简单来说，蠕变是固体材料在持续负载或应力作用下，随时间发生永久变形的趋势。 对于聚四氟乙烯 (PTFE)，这意味着即使在远低于其断裂点的稳定力下，像密封圈或垫圈这样的部件也会缓慢扁平化或改变形状。这个效应在温度升高时会显著加速。
PTFE 的核心问题在于，其优异的低摩擦和耐化学性所依赖的分子结构，缺乏从持续压力中恢复的“记忆力”。为了在承载应用中实现机械稳定性，您必须使用填充级的 PTFE 或结构增强的设计。
PTFE 蠕变的基本原因
缺乏“材料记忆”
与具有交联聚合物链并在压缩后会弹回的橡胶等弹性体不同，PTFE 的分子结构不同。其长聚合物链之间没有化学键合。
在持续压力下，这些链可以缓慢且永久地相互滑动。这种分子滑动是蠕变的物理机制。由于没有交联将链拉回其原始位置，因此变形是永久性的。
温度和压力的影响
热量为聚合物链提供了能量，使它们更容易移动和滑动。因此，即使压力保持不变，随着温度升高，PTFE 的蠕变也会变得更加明显。
恒定压力提供了驱动这种随时间推移的缓慢变形的稳定外力。
PTFE 蠕变的实际后果
密封力损失
这是垫圈和密封应用中最常见的失效模式。压缩在两个法兰之间的 PTFE 垫圈会随着时间发生蠕变，导致其厚度和压缩密封力减小。这最终可能导致泄漏。
尺寸不稳定性
对于轴承、衬套或绝缘体等精密部件，蠕变会导致关键公差的损失。这种尺寸变化会对整个组件的性能和可靠性产生负面影响。
螺栓载荷松弛
当 PTFE 垫圈用于螺栓连接中时，其蠕变倾向会导致垫圈变薄。这会降低螺栓的张力，可能导致整个连接随着时间推移而松动。
减轻 PTFE 蠕变的策略
引入填料
为了对抗蠕变，制造商将原生 PTFE 与各种增强填料混合。这些填料形成一个刚性的内部基体，物理上阻碍了 PTFE 聚合物链的运动。
常见的填料包括玻璃、青铜、石墨、不锈钢和二硫化钼。除了减少蠕变外，每种填料都能提供不同的性能平衡，例如提高耐磨性或导热性。
结构增强
对于极高负载的应用，最佳解决方案通常是结构增强。一个常见的例子是金属背衬 PTFE 垫圈。
在这种设计中，坚固的金属垫圈提供结构完整性和承载能力，而薄薄的一层 PTFE 表面则提供所需的低摩擦或耐化学腐蚀界面。
理解权衡
填料的缺点
虽然填料显著提高了抗蠕变性，但它们并非万能的解决方案。它们引入了必须考虑的关键权衡。
- 磨损性： 玻璃和青铜填料可能对较软的配合表面（如铝或其他塑料）具有磨损性。
- 污染： 石墨或 MoS2 可能会脱落颗粒，使其不适用于食品加工或半导体制造等洁净环境。
- 改变的电气性能： 石墨、碳或青铜等填料是导电的，会严重损害 PTFE 优异的介电强度，使其无法用作电绝缘体。
原生 PTFE 的局限性
原生 PTFE 在纯度、化学惰性和电绝缘性能方面仍然是最佳选择。然而，它只应用于持续的、可预测的压缩载荷较低的应用中。
为您的应用做出正确的选择
- 如果您的主要关注点是纯度和耐化学性： 使用原生 PTFE，但仅限于机械载荷最小的应用。
- 如果您的主要关注点是机械稳定性和耐磨性： 选择填充 PTFE，如玻璃或青铜填充，但要确保它不会磨损您的配合部件。
- 如果您的主要关注点是防止高负载接头中的螺栓松动： 金属背衬 PTFE 垫圈是保持夹紧力的最可靠选择。
- 如果您的主要关注点是高性能电绝缘： 您必须使用原生 PTFE，因为几乎所有常见的填料都会损害其介电性能。
通过了解 PTFE 结构与其蠕变倾向之间的关系，您可以选择精确的材料等级，以确保您设计的长期可靠性。
摘要表：
| 应用目标 | 推荐的 PTFE 等级 | 关键优势 |
|---|---|---|
| 纯度和耐化学性 | 原生 PTFE | 无与伦比的惰性，适用于低负载应用 |
| 机械稳定性和耐磨性 | 填充 PTFE（例如玻璃、青铜） | 蠕变显著降低，适用于密封件和轴承 |
| 高负载螺栓连接 | 金属背衬 PTFE 垫圈 | 保持夹紧力，防止松动 |
| 电绝缘 | 原生 PTFE | 保持优异的介电性能 |
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