PTFE-Füllstoffe und -Additive – Übersicht

PTFE-Füllstoffe und -Additive – Übersicht

PTFE-Füllstoffe wirken nicht wie Elastomerfüllstoffe, die sich chemisch an das Elastomer binden. Bei Polytetrafluorethylen werden die Füllstoffe mit hohem Schermodul durch das PTFE mit niedrigem Schermodul eingekapselt und gebunden.

Hier eine Übersicht über PTFE-Füllstoffe:

Glas ist der häufigste Füllstoff für PTFE. Glas wird häufig in hydraulischen Kolbenringen verwendet und bietet eine gute Verschleißfestigkeit, geringes Kriechen und eine gute Druckfestigkeit. Glas weist außerdem eine ausgezeichnete chemische Verträglichkeit auf. Der größte Nachteil besteht darin, dass glasfaserverstärkte PTFE-Compounds insbesondere bei Rotationsanwendungen abrasiv auf die Passflächen wirken.

Molybdändisulfid (MoS2) verbessert die Verschleißfestigkeit und senkt den Reibungskoeffizienten weiter. „Moly“ wird typischerweise mit anderen Füllstoffen (wie Glas und Bronze) kombiniert.

Kohlenstoff (Pulver oder Faser) verleiht hervorragende Kompression (geringe Verformung unter Last) und Verschleißfestigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit (Wärmeableitung) und geringe Permeabilität. Kohlenstoffgefüllte PTFE-Compounds sind nicht so abrasiv wie glasgefüllte Compounds, aber dennoch abrasiver als polymergefüllte Compounds. Kohlenstoffgefüllte Verbindungen weisen in Kombination mit Graphit hervorragende Verschleiß- und Reibungseigenschaften auf. Kohlefaser verleiht eine bessere Kriechfestigkeit als Kohlepulver, aber Faser ist teurer.

Graphit ist eine Kristallmodifikation von hochreinem Kohlenstoff. Seine flockige Struktur sorgt für hervorragende Schmierfähigkeit und verringerten Verschleiß. Graphit wird häufig mit anderen Füllstoffen (insbesondere Kohlenstoff und Glas) kombiniert.

Bronze (eine Kupfer-Zinn-Legierung) verleiht hervorragende Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Mit Bronze gefüllte Materialien haben eine höhere Reibung als andere gefüllte PTFE-Verbindungen, dies kann jedoch durch die Zugabe von Molybdän oder Graphit verbessert werden. Bei Lager- und Kolbenringanwendungen werden häufig Verbindungen verwendet, die 55 % Bronze und 5 % Molybdän enthalten. Mit Bronze gefüllte Verbindungen weisen eine schlechtere chemische Beständigkeit auf als andere PTFE-Verbindungen.

Edelstahl bietet eine hohe Verschleißfestigkeit und Tragfähigkeit sowie eine bessere chemische Beständigkeit als bronzegefülltes PTFE. Edelstahl eignet sich besonders gut für den Dampfbetrieb.

Wollastonit (Kalziumsilikat) ist ein mineralischer Füllstoff mit glasähnlichen Eigenschaften (abzüglich der Abrasivität). Die FDA hat es für den Lebensmittelservice zugelassen.

PPS (Polyphenylensulfid, Handelsname Ryton®) war das erste Polymermaterial, das zur Verbesserung der Verschleiß- und Abriebeigenschaften von PTFE eingesetzt wurde. PPS-gefüllte Compounds weisen außerdem eine hervorragende Verformungs- und Extrusionsbeständigkeit auf und eignen sich daher gut für den Einsatz in Stützringen.

Ekonol® ist ein thermisch stabiler aromatischer Polyester. Wenn es mit PTFE gemischt wird, entsteht ein Verbundwerkstoff mit ausgezeichneter Hochtemperatur- und Verschleißfestigkeit. Ekonol® verschleißt keine Metalloberflächen und eignet sich daher gut für Rotationsanwendungen. Mit Ekonol® gefüllte Materialien eignen sich auch gut für die Gastronomie.

Polyimid ist ein weiterer Polymerfüllstoff mit hervorragender Verschleiß- und Abriebfestigkeit. Mit Polyimid gefüllte PTFE-Compounds haben von allen gefüllten PTFE-Materialien die geringsten Reibungseigenschaften und bieten daher eine hervorragende Leistung bei nicht geschmierten (trockenen) Anwendungen. Sie reiben die Kontaktflächen nicht ab (auch nicht aus weichen Materialien wie Messing, Edelstahl, Aluminium und Kunststoff). Polyimid ist jedoch einer der teuersten PTFE-Füllstoffe.

Zu den weiteren Füllstoffen gehören Calciumfluorid (CaF2) , das speziell im Einsatz mit Flusssäure (HF) verwendet wird, und Aluminiumoxid (Al2O3), das die mechanischen Eigenschaften von Verbindungen für Hochspannungsanwendungen verbessern kann. Mit Aluminiumoxid gefüllte Verbindungen sind sehr abrasiv.