本质上，PTFE中添加填料是为了从根本上增强其机械和热性能。虽然纯PTFE具有极低的摩擦系数和化学惰性，但它也很柔软，在负载下容易变形。填料引入了至关重要的特性，如大大提高的耐磨性、尺寸稳定性和硬度，将PTFE转变为适用于严苛工程应用的坚固复合材料。
虽然纯PTFE提供无与伦比的耐化学性和润滑性，但它缺乏许多机械用途所需的结构完整性。填料充当增强基体，将PTFE从软聚合物转变为高性能工程复合材料，其耐磨性、抗蠕变性和耐热性都得到了显著改善。
为什么纯PTFE需要增强
要理解填料的作用，我们必须首先认识到纯PTFE固有的局限性。
“蠕变”的挑战
纯PTFE表现出较差的抗蠕变性，这意味着当它承受恒定载荷时，会随着时间的推移而发生永久变形，这种现象也称为冷流。这使得它不适合在压力下保持部件的严格公差。
耐磨性差
尽管纯PTFE的摩擦系数很低，但它非常柔软，在动态应用中会很快磨损。它缺乏密封件、轴承或衬套在重复运动中所需的耐磨性。
导热性低
PTFE是一种优良的绝缘体。在运动部件中，这成为一个缺点，因为摩擦热会积聚而不是散发，这会加速磨损并导致部件故障。
填料如何从根本上改变PTFE
填料不仅仅是添加剂；它们创造了一种复合材料，其中填料颗粒在柔软的PTFE基体中提供了结构骨架。
增强耐磨性和抗磨损性
这是最重要的改进。研究表明，填充PTFE的耐磨性可以达到未填充PTFE的1000倍。碳、石墨和青铜等填料提供了更坚硬的表面，能更有效地抵抗磨损。
提高抗蠕变性和稳定性
玻璃纤维等填料在物理上阻止PTFE在负载下变形。这大大增加了材料的尺寸稳定性，并使其可用于高压密封和结构应用。
提高导热性
金属和碳基填料比基础聚合物的导热性强得多。通过添加它们，复合材料的散热能力可以翻倍，防止高速或高负载部件中的热量积聚。
提高硬度和抗压强度
青铜和二硫化钼等填料增加了PTFE的表面硬度和抗压强度。这使得材料能够承受更高的载荷而不会被压碎或挤出。
修改摩擦特性
虽然某些填料会略微增加静摩擦系数，但其他填料如石墨和二硫化钼 (MoS2) 是固体润滑剂。它们创造了一个自润滑表面，可减少磨损并在动态系统中保持低摩擦。
理解权衡
添加填料是一种工程折衷。增强一种性能通常意味着牺牲另一种性能。
化学耐受性受损
主要的权衡是化学惰性的降低。虽然PTFE本身几乎对所有化学品都具有抵抗力，但填料材料可能不具备。例如，玻璃纤维可能会受到氢氟酸和强碱的侵蚀。
对电气性能的影响
纯PTFE是最好的电绝缘体之一。添加碳或石墨等导电填料会改变这一特性，使材料具有半导电性或静电耗散性。
对配合表面的磨损性
较硬的填料，特别是玻璃纤维，可能会磨损铝或黄铜等较软的配合表面。必须同时考虑填充PTFE和对应材料的选择。
为您的应用选择合适的填充PTFE
填料的选择应完全由您应用的主要需求驱动。
- 如果您的主要关注点是静态载荷下的尺寸稳定性： 玻璃纤维填充化合物通常是最有效和经济的选择。
- 如果您的主要关注点是动态应用中的低摩擦耐磨性： 碳-石墨或MoS2填充化合物提供出色的润滑性和耐用性。
- 如果您的主要关注点是高负载环境中的散热： 青铜填充化合物提供卓越的导热性和抗压强度。
- 如果您的主要关注点是保持最大的化学惰性和电绝缘性： 未填充的纯PTFE仍然是更优的选择，前提是其机械限制可以接受。
通过了解这些增强功能及其相关的权衡，您可以选择一种精确符合您工程要求的材料。
总结表：
| 填料类型 | 主要增强性能 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 玻璃纤维 | 尺寸稳定性、抗蠕变性 | 高压密封件、结构件 |
| 碳/石墨 | 耐磨性、润滑性 | 密封件、轴承、衬套 |
| 青铜 | 抗压强度、导热性 | 高负载轴承、热管理部件 |
| 二硫化钼 (MoS2) | 润滑性、耐磨性 | 自润滑组件 |
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