CAT PTFE - 03 - ptfe caricato

PTFE - Sezione tecnica

PTFE caricato

granulare da sospensione

Il PTFE, per le proprietà precedentemente descritte, viene impiegato in un grandissimo numero di applicazioni. Alcune di queste proprietà possono essere migliorate e/o modificate mediante l’aggiunta di opportuni additivi. Il PTFE così additivato è generalmente conosciuto come PTFE caricato. Gli additivi o le cariche maggiormente impiegate sono: fibra di vetro, carbone, bronzo e grafite. Tra gli altri additivi troviamo: il bisolfuro di molibdeno, le polveri metalliche, la ceramica, gli ossidi metallici, polimeri e loro miscele.

L’aggiunta di cariche al PTFE migliora o modifica le proprietà in funzione del tipo e dalla quantità della carica:
aumenta notevolmente la resistenza all’usura
diminuisce le deformazioni sotto carico/permanente (creep)
diminuisce il coefficiente di dilatazione termica
aumenta la conducibilità termica ed elettrica.

Le cariche possono condizionare negativamente trazione, resilienza e permeabilità.

In tabella 2 vengono riportate le caratteristiche principali di manufatti ottenuti da caricati per stampaggio e per estrusione.

Funzioni delle cariche

Fibre di vetro

Il PTFE viene caricato, con fibre di vetro in peso percentuale variabile fra 5 e 40. Il vetro migliora le caratteristiche di usura e, in misura minore, quelle di deformazione sotto carico permanente. Il vetro possiede scarsa resistenza chimica agli alcali e può essere attaccato dall’acido fluoridrico. Aumenta leggermente il coefficiente di attrito, e per questa ragione viene talvolta aggiunta della grafite o bisolfuro di molibdeno che ne compensano gli effetti.

Carbone

Il PTFE viene caricato con carbone in peso percentuale compreso fra 10 e 35 unitamente a piccole percentuali di grafite. Il carbone migliora notevolmente le caratteristiche di usura e di deformazione sotto carico permanente, aumenta la conducibilità termica e lascia praticamente inalterate le caratteristiche di resistenza chimica, eccetto in ambienti altamente ossidanti. Migliora le caratteristiche elettriche.

Bronzo

Il PTFE viene caricato con bronzo in peso percentuale compreso fra 40 e 60. I caricati bronzo possiedono eccellenti caratteristiche fisico meccaniche quali: resistenza all'usura e deformazione sotto carico permanente. Hanno una buona conducibilità termica ed elettrica ma la loro resistenza agli agenti chimici (acidi in particolare) è scarsa.

Grafite

Il PTFE viene caricato con grafite in peso percentuale comprese fra 5 e 15. La grafite mantiene un basso coefficiente di attrito e per questo viene aggiunta ad altri tipi di cariche. Migliora le caratteristiche di deformazione sotto carico permanente e, in misura minore, le caratteristiche di usura. Migliora le caratteristiche di conducibilità termica ed elettrica.

Altre cariche

Il bisolfuro di molibdeno mantiene basso il coefficiente di attrito. Alcune polveri metalliche (acciaio inox), per la loro particolare resistenza chimica, vengono impiegate per caricare il PTFE in sostituzione del bronzo anche se le loro caratteristiche di resistenza all'usura sono inferiori. Gli ossidi metallici, in combinazione con altre cariche, conferiscono migliori caratteristiche di resistenza all'usura.

Proprietà fisico - meccaniche

Usura

Il contatto tra due superfici striscianti, per l'attrito nell'area di contatto, provoca una certa usura che dipende dal carico, dalla velocità, dal tempo e dal tipo e rugosità delle superfici.

Il valore del fattore PV oltre il quale il coefficiente di usura perde il proprio comportamento lineare, assumendo valori considerevoli per cui il sistema passa da condizioni di usura debole a forte, è noto come “PV limite”. Il PV limite e il coefficiente di usura K sono pertanto caratteristici di ogni materiale. In pratica, però, coefficiente di usura e PV limite di uno stesso caricato variano con la natura, la durezza e la finitura superficiale del suo “partner” di contatto, con la presenza o meno di fluidi di raffreddamento e/o lubrificazione.

Deformazione sotto carico e resistenza alla compressione

Il PTFE, come del resto la maggior parte delle materie plastiche, ha una zona elastica molto limitata, dove il rapporto carico/ deformazione è graficamente lineare. Tale rapporto dipende dal tempo di applicazione, dal carico applicato e dalla deformazione che ne consegue. Al cessare del carico si ha solo un parziale ritorno alla forma iniziale (recupero elastico), ciò significa che si ha sempre una deformazione permanente. All'aumentare della temperatura, come facilmente intuibile, si ha un decadimento delle caratteristiche fisico meccaniche; già 100°C esse sono pari al 50% rispetto allo stesso test fatto a 23°C mentre a 200°C sono solo il 10%. Queste considerazioni valgono sia per il PTFE vergine che caricato. Quest'ultimo possiede caratteristiche decisamente superiori, come si può vedere in tabella 2.

Proprietà termiche

La dilatazione termica dei PTFE caricati è generalmente inferiore a quella del PTFE non caricato, pur essendo sempre maggiore nella direzione di stampaggio che non in senso trasversale. La conducibilità termica è superiore a quella del PTFE non caricato in particolare per caricati addizionati con additivi a conducibilità termica elevata. I PTFE caricati risultano pertanto possedere caratteristiche termiche migliori del PTFE non caricato.

Proprietà elettriche

Queste proprietà dipendono in larga misura dalla natura dell’additivo; solo i caricati con vetro mantengono ancora buone caratteristiche dielettriche anche se sostanzialmente differenti da quelle del PTFE non caricato. Cariche tipo carbone e bronzo migliorerebbero le caratteristiche di antistaticità e per tali proprietà i migliori risultati si ottengono con carboni superconduttori.

Tolleranze dimensionali

Le tolleranze riportate nelle tabelle relative ai semilavorati si riferiscono al PTFE vergine. Per i PTFE caricati dovranno essere richieste.

I rilievi devono essere effettuati a 23±2°C.

Tab 2 Proprietà del PTFE caricato

Tutte le caratterizzazioni sono state eseguite a 23°C

(1) Velocità 0,08 m/sec; carico 0,1N/mm2, superficie strisciante acciaio rugosità Ra = 0,5 micron

(2) cm3 x min x 10-8/kg x m x h

In tabella vengono riportati i principali caricati standard. Su richiesta specifica ed in funzione delle caratteristiche applicative necessarie, Gapi rende disponibile una vasta gamma di manufatti caricati con diverse tipologie e % di cariche sia inorganiche che polimeriche.

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