gör den benägen att deformeras under betydande yttre krafter, vilket begränsar dess tillämpningar inom områden som kräver hög hållfasthet. Införandet av glasfibrer ger en betydande förbättring av PTFE:s mekaniska egenskaper. Glasfibrer kännetecknas av sin höga hållfasthet och höga modul. När de är jämnt fördelade i PTFE-matrisen bär de effektivt yttre belastningar, vilket förbättrar kompositens totala mekaniska prestanda. Forskning visar att med tillsats av en lämplig mängd glasfiber kan PTFE:s draghållfasthet ökas med 1 till 2 gånger, och böjhållfastheten blir ännu mer anmärkningsvärd och förbättras med cirka 2 till 3 gånger jämfört med originalmaterialet. Hårdheten ökar också avsevärt. Detta gör att glasfiberförstärkt PTFE kan fungera tillförlitligt i mer komplexa arbetsmiljöer inom mekanisk tillverkning och flygindustrin, såsom i mekaniska tätningar och lagerkomponenter, vilket effektivt minskar fel orsakade av otillräcklig materialhållfasthet.
2. Optimerad termisk prestanda
Även om ren PTFE presterar bra i hög- och lågtemperaturbeständighet, och kan användas under lång tid mellan -196 °C och 260 °C, är dess dimensionsstabilitet dålig vid höga temperaturer, där den är benägen för termisk deformation. Tillsatsen av glasfibrer åtgärdar effektivt detta problem genom att öka materialets värmeavböjningstemperatur (HDT) och dimensionsstabilitet. Glasfibrer i sig har hög värmebeständighet och styvhet. I högtemperaturmiljöer begränsar de rörelsen hos PTFE-molekylkedjor, vilket hämmar materialets termiska expansion och deformation. Med ett optimalt glasfiberinnehåll kan värmeavböjningstemperaturen för glasfiberförstärkt PTFE ökas med mer än 50 °C. Den bibehåller stabil form och dimensionsnoggrannhet under högtemperaturförhållanden, vilket gör den lämplig för applikationer med höga krav på termisk stabilitet, såsom högtemperaturrörledningar och högtemperaturtätningar.
3. Minskad tendens till kallt flöde
Kallflytning (eller krypning) är ett anmärkningsvärt problem med ren PTFE. Det hänvisar till den långsamma plastiska deformationen som sker under konstant belastning över tid, även vid relativt låga temperaturer. Denna egenskap begränsar användningen av ren PTFE i applikationer som kräver långsiktig form- och dimensionsstabilitet. Införandet av glasfibrer hämmar effektivt kallflytningsfenomenet hos PTFE. Fibrerna fungerar som ett stödjande skelett i PTFE-matrisen, vilket hindrar glidning och omorganisering av PTFE-molekylkedjor. Experimentella data visar att kallflytningshastigheten för glasfiberförstärkt PTFE minskas med 70 % till 80 % jämfört med ren PTFE, vilket avsevärt förbättrar materialets dimensionsstabilitet under långvarig belastning. Detta gör det lämpligt för tillverkning av högprecisionsmekaniska delar och strukturella komponenter.
4. Förbättrad slitstyrka
Den låga friktionskoefficienten hos ren PTFE är en av dess fördelar, men den bidrar också till dess dåliga slitstyrka, vilket gör den känslig för slitage och överföring under friktionsprocesser. Glasfiberförstärkt PTFE förbättrar materialets ythårdhet och slitstyrka genom fibrernas förstärkande effekt. Glasfiberns hårdhet är mycket högre än PTFE:s, vilket gör att den effektivt kan motstå slitage under friktion. Den förändrar också materialets friktions- och slitagemekanism, vilket minskar vidhäftnings- och slipförslitning hos PTFE. Dessutom kan glasfibrer bilda små utbuktningar på friktionsytan, vilket ger en viss antifriktionseffekt och minskar fluktuationer i friktionskoefficienten. I praktiska tillämpningar, när den används som material för friktionskomponenter som glidlager och kolvringar, förlängs livslängden för glasfiberförstärkt PTFE avsevärt, potentiellt flera gånger eller till och med dussintals gånger jämfört med ren PTFE. Studier har visat att slitstyrkan hos PTFE-kompositer fyllda med glasfiber kan förbättras nästan 500 gånger jämfört med ofyllda PTFE-material, och det begränsande PV-värdet ökar cirka 10 gånger.
5. Förbättrad värmeledningsförmåga
Ren PTFE har låg värmeledningsförmåga, vilket inte bidrar till värmeöverföring och innebär begränsningar i tillämpningar med höga krav på värmeavledning. Glasfiber har relativt hög värmeledningsförmåga, och dess tillsats till PTFE kan i viss mån förbättra materialets värmeledningsförmåga. Även om tillsatsen av glasfiber inte drastiskt ökar PTFE:s värmeledningskoefficient, kan den bilda värmeledningsvägar i materialet, vilket accelererar värmeöverföringshastigheten. Detta ger glasfiberförstärkt PTFE bättre tillämpningspotential inom elektroniska och elektriska områden, såsom i termiska dynor och kretskortssubstrat, vilket hjälper till att åtgärda de värmeackumuleringsproblem som är förknippade med den dåliga värmeledningsförmågan hos ren PTFE. Den förbättrade värmeledningsförmågan hjälper också till att avleda friktionsvärme i tillämpningar som lager, vilket bidrar till bättre prestanda.
Användningsområde: Detta kompositmaterial används ofta i industriella tätningar, högbelastade lager/bussningar, halvledarutrustning och olika slitstarka konstruktionsdelar inom den kemiska industrin. Inom elektronikområdet används det för tillverkning av isolerande packningar för elektroniska komponenter, isolering för kretskort och olika skyddande tätningar. Dess funktionalitet utvidgas ytterligare till flyg- och rymdsektorn för flexibla värmeisoleringsskikt.
Anmärkning om begränsningar: Även om glasfiber förbättrar många egenskaper avsevärt är det viktigt att notera att allt eftersom glasfiberinnehållet ökar kan kompositens draghållfasthet, töjning och seghet minska, och friktionskoefficienten kan gradvis öka. Dessutom är glasfiber- och PTFE-kompositer inte lämpliga för användning i alkaliska medier. Därför är formuleringen, inklusive andelen glasfiber (vanligtvis 15–25 %) och potentiell kombination med andra fyllmedel som grafit eller MoS2, skräddarsydd för att möta specifika applikationskrav.
Publiceringstid: 5 december 2025