Die gängigsten Füllstoffe für PTFE-Kugeln sind Glas, Kohlenstoff, Graphit und Bronze. Spezialisiertere Füllstoffe wie Molybdändisulfid (MoS₂) und Polyamid werden ebenfalls verwendet, um spezifische Leistungseigenschaften zu erzielen, während einfache Farbpigmente zur Identifizierung hinzugefügt werden können. Diese Zusätze werden mit dem Basis-PTFE-Harz vermischt, um dessen mechanische Eigenschaften zu verbessern.
Der Hauptgrund für die Zugabe von Füllstoffen zu PTFE ist die Überwindung seiner inhärenten Schwächen – nämlich die geringe Verschleißfestigkeit und die Verformung unter Last (Kriechen). Während reines PTFE eine außergewöhnliche chemische Beständigkeit und geringe Reibung bietet, sind Füllstoffe erforderlich, um seine Festigkeit, Haltbarkeit und Wärmeleitfähigkeit für anspruchsvolle mechanische Anwendungen zu verbessern.
Warum reines PTFE Verstärkung benötigt
Die Stärken von reinem PTFE
Reines PTFE ist ein bemerkenswertes Material, das für seine nahezu universelle chemische Verträglichkeit bekannt ist. Es ist beständig gegen fast alle Industriechemikalien, Säuren und Lösungsmittel.
Es weist auch einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten auf, was es zu einem der rutschigsten bekannten Materialien macht. Dies ist ideal für Anwendungen, bei denen glatte, antihaftbeschichtete Oberflächen erforderlich sind.
Die Schwächen, die Füllstoffe beheben
Der Hauptnachteil von reinem PTFE ist seine Weichheit. Es weist eine schlechte Verschleißfestigkeit auf und ist anfällig für Abrieb, insbesondere bei dynamischen Anwendungen wie Lagern oder Dichtungen.
Es neigt außerdem zum Kriechen, d. h. zur Verformung unter anhaltender Last. Im Laufe der Zeit kann sich eine reine PTFE-Kugel in einem Ventilsitz beispielsweise langsam verformen und die Dichtung beeinträchtigen. Schließlich ist seine Wärmeleitfähigkeit schlecht, was bedeutet, dass es Wärme nicht gut abführt.
Eine Aufschlüsselung gängiger PTFE-Füllstoffe
Glas
Glasfaser ist einer der häufigsten und kostengünstigsten Füllstoffe. Sie erhöht die Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit im Vergleich zu reinem PTFE erheblich.
Es ist eine ausgezeichnete Wahl für allgemeine Anwendungen mit Wasser, Dampf und Chemikalien, bei denen eine verbesserte Haltbarkeit erforderlich ist.
Kohlenstoff und Graphit
Kohlenstoff wird oft hinzugefügt, um die Druckfestigkeit und Härte zu erhöhen. Er bietet eine gute Verschleißfestigkeit und verbesserte Wärmeleitfähigkeit.
Graphit wird häufig mit Kohlenstoff vermischt. Sein Hauptvorteil ist die Reduzierung des Reibungskoeffizienten, da es als Selbstschmiermittel für das Material wirkt. Eine Kohlenstoff-/Graphitmischung ist ausgezeichnet für schnelle, dynamische Anwendungen.
Bronze
Bronzepulver bietet unter den gängigen Füllstoffen die beste Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Druckfestigkeit. Es erhöht auch die Wärmeleitfähigkeit drastisch und hilft, Wärme in Hochgeschwindigkeitsanwendungen abzuführen.
Bronze ist jedoch ein metallischer Füllstoff und reduziert die chemische Beständigkeit des Materials erheblich, wodurch es für korrosive Umgebungen ungeeignet ist.
Molybdändisulfid (MoS₂)
Oft in Kombination mit anderen Füllstoffen wie Glas oder Bronze verwendet, verbessert Molybdändisulfid (MoS₂) die Schmierfähigkeit. Es senkt den Reibungskoeffizienten und erhöht gleichzeitig die Härte und Verschleißfestigkeit des Materials.
Dieser Füllstoff ist besonders nützlich für dynamische Dichtungen und Anwendungen, die eine reibungslose, konsistente Bewegung erfordern.
Polyamid
Polyamid ist ein synthetischer Polymerfüllstoff, der einen sehr geringen Reibungskoeffizienten aufweist, insbesondere gegenüber Oberflächen wie Edelstahl, Messing und Aluminium.
Es ist ideal für ungeschmierte, Trockenlauf- oder Stop-and-Go-Anwendungen, bei denen es den Verschleiß sowohl der Kugel als auch der Gegenfläche minimiert.
Die Abwägungen verstehen
Verzicht auf chemische Inertheit
Der Haupthandelskompromiss ist die chemische Beständigkeit. Während reines PTFE nahezu inert ist, sind Füllstoffe es nicht.
Füllstoffe wie Bronze werden leicht von Säuren und korrosiven Chemikalien angegriffen, wodurch einer der Hauptvorteile von PTFE vollständig aufgehoben wird. Glasgefülltes PTFE weist ebenfalls eine verringerte Beständigkeit gegen bestimmte starke Säuren und Basen auf.
Erhöhte Abrasivität
Harte Füllstoffe wie Glas können gegenüber weicheren Gegenflächen abrasiv wirken. Eine glasgefüllte PTFE-Kugel kann zu vorzeitigem Verschleiß an einem Ventilsitz aus einem weicheren Kunststoff oder bestimmten Metallen führen.
Aus diesem Grund werden Füllstoffe wie Polyamid oder Graphit für Anwendungen gewählt, bei denen empfindliche oder weichere Gegenflächen beteiligt sind.
Den richtigen Füllstoff für Ihre Anwendung auswählen
Die Wahl des richtigen Materials hängt vollständig von den betrieblichen Anforderungen Ihres Systems ab.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf maximaler chemischer Beständigkeit liegt: Reines PTFE ist die einzig geeignete Wahl.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf allgemeiner Verschleißfestigkeit und Festigkeit liegt: Glasgefülltes PTFE bietet eine ausgewogene und kostengünstige Leistungssteigerung.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Wärmeleitfähigkeit und Kriechfestigkeit liegt: Bronzegefülltes PTFE ist hervorragend geeignet, vorausgesetzt, die Umgebung ist nicht chemisch aggressiv.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf geringer Reibung unter Trocken- oder Hochgeschwindigkeitsbedingungen liegt: Ein mit Kohlenstoff/Graphit, Molybdändisulfid oder Polyamid gefülltes PTFE bietet die besten selbstschmierenden Eigenschaften.
Letztendlich ist die Anpassung der spezifischen Vorteile des Füllstoffs an die einzigartigen Herausforderungen Ihrer Anwendung der Schlüssel zum technischen Erfolg.
Zusammenfassungstabelle:
| Füllstofftyp | Wesentliche Vorteile | Ideale Anwendungen |
|---|---|---|
| Glas | Erhöht Druckfestigkeit & Verschleißfestigkeit | Allgemeine Anwendungen, Wasser, Dampf, chemische Anwendungen |
| Kohlenstoff/Graphit | Verbessert Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Selbstschmierung | Hochgeschwindigkeits-, dynamische Anwendungen |
| Bronze | Beste Verschleißfestigkeit, Druckfestigkeit und Wärmeableitung | Nicht korrosive Umgebungen mit hoher Last |
| Molybdändisulfid (MoS₂) | Verbessert Schmierfähigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit | Dynamische Dichtungen, Anwendungen mit sanfter Bewegung |
| Polyamid | Geringe Reibung gegenüber Metallen, ideal für Trockenlauf | Ungeschmierte Stop-and-Go-Anwendungen |
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