Політетрафторетилен (ПТФЕ), відомий своєю винятковою хімічною стабільністю, стійкістю до високих/низьких температур і низьким коефіцієнтом тертя, отримав прізвисько «Король пластику» і широко використовується в хімічній, машинобудівній та електронній промисловості. Однак чистий ПТФЕ має притаманні недоліки, такі як низька механічна міцність, схильність до деформації в холодному стані та погана теплопровідність. Для подолання цих обмежень були розроблені композити з ПТФЕ, армовані скловолокном. Цей матеріал значно покращує численні показники продуктивності, зберігаючи при цьому чудові властивості ПТФЕ завдяки армуючому ефекту скловолокна.
1. Значне покращення механічних властивостей
Високосиметрична молекулярна ланцюгова структура та висока кристалічність чистого ПТФЕ призводять до слабких міжмолекулярних сил, що призводить до низької механічної міцності та твердості. Це робить його схильним до деформації під дією значних зовнішніх сил, обмежуючи його застосування в галузях, що вимагають високої міцності. Включення скловолокна суттєво покращує механічні властивості ПТФЕ. Скловолокно характеризується високою міцністю та високим модулем пружності. При рівномірному розподілі в матриці ПТФЕ вони ефективно витримують зовнішні навантаження, покращуючи загальні механічні характеристики композиту. Дослідження показують, що з додаванням відповідної кількості скловолокна міцність ПТФЕ на розтяг може бути збільшена в 1-2 рази, а міцність на вигин стає ще більш помітною, покращуючись приблизно в 2-3 рази порівняно з вихідним матеріалом. Твердість також значно зростає. Це дозволяє ПТФЕ, армованому скловолокном, надійно працювати в більш складних робочих середовищах у машинобудуванні та аерокосмічній галузі, таких як механічні ущільнення та компоненти підшипників, ефективно зменшуючи відмови, спричинені недостатньою міцністю матеріалу.
2. Оптимізовані теплові характеристики
Хоча чистий PTFE добре зарекомендував себе при високих та низьких температурах, здатний до тривалого використання від -196°C до 260°C, його розмірна стабільність низька за високих температур, де він схильний до термічної деформації. Додавання скловолокна ефективно вирішує цю проблему, підвищуючи температуру теплового прогину (HDT) матеріалу та розмірну стабільність. Скловолокно само по собі має високу термостійкість та жорсткість. У високотемпературних середовищах вони обмежують рух молекулярних ланцюгів PTFE, тим самим стримуючи теплове розширення та деформацію матеріалу. Завдяки оптимальному вмісту скловолокна, температура теплового прогину PTFE, армованого скловолокном, може бути збільшена більш ніж на 50°C. Він зберігає стабільну форму та точність розмірів за високотемпературних робочих умов, що робить його придатним для застосувань з високими вимогами до термічної стабільності, таких як високотемпературні трубопроводи та високотемпературні ущільнювальні прокладки.
3. Зменшення схильності до холодного потоку
Холодна текучість (або повзучість) є помітною проблемою чистого PTFE. Це стосується повільної пластичної деформації, яка відбувається під постійним навантаженням з часом, навіть за відносно низьких температур. Ця характеристика обмежує використання чистого PTFE в застосуваннях, що вимагають тривалої стабільності форми та розмірів. Включення скловолокна ефективно пригнічує явище холодної текучості PTFE. Волокна діють як опорний скелет у матриці PTFE, перешкоджаючи ковзанню та перебудові молекулярних ланцюгів PTFE. Експериментальні дані показують, що швидкість холодної текучості PTFE, армованого скловолокном, знижується на 70-80% порівняно з чистим PTFE, що значно підвищує стабільність розмірів матеріалу під тривалим навантаженням. Це робить його придатним для виготовлення високоточних механічних деталей та конструкційних компонентів.
4. Покращена зносостійкість
Низький коефіцієнт тертя чистого ПТФЕ є однією з його переваг, але він також сприяє його низькій зносостійкості, роблячи його схильним до зношування та перенесення в процесах тертя. ПТФЕ, армований скловолокном, покращує твердість поверхні та зносостійкість матеріалу завдяки армуючому ефекту волокон. Твердість скловолокна значно вища, ніж у ПТФЕ, що дозволяє йому ефективно протистояти зношуванню під час тертя. Це також змінює механізм тертя та зношування матеріалу, зменшуючи адгезійний та абразивний знос ПТФЕ. Крім того, скловолокно може утворювати дрібні виступи на поверхні тертя, забезпечуючи певний антифрикційний ефект та зменшуючи коливання коефіцієнта тертя. У практичному застосуванні, при використанні як матеріалу для компонентів тертя, таких як підшипники ковзання та поршневі кільця, термін служби ПТФЕ, армованого скловолокном, значно збільшується, потенційно в кілька разів або навіть десятки разів порівняно з чистим ПТФЕ. Дослідження показали, що зносостійкість ПТФЕ-композитів, наповнених скловолокном, може бути покращена майже в 500 разів порівняно з ненаповненими ПТФЕ-матеріалами, а граничне значення PV збільшується приблизно в 10 разів.
5. Підвищена теплопровідність
Чистий PTFE має низьку теплопровідність, що не сприяє теплопередачі та створює обмеження в застосуваннях з високими вимогами до тепловіддачі. Скловолокно має відносно високу теплопровідність, і його додавання до PTFE може певною мірою покращити теплопровідність матеріалу. Хоча додавання скловолокна не збільшує суттєво коефіцієнт теплопровідності PTFE, воно може утворювати шляхи теплопровідності всередині матеріалу, прискорюючи швидкість теплопередачі. Це надає PTFE, армованому скловолокном, кращий потенціал застосування в електроніці та електричній галузі, наприклад, у термопрокладках та підкладках друкованих плат, допомагаючи вирішити проблеми накопичення тепла, пов'язані з низькою теплопровідністю чистого PTFE. Покращена теплопровідність також допомагає розсіювати тепло тертя в таких пристроях, як підшипники, сприяючи кращій продуктивності.
Сфера застосування: Цей композитний матеріал широко використовується в промислових ущільненнях, високонавантажених підшипниках/втулках, напівпровідниковому обладнанні та різних зносостійких конструкційних деталях у хімічній промисловості. В галузі електроніки він використовується для виробництва ізоляційних прокладок для електронних компонентів, ізоляції для друкованих плат та різних захисних ущільнень. Його функціональність також поширюється на аерокосмічний сектор для створення гнучких теплоізоляційних шарів.
Примітка щодо обмежень: Хоча скловолокно значно покращує багато властивостей, важливо зазначити, що зі збільшенням вмісту скловолокна міцність на розтяг, видовження та в'язкість композиту можуть зменшуватися, а коефіцієнт тертя може поступово збільшуватися. Крім того, композити зі скловолокна та PTFE не підходять для використання в лужних середовищах. Тому рецептура, включаючи відсоток скловолокна (зазвичай 15-25%) та потенційну комбінацію з іншими наповнювачами, такими як графіт або MoS2, адаптована до конкретних вимог застосування.
Час публікації: 05 грудня 2025 р.