Versterkt PTFE

Glasvezel

PTFE wordt versterkt met glasvezels, waarvan het percentage tussen 5 en 40% bedraagt. De toegevoegde glasvezel verbetert de slijtage-eigenschappen en, in mindere mate, ook de vervormingssterkte onder belasting zonder dat er iets wezenlijks verandert aan de elektrische en chemische eigenschappen. Glas zelf is niet zo goed bestand tegen basen en wordt makkelijk aangetast door fluorwaterstofzuur. De wrijvingscoëfficiënt ligt een beetje hoger en daarom wordt soms grafiet toegevoegd om die nevenwerking te compenseren.

Koolstof

Koolstof wordt aan PTFE toegevoegd in een gewichtspercentage tussen 10 en 35%, samen met een laag percentage grafiet. De koolstof verbetert ook de slijtvastheid en de vervormingssterkte aanzienlijk en laat de chemische weerstand vrijwel onveranderd, maar wijzigt de elektrische eigenschappen wel aanzienlijk.

Brons

Wanneer brons als vulstof gebruikt wordt, wordt het toegevoegd in gewichtspercentages tussen 40 en 60%. Met brons gevuld PTFE bezit de beste slijtage-eigenschappen, opmerkelijke vervormingssterktes en een goed warmtegeleidingsvermogen, maar wel slechte elektrische eigenschappen en chemische weerstand.

Grafiet

De gehanteerde percentages liggen tussen 5 en 15%. Grafiet verlaagt de wrijvingscoëfficiënt en wordt daarom vaak toegevoegd aan andere types van gevuld PTFE om die eigenschap te verbeteren. Grafiet verbetert de vervorming onder belasting, sterkte en, in mindere mate, de slijtage-eigenschappen.

Andere vulstoffen

Molybdeensulfide is soms beter dan grafiet, ondanks de lagere wrijvingscoëfficiënt. Bepaalde metaalpoeders (roestvrij staal, nikkel, titaan) worden gelet op hun bijzondere bestendigheid tegen chemische agentia soms gebruikt als vulstoffen voor PTFE, hoewel hun slijtvastheid, in vergelijking met brons, lager ligt. De metaaloxiden, die aan andere vulstoffen worden toegevoegd, zorgen voor betere slijtage-eigenschappen.

Slijtage

Het contact tussen twee glijvlakken resulteert vanwege de onvermijdelijke wrijving die in de contactzone gegenereerd wordt in een bepaalde slijtage waarvan de mate afhangt van de belasting, de snelheid en de duur van het glijcontact. Theoretisch bestaat er tussen die parameters en de daaruit voortvloeiende slijtage een verhouding:

R=KPVT

waarbij, uitgedrukt in maateenheden:
R = slijtage in mm

P = specifieke belasting in N/mm² (verwijzend naar het oppervlak - Ø x l - in geval van bussen, nippels, enz.)
V = glijsnelheid in m/sec
T = tijd in uren
K = slijtagefactor in mm³ sec/Nmh

De waarde van de factor PV waarna de slijtagecoëfficiënt zijn lineair gedrag verliest, uitgaande van opmerkelijke waarden waarbij het systeem van lichte- naar sterke-slijtageomstandigheden gaat, wordt de 'PV-limiet' genoemd. Die PV-limiet en de slijtagefactor zijn daarom karakteristieke parameters van elk materiaal. In de praktijk valt echter makkelijk vast te stellen dat de slijtagefactor en de PV-limiet van hetzelfde materiaal met vulstof ook kunnen variëren naar gelang van de aard, de hardheid en de oppervlakafwerking van de andere 'contactpartner', al dan niet in aanwezigheid van koelvloeistoffen en/of smeermiddelen.

Vervorming onder belasting en druksterkte

Net als de meeste andere kunststofmaterialen heeft PTFE geen 'elastische zone' waar de verhouding belasting/vervorming (Young-modulus, elasticiteitsmodulus) een constante waarde heeft. Die verhouding belasting/vervorming hangt af van de toepassingsduur van de belasting en van de daaruit voortvloeiende vervormingen; dat verschijnsel wordt 'kruip' genoemd, en wanneer de belasting verdwijnt, keert de vervorming maar gedeeltelijk terug naar de oorspronkelijke staat ('elastisch herstel'), zodat er altijd sprake is van een 'permanente vervorming'.

Kruip, of kruipvervorming, duidelijk geen lineaire functie van tijd, resulteert na iets meer dan 24 uur in vervormingen die in de meeste gevallen niet in aanmerking genomen worden. Bij een stijgende temperatuur is er een vermindering van de vervorming-onder-belastingeigenschappen en bijgevolg van de druksterkte die al bij 100 °C gelijk is aan de helft van de druksterkte bij
23 °C en die bij 200 °C ongeveer een tiende bedraagt. PTFE en dan vooral gevuld PTFE is hoe dan ook één van de kunststofmaterialen die bij hoge temperaturen optimale vervorming-onder-belastingeigenschappen behoudt. Tot besluit zijn het elastische herstel in ongeveer de helft van de vervormingen onder belasting, en de permanente vervormingen gelijk aan ongeveer 50% van de vervormingen onder belasting. Dat geldt voor zowel gevuld als ongevuld PTFE. De eigenschappen van gevuld PTFE zijn echter onmiskenbaar beter. In feite bedraagt de vervorming onder belasting van de meer gebruikelijke types van gevuld PTFE ongeveer een kwart in vergelijking met die vervorming van de ongevulde PTFE-types, terwijl de druksterkte ongeveer het dubbele bedraagt.

De warmte-uitzetting van gevuld PTFE is doorgaans minder groot dan die van ongevuld PTFE en is altijd groter in de richting van de vorming dan dwars. Het warmtegeleidingsvermogen is groter dan dat van ongevuld PTFE, vooral bij het gebruik van vulstoffen die zelf een groot warmtegeleidingsvermogen hebben. Dat maakt dat gevuld PTFE betere thermische eigenschappen heeft dan ongevulde PTFE-types.

De eigenschappen hangen in grote mate af van de aard van de vulstof. Alleen PTFE dat gevuld is met glasvezel bezit goede diëlektrische eigenschappen, ook al verschillen die van de diëlektrische eigenschappen van ongevuld PTFE. Het volume en de soortelijke oppervlakteweerstand, de diëlektrische constante en de verliesfactor variëren bijvoorbeeld ruim met de variatie van de vochtigheid en frequentie.