Die meisten Suchanfragen zu leitfähigen Silikoneigenschaften liefern immer die gleichen Ergebnisse: “Silikon plus Ruß, leitet Strom”. Das reicht nicht aus, um ein Bauteil zu spezifizieren. Ohne Angaben zum spezifischen Widerstand, Füllstofftyp und zur Härteänderung lassen sich weder Angebote vergleichen noch das Verhalten des Bauteils nach Kompressionszyklen vorhersagen.
Leitfähiges Silikon ist Standard-Silikonkautschuk (PDMS), der mit Ruß, nickelbeschichtetem Graphit oder silberbasierten Füllstoffen versetzt wird, bis ein durchgehender leitfähiger Pfad entsteht. Der spezifische Volumenwiderstand reicht von etwa 0,001 Ω·cm (silbergefüllt) bis 10⁸ Ω·cm (antistatische Sorten). Die Beständigkeit gegenüber Hitze, Kälte und Witterungseinflüssen entspricht in etwa der des Basispolymers.
Was macht Silikon leitfähig?
Im Polymer selbst ist nichts enthalten. Basissilikonkautschuk ist ein Isolator mit einem spezifischen Volumenwiderstand von etwa 10¹⁴–10¹⁵ Ω·cm und einer Durchschlagsfestigkeit im Bereich von 20–25 kV/mm. Die Leitfähigkeit wird mechanisch durch Zugabe von so viel leitfähigem Füllstoff erreicht, dass sich die Partikel berühren und ein durchgehendes Netzwerk im Kautschuk bilden.
Dieser Punkt ist der Perkolationsschwelle. Unterhalb dieser Schwelle ändert sich der spezifische Widerstand kaum, egal wie viel Füllstoff hinzugefügt wird. Oberhalb dieser Schwelle kann der spezifische Widerstand bei einer Änderung der Füllstoffmenge um mehrere Größenordnungen sinken. Aus diesem Grund werden leitfähige Werkstoffe gezielt hergestellt und nicht erst in der Produktion gemischt. Deshalb können zwei Lieferanten, die “kohlenstoffgefülltes Silikon” anbieten, Bauteile mit einem Widerstand liefern, der sich um drei Jahrzehnte unterscheidet.
Volumenwiderstandsklassen und ihre typischen Füllstoffe
| Klassenstufe | Volumenwiderstand | Typischer Füllstoff | Typische Verwendung |
|---|---|---|---|
| Antistatisch | 10⁶–10⁸ Ω·cm | niedrigbeladener Ruß | Antistatische Unterlagen, Handhabungsschalen |
| ESD / statische Ableitfähigkeit | 10³–10⁶ Ω·cm | Ruß | Einbrennofendichtungen, IC-Handhabungsdichtungen |
| Leitfähig (allgemein) | 10¹–10³ Ω·cm | Hochbeladener Ruß | Tastaturkontaktplättchen, Erdungsplatten |
| EMI-Abschirmung, Kohlenstoff | 0,5–10 Ω·cm | Ruß / Kohlenstofffaser | Kostengünstige Gehäusedichtungen |
| EMI-Abschirmung, metallgefüllt | 0,001–0,1 Ω·cm | Nickel-Graphit, Silber-Aluminium, Reinsilber | MIL-DTL-83528 Abschirmdichtungen |
Zur Information:, Shin-Etsus Standard-Kohlenstoffsorten Die Widerstandswerte von EC-BL, EC-BM und EC-BH liegen bei 0,009–0,05 Ω·m, entsprechend etwa 0,9–5 Ω·cm. Kommerziell erhältliches leitfähiges Silikon ist im Allgemeinen im Bereich von 0,01 Ω·m bis 10 Ω·m zuverlässig; oberhalb von 100 Ω·m schwankt der Widerstand stark bei geringen Abweichungen des Kohlenstoffgehalts, und die Einhaltung eines konstanten Wertes im Bereich von 10 kΩ·m bis 100 MΩ·m ist in der Produktion schwierig.
Wie verändern leitfähige Füllstoffe die mechanischen Eigenschaften?
Sie versteifen das Bauteil und beeinträchtigen die Reißfestigkeit. Füllstoffe, die aus elektrischen Gründen verwendet werden, wirken je nach Belastung entweder als Verstärkung oder als Defekt.
| Eigentum | Standard-Silikon (typisch) | Kohlenstoffgefüllt leitfähig (typisch) |
|---|---|---|
| Härte | Shore A 30–70, komplettes Sortiment verfügbar | Shore A 45–70, weiche Sorten begrenzt |
| Zugfestigkeit | 6–10 MPa | ~5–6 MPa (≈776 psi) |
| Dehnung beim Bruch | 300–700% | ~250–350% |
| Reißfestigkeit | 20–40 kN/m | ~85 ppi (≈15 kN/m) |
| Druckverformungsrest (22 h / 175°C) | 15–30% | Höher, abhängig von Füllstoffen |
| Farbe | Beliebig | Schwarz oder Metallic-Grau für metallgefüllte |
Zwei Konsequenzen für die Konstruktion. Erstens: Leitfähiges Silikon mit Shore-A-20-Härte und EMV-konformer Leitfähigkeit ist nicht realisierbar; der erforderliche Füllstoffanteil lässt dies nicht zu. Zweitens: Dichtungskraft und elektrische Kontaktkraft sind gekoppelt – eine härtere Dichtungsmasse erfordert mehr Kompression, um abzudichten, und diese höhere Kompression beschleunigt das Setzen einer Dichtung, die gleichzeitig leitfähig bleiben muss.
Behält leitfähiges Silikon den gleichen Temperaturbereich bei?
Größtenteils. Kohlenstoffgefüllte Typen sind weiterhin im Dauereinsatzbereich von etwa −55 °C bis 200 °C einsetzbar, mit kurzzeitigen Spitzenwerten bis 230 °C, und behalten die Ozon-, UV- und Witterungsbeständigkeit des Basispolymers bei. Der Füllstoff verändert das Siloxan-Grundgerüst nicht.
Verändert sich die Stabilität des elektrischen Werts, nicht die Lebensdauer des Bauteils. Wiederholte Temperaturwechsel und lange Kompression verändern das Füllstoffnetzwerk geringfügig, sodass der Widerstand im Laufe der Nutzungsdauer ansteigt, obwohl das Gummi selbst intakt aussieht. Teams, die einen Prototyp am ersten Tag bei Raumtemperatur testen, beobachten dies selten; es zeigt sich bei Rücksendungen aus der Praxis als intermittierender Kontakt, nicht als gerissene Dichtung. Falls die Anwendung einen maximalen Widerstandswert aufweist, muss dieser nach der thermischen Alterung, nicht vorher, geprüft werden.
Silberbasierte Füllstoffe bringen ihre eigenen Grenzen mit sich: die galvanische Verträglichkeit mit dem Gegengehäuse, nicht die Temperatur. Reinsilbergefülltes Silikon korrodiert in Salznebelatmosphäre auf blankem Aluminium den Flansch. Daher werden Silber-Aluminium- und Nickel-Graphit-Sorten in MIL-DTL-83528 separat von Reinsilber aufgeführt.
Welche Normen definieren und prüfen diese Eigenschaften?
| Standard | Was es umfasst |
|---|---|
| ASTM D257 | Volumen- und Oberflächenwiderstand von isolierenden und halbleitenden Materialien |
| ASTM D991 | Volumenwiderstand elektrisch leitfähiger Elastomere |
| MIL-DTL-83528 | Leitfähige Elastomer-Dichtungsmaterialien für die EMV-Abschirmung, nach Füllstoffart |
| MIL-STD-285 / IEEE 299 | Messung der Schirmwirkung von Gehäusen |
| ASTM D2240 | Durometer-Härte |
| ASTM D412 / D624 | Zug, Dehnung, Reißen |
| ASTM D395 | Druckverformungsrest |
| RoHS 2011/65/EU | Beschränkte Stoffe, relevant für metallgefüllte Sorten |
Ein Datenblatt, das lediglich “leitfähig, 10² Ω” ohne Prüfverfahren angibt, ist keine Spezifikation. Fragen Sie nach dem geltenden Standard, der Dicke und dem Anpressdruck.
Warum der gemessene Bauteilwiderstand nie mit dem Datenblatt übereinstimmt
Da der spezifische Widerstand eine Materialeigenschaft und der elektrische Widerstand eine geometrische Folge ist, gilt: R = ρ × l / A. Eine 1 Ω·cm-Verbindung in einer 0,5 mm dicken, 5 mm² großen Kontaktkapsel verhält sich ganz anders als dieselbe Verbindung in einer 3 mm dicken Dichtung.
Drei Faktoren sind für die Produktion entscheidend:
- Dicke und Kontaktfläche. Dünner und breiter bedeutet geringeren Widerstand. Designänderungen an der Dichtungsgeometrie verändern die elektrische Leistung unbemerkt.
- Kompression. Der Kontaktwiderstand sinkt mit zunehmender Durchbiegung und stabilisiert sich typischerweise im Kompressionsbereich 15–30%. Unterkomprimierte Dichtungen weisen hohe und uneinheitliche Werte auf.
- Oberflächenbeschaffenheit. Die Kontaktwiderstandseigenschaften werden durch Formoberflächen, Trennmittelreste und die Nachbearbeitung nach dem Entformen beeinflusst. Kohlenstoffgefüllte Oberflächen, deren Messwerte unmittelbar nach dem Entformen ermittelt wurden, können sich von den Messwerten von Teilen unterscheiden, die nach einer Nachhärtung bei 200 °C über 4 Stunden gemessen wurden.
Bei der Angebotserstellung für leitfähige Teile wird in der Eingangsspezifikation häufig ein Widerstandswert in Ohm ohne Angabe von Vorrichtung, Kompressionsrate und Sondenabstand angegeben. Dieser Wert lässt sich nicht überprüfen und ist der häufigste Grund für Beanstandungen bei Erstmusterprüfungen.
Wo die Grundstücksgrenzen in Immobilien sichtbar werden
Tastenkontakt-Pillen. Kohlenstoffpillen im Bereich von 10¹–10³ Ω·cm, die zu einem nichtleitenden Material geformt wurden kundenspezifische Silikontastatur Gehäuse. Die elektrische Anforderung ist ein Schalterschluss, kein Stromfluss, daher ist die Widerstandsdrift wichtiger als der Absolutwert. Siehe unseren Vergleich von Leitfähige vs. nichtleitende Silikon-Tastaturen Und Materialien und Qualitäten von Silikon-Tastaturen.
EMI-Abschirmdichtungen. Metallgefüllte Werkstoffe, spezifiziert nach MIL-DTL-83528 nach Füllstofftyp. Hierbei bestimmen das Gehäusematerial und die Korrosionsumgebung die Wahl des Füllstoffs vor dem spezifischen Widerstand.
Erdungs- und ESD-Pads. Antistatische und ESD-Schutzarten, bei denen es auf langsame Ladungsableitung und nicht auf Leitfähigkeit ankommt. Ein zu niedriger spezifischer Widerstand ist ein Mangel, kein Vorteil. Leitfähige Beschichtungen Silikonschaum Dichtungen kommen hier zum Einsatz, wenn der Verschluss gleichzeitig abdichten und statische Aufladung ableiten muss.
Zebra-/Elastomerverbinder. Wechselnde leitfähige und isolierende Schichten anstelle einer leitfähigen Masse; die entscheidende Eigenschaft ist die Steigung und der Kompressionsbereich, nicht der spezifische Volumenwiderstand allein.
Auf der isolierenden Seite derselben Materialfamilie wird das grundlegende Verhalten in unseren Leitfäden behandelt. elektrische Eigenschaften von Silizium Und Silikonkautschukstreifen in elektrischer Isolierung. Die Wärmeleitfähigkeit ist ein völlig separates Füllstoffsystem – siehe Wärmeleitfähigkeit von Silikon. Elektrisch leitfähige und thermisch leitfähige Werkstoffe sind nicht die gleiche Verbindung, und die Anforderung, beides in einer Güteklasse zu vereinen, bedeutet in der Regel eine Zugabe von Aluminiumoxid oder Bornitrid, was die Härte wieder erhöht.
Was leitfähiges Silikon nicht ist
Es handelt sich nicht um einen Draht. Selbst silbergefüllte Varianten weisen einen spezifischen Widerstand von etwa 0,001 Ω·cm auf, was ungefähr fünf Größenordnungen über dem von Kupfer liegt. Leitfähiges Silikon dient der Überbrückung, Erdung, Abschirmung und Schaltung – nicht dem Transport nennenswerter Ströme.
Es handelt sich auch nicht um einen direkten Kostenersatz. Kohlenstofflegierungen liegen preislich nahe an Standardlegierungen. Nickel-Graphit ist um ein Vielfaches teurer, und silbergefüllte Legierungen werden nach ihrem Silbergehalt bepreist. Das bedeutet, dass der Preis mit dem Metallmarkt schwankt und der Ausschussanteil Ihrer Bauteilgeometrie die Stückkosten direkt beeinflusst.
Häufig gestellte Fragen
Ist leitfähiges Silikon dasselbe wie wärmeleitendes Silikon?
Nein. Die elektrische Leitfähigkeit beruht auf Kohlenstoff- oder Metallfüllstoffen, die ein Perkolationsnetzwerk bilden. Die Wärmeleitfähigkeit beruht typischerweise auf Aluminiumoxid oder Bornitrid, die elektrische Isolatoren sind.
Was ist der niedrigste spezifische Widerstand, der bei Silikonkautschuk erhältlich ist?
Reinsilbergefüllte Werkstoffe erreichen einen Widerstand von etwa 0,001 Ω·cm. Darunter befindet man sich nicht mehr im Bereich der Elastomere, sondern im Bereich der Metallkontakte oder galvanisierten Bauteile.
Kann leitfähiges Silikon lebensmittel- oder medizinisch geeignet sein?
Die Rußbeladung schließt im Allgemeinen aus FDA 21 CFR 177.2600 und LFGB-Konformität für den direkten Lebensmittelkontakt. Leitfähige Werkstoffe sind wie Industrie- und Elektronikmaterialien zu behandeln, sofern keine spezifische, konforme Verbindung bestätigt ist.
Verliert leitfähiges Silikon mit der Zeit seine Leitfähigkeit?
Das Bauteil bleibt zwar funktionsfähig, jedoch steigt der Widerstand tendenziell mit zunehmender Temperaturwechselbelastung und langfristiger Kompression. Die Qualifizierung sollte nach thermischer Alterung und nicht an frischen Proben erfolgen.
Was wir vor der Angebotserstellung für ein leitfähiges Bauteil benötigen
Die oben genannten Eigenschaften schränken die Auswahl lediglich ein. Um eine Verbindung und einen Preis festzulegen, sind vier Faktoren entscheidend: der angestrebte spezifische Widerstand bzw. Widerstand mit zugehöriger Prüfmethode, die erforderliche Härte und Dichtkraft, das Gegengehäusematerial und die Korrosionsumgebung sowie das Herstellungsverfahren (Spritzgießen, Extrudieren oder Stanzen). Silikonplatte. Daraus ergibt sich die Wahl des Füllmaterials, und die Wahl des Füllmaterials bestimmt sowohl die Kosten als auch die Abweichung, die Sie im dritten Jahr feststellen werden.
Wenn die Widerstandsanforderung noch eine einzelne Zahl ohne zugehörige Vorrichtung ist, muss dies als erstes geklärt werden – und zwar vor der Werkzeugerstellung, nicht erst nach dem ersten Prototyp.
Verweise
- ASTM D257-14(2021)e1, Standard Test Methods for DC Resistance or Conductance of Insulating Materials — ASTM International. https://www.astm.org/d0257-14r21e01.html
- ASTM D991-89(2020), Gummieigenschaften – Volumenwiderstand elektrisch leitfähiger und antistatischer Produkte – ASTM International. https://store.astm.org/d0991-89r20.html
- MIL-DTL-83528, Dichtungsmaterial, leitfähig, Abschirmdichtung, Elektronik, Elastomer, EMI/RFI — US Defense Logistics Agency ASSIST, Revision J, 11. Oktober 2023. https://quicksearch.dla.mil/qsDocDetails.aspx?ident_number=34009
- IEEE Std 299-2006, Standardverfahren zur Messung der Wirksamkeit von elektromagnetischen Abschirmgehäusen — IEEE Standards Association. https://standards.ieee.org/standard/299-2006.html
- 21 CFR 177.2600, Gummiartikel zur wiederholten Verwendung — US FDA / eCFR, aktuelle Ausgabe. https://www.ecfr.gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-B/part-177/subpart-C/section-177.2600
- Richtlinie 2011/65/EU (RoHS), konsolidierter Text vom 1. Januar 2025 — EUR-Lex. https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2011/65/2025-01-01/eng
- Rahaman M. et al., Bestimmung der Perkolationsschwelle der elektrischen Leitfähigkeit für extrinsisch leitfähige Polymerverbunde, Polymers (2019) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6418723/
- Miranda I. et al., Eigenschaften und Anwendungen von PDMS für die Biomedizintechnik: Ein Überblick (2022) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8788510/
- Charakteristische Eigenschaften von Silikonkautschukmischungen — Shin-Etsu Chemical, Produktkatalog (PDF). https://www.shinetsusilicone-global.com/catalog/pdf/rubber_e.pdf
