简而言之，向聚四氟乙烯 (PTFE) 中添加填料是为了克服其固有的机械弱点。 虽然原生 PTFE 具有出色的耐化学性和低摩擦性，但它存在抗蠕变性差和耐用性低的问题。填料极大地增强了耐磨性、刚度和尺寸稳定性等性能，使密封件的性能能够满足特定的操作要求。
核心原则是权衡取舍。向 PTFE 中添加填料会将其从一种柔软、低摩擦的材料转变为一种坚固的工程复合材料，但这种机械强度的提高通常是以改变其摩擦系数或化学相容性为代价的。
为什么原生 PTFE 并非总是足够
未填充或“原生”PTFE 是一种卓越的聚合物，但其作为动态密封件的用途受两个主要因素的限制。了解这些限制可以清楚地说明为什么需要填料。
蠕变（冷流）问题
蠕变，也称为冷流，是指固体材料在持续机械应力影响下永久变形的趋势。
原生 PTFE 的抗蠕变性非常低。在压力下，它会缓慢变形并失去原始形状，从而影响其随着时间的推移保持可靠密封的能力。
低耐磨性
PTFE 是一种柔软的材料。在涉及摩擦和运动的动态应用中，它会迅速磨损。这会导致使用寿命短，并可能污染系统。
常见填料及其影响的细分
每种填料材料都会赋予 PTFE 基材一套独特的性能。选择填料是基于应用需求的有意识的工程决策。
玻璃：用于刚度和稳定性
添加玻璃纤维是增强 PTFE 最常见的方法之一。
它显著提高了刚度和硬度，从而极大地提高了密封件在负载下的抗蠕变性和抗变形能力。它还提高了整体耐磨性。
碳和石墨：用于耐磨性和稳定性
碳和石墨是增强动态性能的绝佳选择。
这些填料提供了出色的耐磨性和提高了尺寸稳定性，尤其是在较高温度下。它们还保持了较低的摩擦系数，使其成为高速应用的理想选择。
青铜：用于高负载和导热性
在要求苛刻的高压应用中，会将青铜粉添加到 PTFE 中。
它提供了出色的抗蠕变性和耐磨性。作为一种金属，它还提高了复合材料的导热性，有助于将热量从密封表面散发出去。
二硫化钼 (MoS₂)：一种多功能增强剂
二硫化钼 (MoS₂) 是一种润滑性增强填料，通常与其他材料结合使用。
它提高了耐磨性和表面硬度。MoS₂ 很少单独使用，但在其他填充复合材料中充当协同添加剂。
玻璃-二硫化钼组合
玻璃和 MoS₂ 的混合物通常被认为是理想的通用密封复合材料。
这种混合物提供了玻璃带来的出色刚度和抗蠕变性，以及二硫化钼带来的增强的耐磨性和表面性能，为广泛的应用创造了一种性能均衡的材料。
不可避免的权衡
用填料增强 PTFE 并非没有妥协。在材料选择过程中，必须考虑这些权衡，以避免意外后果。
摩擦力增加
虽然碳和石墨保持低摩擦，但其他填料可能会产生相反的效果。例如，与原生 PTFE 相比，青铜可能会增加摩擦系数。
化学相容性降低
原生 PTFE 以对几乎所有工业化学品具有惰性而闻名。添加填料材料可能会损害这一点。填料本身可能不如 PTFE 基体那样耐腐蚀介质，从而降低密封件的整体化学相容性。
对配合表面的磨损性
硬质填料，特别是玻璃，可能会磨损较软的轴或孔材料。随着时间的推移，如果配合表面的硬度选择不当，玻璃填充密封件可能会磨损配合的硬件。
为您的应用选择正确的填充 PTFE
您的选择必须以您系统中最关键的性能需求为指导。
- 如果您的主要重点是高静态负载下的抗蠕变性： 玻璃填充复合材料是最有效的选择。
- 如果您的主要重点是高速动态密封件的耐磨性： 碳或石墨填充材料提供卓越的耐用性和低摩擦性。
- 如果您的主要重点是通用性能均衡的材料： 玻璃和 MoS₂ 混合物提供了性能的绝佳组合。
- 如果您的主要重点是食品、饮料或医疗应用： 您必须寻找经过特殊配方、获得 FDA 批准的 PTFE 复合材料。
最终，选择正确的填充 PTFE 是将材料的增强性能与操作环境的挑战直接匹配起来。
摘要表：
| 填料材料 | 增强的关键性能 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 玻璃 | 刚度、抗蠕变性、尺寸稳定性 | 高静态负载密封件 |
| 碳/石墨 | 耐磨性、低摩擦、热稳定性 | 高速动态密封件 |
| 青铜 | 高负载能力、导热性、抗蠕变性 | 高压应用 |
| 二硫化钼 (MoS₂) | 耐磨性、表面硬度（常用于混合物中） | 通用密封件（与玻璃一起） |
| 玻璃 + MoS₂ | 均衡的刚度、耐磨性、抗蠕变性 | 多功能、全能的密封解决方案 |
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