PTFE改質コーティングにおける耐摩耗性充填材としての炭化ケイ素（SiC）微粉末
炭化ケイ素微粉末（黒色／緑色のSiC微粉末、例えば10ミクロン、7ミクロン、5ミクロンの超微粉末）は、PTFE改質耐摩耗性充填剤として使用できます。これは、工業用耐摩耗性自己潤滑コーティングの主流となる硬質セラミック充填剤の一つであり、水性／溶剤系PTFE複合コーティングや有機ケイ素-PTFE高温耐摩耗性コーティングに適しています。
I. PTFEコーティングにSiC微粉末を配合する利点
1. 耐摩耗性と耐擦傷性が大幅に向上：純粋なPTFEは柔らかく硬度が非常に低いため、往復摩擦や硬い物体による擦傷によって摩耗したりコーティングから剥離したりしやすい。モース硬度9.2のSiCは、白色コランダムや石英をはるかに凌駕し、コーティング内部に強固な支持骨格を形成する。
– 同じ作業条件下で、コーティングの摩耗が70%～85%削減され、耐用年数が3～5倍に延長されます。
金属部品、砂、プラスチック製スライダーとの長期的な往復摩擦に耐えることができ、過酷な耐摩耗条件下に適しています。
2. PTFEの固有の欠点を克服する
1. 熱伝導率と放熱性の向上、熱摩耗の防止
純粋なPTFEは熱伝導率が極めて低く（0.25 W/m·K）、摩擦熱の蓄積により容易に軟化して破損します。SiCは熱伝導率が優れており、摩擦熱を迅速に放散し、コーティングのPV限界を向上させるため、高速摺動シールやベアリングコーティングに適しています。
3. 低温流動とクリープ抵抗の低減
PTFE分子鎖の滑りを制限することで、コーティングは高温高圧下での変形、膨張、変位が起こりにくくなります。
4. コーティングの密着性と耐衝撃性の向上
硬質の微細粉末が物理的なアンカー構造を形成し、コーティングと金属基材間の密着性を向上させ、衝撃による剥離やひび割れを軽減します。
5. 化学的安定性の適合 PTFE
SiCは酸、アルカリ、溶剤、高温（分解温度 > 1800℃）に耐性があり、PTFEの広い温度範囲での耐腐食性と適合し、酸性、アルカリ性、油性、化学媒体条件下での充填材の腐食による破損を防ぎます。
6．摩擦システムの相乗効果
PTFEは超低摩擦係数の自己潤滑性を提供し、SiCは耐摩耗性骨格を提供する。軟質と硬質の複合材が連続的で安定した転写膜を形成し、その結果、摺動部品の摩耗が軽減され、激しい摩耗変動がなくなる。
II．プロセス選定の重要ポイント（コーティングの場合）
1. 粒子サイズの選択
28μm、20μm、14μm、10μm、7μm、5μmなどの超微細SiC粉末を優先的に使用する。
– 粗粒のSiC（Fシリーズ研磨材）は、コーティング表面の粗さ、接合部品の傷、スプレーガンの詰まりを引き起こしやすい。
– 炭化ケイ素W7-W28の粒子サイズは600-2500メッシュに相当し、PTFEの表面平滑性を損なうことなく、きめ細かく滑らかなコーティングを実現します。
2．推奨添加比率（質量分率）
– 一般的な耐摩耗性コーティング：8%～15%が最適な総合性能と最低の摩耗率を提供します。
– 高負荷、高耐摩耗性が求められる用途では、上限は20%を超えてはなりません。20
%を超えると、主に2つの問題が発生します。
1. PTFE含有量の減少は、非粘着性と自己潤滑性を著しく低下させる。
2. 粉末が多すぎると分散が難しくなり、塗膜の沈殿、スプレーの均一性の低下、塗膜のピンホールや脆化の原因となります。
3. 分散の鍵：シランカップリング剤による改質
SiC粉末は極性の高い表面を持ち、PTFEエマルジョン/シリコーン樹脂に直接添加すると凝集や沈殿が起こりやすい。KH550/KH560/KH570シランを用いて表面改質することで、粉末と有機樹脂およびPTFEとの相溶性が向上し、懸濁安定性が大幅に向上する。
III. アプリケーションシナリオ
1. 工業用耐摩耗性自己潤滑コーティング
油圧バルブのシール面、滑り軸受、ギアの耐摩耗性コーティング、コンベヤローラーの非粘着性耐摩耗層。
2. 離型性耐摩耗性コーティング
ゴムおよびプラスチック射出成形金型、ダイカスト金型、非粘着性と耐侵食性および耐摩耗性を兼ね備えたもの。
3. 高級ノンスティックコーティング：
ベーキングパン、業務用フライパンなど、金属製ヘラによる長期的な傷に強い調理器具。
4. 耐腐食性および耐摩耗性複合コーティング
化学機器、混合シャフト、ポンプライニング、媒体および粒子侵食に対する耐性。
