PTFE-Compounds erklärt: Welche Wirkung haben Glasfasern, Kohlenstofffasern, Graphit, Bronze und PEEK?

PTFE ist bekannt für seine extrem niedrige Reibung, seine hervorragende chemische Beständigkeit und seine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit über einen breiten Temperaturbereich. Doch Virgin PTFE ist nicht immer die richtige Wahl für ein industrielles Bauteil.

Durch die Zugabe sorgfältig ausgewählter Füllstoffe lassen sich bestimmte Eigenschaften verbessern, beispielsweise Verschleißfestigkeit, Druckfestigkeit, Dimensionsstabilität, thermische Eigenschaften, elektrische Leitfähigkeit und die Beständigkeit gegen Kaltfluss.

Hier kommen PTFE-Compounds besonders zum Tragen.

Bei Acoplastic werden verschiedene Füllstoffe und Additive mit PTFE kombiniert, um Werkstoffe mit Eigenschaften zu entwickeln, die auf anspruchsvolle industrielle Anwendungen abgestimmt sind. Diese Compounds werden für Bauteile wie Lager, Kolbenringe, Dichtungen, Faltenbälge, Führungen und andere präzisionsbearbeitete Komponenten eingesetzt.

Doch was bedeutet es eigentlich, wenn ein PTFE-Compound Glasfasern, Kohlenstoff, Graphit, Bronze, Edelstahl oder PEEK enthält?

Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen PTFE-Compounds unten.

 

Was ist ein PTFE Compound?

Ein PTFE-Compound ist ein Werkstoff auf Basis von Virgin PTFE, dem ein oder mehrere zusätzliche Materialien beigemischt werden, um bestimmte Leistungseigenschaften zu erzielen.

Virgin PTFE bietet bereits eine extrem niedrige Reibung und eine hervorragende chemische Beständigkeit. Bei Anwendungen mit hohen mechanischen Belastungen, Verschleiß, Verformung oder strengen Anforderungen an die Maßhaltigkeit kann das Material jedoch an seine Grenzen stoßen.

Füllstoffe können dazu beitragen, diese Einschränkungen zu reduzieren.

Wichtig ist, dass es nicht das eine PTFE-Compound gibt, das für alle Anwendungen am besten geeignet ist. Die richtige Zusammensetzung hängt von der jeweiligen Anwendung und den Betriebsbedingungen des Bauteils ab. Temperatur, Druck, Gleitgeschwindigkeit, Verschleiß, chemische Einflüsse, Maßanforderungen, elektrische Eigenschaften und das Gegenmaterial können die Auswahl beeinflussen.

 

Virgin PTFE: Wenn das ursprüngliche Material die richtige Wahl ist

Unbehandeltes PTFE enthält keine verstärkenden Füllstoffe und behält die charakteristischen Eigenschaften bei, für die PTFE bekannt ist.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• Äußerst geringe Reibung
• Außergewöhnliche chemische Beständigkeit
• Sehr gute Beständigkeit gegenüber vielen aggressiven Umgebungen
• Großer Einsatztemperaturbereich
• Non-stick-Eigenschaften

Virgin PTFE wird daher häufig gewählt, wenn chemische Beständigkeit und geringe Reibung wichtiger sind als eine mechanische Verstärkung.

Bei Acoplastic wird Virgin PTFE als ACOFLON® 100 angeboten und unter anderem für Komponenten in Maschinen der Pharma- und Lebensmittelproduktion eingesetzt.

Wenn eine Anwendung jedoch mit erheblichen mechanischen Belastungen, Verschleiß oder hohen Anforderungen an die Dimensionsstabilität verbunden ist, kann ein gefülltes oder modifiziertes PTFE-Compound besser geeignet sein.

 

PTFE mit Glasfasern: Verbesserte Verschleiß- und Druckfestigkeit

Glasfasern gehören zu den am häufigsten verwendeten Füllstoffen in PTFE-Compounds.

Durch die Zugabe von Glasfasern können die mechanischen Eigenschaften von PTFE deutlich verbessert werden, insbesondere:

• Verschleißfestigkeit
• Druckfestigkeit
• Beständigkeit gegen Kaltfluss
• Geringere Kriechneigung
• Mechanische Leistungsfähigkeit bei erhöhten Temperaturen

ACOFLON® 105 von Acoplastic enthält 25 % Glasfasern.

Dieser Compound-Typ eignet sich besonders für Bauteile, die mechanischen Belastungen und gleitendem Kontakt ausgesetzt sind. Typische Anwendungen sind Lager, Kolbenringe, Flachdichtungen und Dichtungen.

Glasfasergefülltes PTFE kann daher eine geeignete Wahl sein, wenn Virgin PTFE für die jeweilige Anwendung keine ausreichende mechanische Festigkeit oder Verschleißfestigkeit bietet.

Die genaue Zusammensetzung ist dabei entscheidend. Je nach chemischen und mechanischen Anforderungen des Bauteils können unterschiedliche Glasfasertypen und Formulierungen gewählt werden.

 

PTFE mit Kohlenstofffasern: Kombination aus Verschleißfestigkeit und mechanischer Leistungsfähigkeit 

Kohlenstofffasern können PTFE zugesetzt werden, wenn verbesserte mechanische Eigenschaften und eine höhere Verschleißfestigkeit erforderlich sind.

ACOFLON® 212 CF von Acoplastic enthält beispielsweise 10 % Kohlenstofffasern.

Je nach Zusammensetzung können Kohlenstofffasern zu folgenden Eigenschaften beitragen:

• Verbesserte Verschleißfestigkeit
• Gute Eigenschaften unter Druckbelastung
• Gute Verschleißeigenschaften
• Gute Wärmeleitfähigkeit
• Verbesserte mechanische Leistungsfähigkeit
• Gute chemische Beständigkeit

Kohlenstofffasergefülltes PTFE wird häufig für Anwendungen wie Lager, Kolbenringe, Flachdichtungen und Dichtungen in Betracht gezogen.

Die Unterscheidung zwischen Kohlenstofffasern und anderen kohlenstoffbasierten Füllstoffen ist wichtig. Unterschiedliche Kohlenstoffformen wirken sich unterschiedlich auf den fertigen Compound aus. Deshalb sollte der Füllstoff anhand der tatsächlichen Betriebsbedingungen ausgewählt werden und nicht allein aufgrund der allgemeinen Bezeichnung "kohlenstoffgefülltes PTFE“.

 

PTFE mit Kohlenstoff: Geringe Wärmeausdehnung und elektrische Leitfähigkeit

Kohlenstoff wird in PTFE-Compounds auch in anderen Formen als Kohlenstofffasern eingesetzt.

ACOFLON® 215 von Acoplastic enthält 25 % elektrographitierten Kohlenstoff, auch als E-Carbon oder Soft Carbon bezeichnet.

Diese Formulierung bietet eine andere Kombination von Eigenschaften, darunter:

• Geringe thermische Ausdehnung
• Gute Druckbeständigkeit
• Gute Verschleißfestigkeit
• Reduzierter Kaltfluss
• Bessere Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen
• Elektrische Leitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit kohlenstoffgefüllten PTFE kann besonders nützlich sein, wenn Bauteile antistatische Eigenschaften benötigen oder für Anwendungen mit ATEX-bezogenen Anforderungen vorgesehen sind.

Kohlenstoffgefülltes PTFE kann daher für Anwendungen relevant sein, bei denen sowohl die mechanische Leistungsfähigkeit als auch die elektrischen Eigenschaften berücksichtigt werden müssen.

Typische Anwendungen sind Lager, Kolbenringe, Flachdichtungen und Dichtungen.

 

PTFE mit Graphit: Selbstschmierende Eigenschaften

Graphit ist ein weiterer wichtiger Füllstoff für PTFE-Compounds.

ACOFLON® 305 von Acoplastic enthält 25 % Graphit.

Graphit kann unter anderem folgende Eigenschaften beitragen:

• Die schuppenförmige Struktur unterstützt die Selbstschmierung
• Verringerter Verschleiß
• Ausgezeichnete chemische Beständigkeit
• Geringe Adhäsion
• Geringere Neigung zum Haften im Laufe der Zeit

Graphitgefülltes PTFE eignet sich besonders für feuchte Umgebungen und selbstschmierende Anwendungen.

Es wird auch für Lager, Kolbenringe, Flachdichtungen und Dichtungen eingesetzt.

Dabei ist zu beachten, dass Graphit und Kohlenstoff nicht einfach austauschbar sind, nur weil beide Materialien auf Kohlenstoff basieren. Ihre Struktur und ihr Verhalten in einem PTFE-Compound unterscheiden sich und können daher zu unterschiedlichen Leistungseigenschaften führen.

Die richtige Auswahl sollte deshalb auf den tatsächlichen Anforderungen der Anwendung beruhen.

 

PTFE mit Bronze: Für Anwendungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck

Bronze wird PTFE zugesetzt, wenn verbesserte mechanische und thermische Eigenschaften erforderlich sind.

ACOFLON® 408 von Acoplastic enthält 40 % Bronze.

Die Zugabe von Bronze bietet mehrere wichtige Vorteile:

• Verbesserte mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen
• Erhöhte Wärmeleitfähigkeit
• Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit
• Elektrische Leitfähigkeit

Die erhöhte Wärmeleitfähigkeit kann besonders hilfreich sein, wenn ein Bauteil bei erhöhten Temperaturen und unter Druck betrieben wird.

Bronzegefülltes PTFE wird häufig eingesetzt für:

• Lager
• Kolbenringe
• Dichtungen und Verschlüsse
• Selbstschmierende Komponenten

Wie bei jeder Werkstoffauswahl sollten auch bei bronzegefülltem PTFE die umgebenden Materialien und die Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.

 

PTFE mit Edelstahl: Für anspruchsvollen abrasiven Verschleiß 

Für besonders anspruchsvolle Anwendungen mit abrasivem Verschleiß kann PTFE auch mit Edelstahl gefüllt werden.

ACOFLON® 510 von Acoplastic enthält 50 % Edelstahlpartikel auf Basis von AISI 410L.

Das resultierende Material bietet:

• Verbesserte mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen
• Hohe Wärmeleitfähigkeit
• Äußerst hohe Verschleißfestigkeit
• Niedriger Kältefluss

Edelstahlgefülltes PTFE wird häufig in Betracht gezogen, wenn zwischen gegenüberliegenden Oberflächen erheblicher abrasiver Verschleiß auftritt.

Typische Anwendungen sind Lager, Kolbenringe, Flachdichtungen und Dichtungen.

Der hohe Füllstoffanteil verleiht diesem Compound wesentlich andere mechanische Eigenschaften als Virgin PTFE. Dadurch eignet er sich für Anwendungen, bei denen mechanische Robustheit und Verschleißfestigkeit besonders wichtig sind.

 

PTFE mit PEEK: Kombination aus geringer Reibung und Dimensionsstabilität

PEEK ist ein technischer Hochleistungsthermoplast mit hervorragenden mechanischen und thermischen Eigenschaften.

Wird PEEK mit PTFE kombiniert, kann der resultierende Compound eine vorteilhafte Balance zwischen der geringen Reibung von PTFE und den mechanischen Eigenschaften sowie der Dimensionsstabilität von PEEK bieten.

ACOFLON® 813 von Acoplastic enthält 20 % PEEK.

Das Material bietet:

• Geringe Reibung
• Ausgezeichnete chemische Beständigkeit
• Hervorragende Verschleiß- und Abrasionsbeständigkeit
• Niedriger Kältefluss
• Hohe Dimensionsstabilität
• Gute Zug- und Biegefestigkeit
• Gute Dimensionsstabilität bei erhöhten Temperaturen
• Gute Eigenschaften bei ungeschmierten Anwendungen im Trockenlauf

Diese Kombination macht PTFE mit PEEK für anspruchsvolle Anwendungen interessant, bei denen Virgin PTFE möglicherweise keine ausreichende mechanische Leistungsfähigkeit oder Dimensionsstabilität bietet.

Zu den Anwendungen gehören Maschinen für die Pharma- und Lebensmittelproduktion, Lager, Kolbenringe, Flachdichtungen, Dichtungen und selbstschmierende Komponenten.

 

Welchen PTFE-Compound sollten Sie wählen?

Darauf gibt es keine allgemeingültige Antwort.

Welcher PTFE-Compound am besten geeignet ist, hängt davon ab, welche Aufgabe das Bauteil erfüllen muss.

Als Ausgangspunkt können die benötigten Materialeigenschaften helfen, die Auswahl einzugrenzen:

 

Anforderung	Zu berücksichtigende PTFE-Compound-Variante
Maximale Chemikalienbeständigkeit und sehr geringe Reibung	Unbehandeltes PTFE
Verbesserte Verschleißfestigkeit und Druckfestigkeit	Glasgefülltes PTFE
Verbesserte Verschleißfestigkeit und mechanische Eigenschaften	Kohlefasergefülltes PTFE
Geringe Wärmeausdehnung und elektrische Leitfähigkeit	Kohlenstoffgefülltes PTFE
Selbstschmierende Eigenschaften, insbesondere in feuchten Umgebungen	Graphitgefülltes PTFE
Hochtemperatureigenschaften, Druckbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit	Bronzgefülltes PTFE
Sehr hohe Verschleißfestigkeit und geringer Kaltfluss	Mit Edelstahl gefülltes PTFE
Geringe Reibung in Kombination mit Dimensionsstabilität und mechanischer Festigkeit	PTFE mit PEEK

 

Eine Vergleichstabelle kann eine nützliche Orientierung bieten. Die Werkstoffauswahl sollte jedoch niemals nur auf einer einzigen Eigenschaft beruhen.

Ein Bauteil, das bei hohen Temperaturen arbeitet, kann beispielsweise gleichzeitig Druck, Gleitbewegungen, chemischen Einflüssen und Anforderungen an die Maßtoleranzen ausgesetzt sein. Das Zusammenspiel dieser Faktoren kann darüber entscheiden, welcher Compound geeignet ist.

 

Die Auswahl des PTFE-Compounds sollte bei der Anwendung beginnen

Vor der Auswahl eines PTFE-Compounds sollten die tatsächlichen Betriebsbedingungen definiert werden.

Berücksichtigen Sie:

Temperatur: Welche minimalen und maximalen Betriebstemperaturen treten auf?

Druck: Welchen mechanischen Belastungen und Druckbelastungen ist das Bauteil ausgesetzt?

Bewegung: Gleitet oder rotiert das Bauteil, bewegt es sich hin und her oder bleibt es stationär?

Verschleiß: Ist das Bauteil kontinuierlichem Gleitkontakt oder abrasivem Kontakt ausgesetzt?

Chemische Umgebung: Welche Chemikalien, Lösungsmittel, Gase oder Reinigungsmittel sind vorhanden?

Maßanforderungen: Wie wichtig sind Toleranzen und Dimensionsstabilität?

Elektrische Anforderungen: Muss das Bauteil elektrisch isolierend, leitfähig oder antistatisch sein?

Gegenmaterial: Mit welchem Material kommt das PTFE-Bauteil in Kontakt?

Regulatorische Anforderungen: Muss das Bauteil bestimmte Anforderungen für Lebensmittel, Pharmazeutik, Medizinprodukte oder andere regulierte Anwendungen erfüllen?

Diese Faktoren bieten eine deutlich bessere Grundlage für die Werkstoffauswahl, als einfach den fortschrittlichsten oder teuersten Compound zu wählen.

 

Der richtige PTFE-Compound kann einen entscheidenden Unterschied machen

PTFE ist kein einzelner Werkstoff mit einem unveränderlichen Eigenschaftsprofil.

Durch Modifizierung und die Zugabe sorgfältig ausgewählter Füllstoffe lässt sich PTFE für eine Vielzahl industrieller Anwendungen anpassen.

Von Virgin PTFE für Komponenten mit hohen Anforderungen an die chemische Beständigkeit bis hin zu glasfaser-, kohlenstofffaser-, graphit-, bronze-, edelstahl- oder PEEK-gefüllten Compounds für anspruchsvollere mechanische Anwendungen kann der Werkstoff auf die jeweiligen Betriebsanforderungen abgestimmt werden. Auch weitere Füllstoffe können eingesetzt werden.

Bei Acoplastic entwickeln und liefern wir PTFE-Compounds für anspruchsvolle industrielle Anwendungen. Dabei verfügen wir über mehr als 50 Jahre Erfahrung mit PTFE und anderen Hochleistungskunststoffen..

Wenn Sie unsicher sind, welcher PTFE-Compound für Ihre Anwendung geeignet ist, sollte der Ausgangspunkt nicht unbedingt der Werkstoffname seinEntscheidend sind die Betriebsbedingungen, die Bauteilkonstruktion und die erforderlichen Eigenschaften. Auf dieser Grundlage lässt sich der geeignete Compound bestimmen und bei Bedarf weiter anpassen.

 

Wenn Sie Fragen haben oder weitere Informationen benötigen, können Sie sich gerne an uns wenden..