Οι περισσότερες αναζητήσεις για ιδιότητες αγώγιμης σιλικόνης επιστρέφουν τις ίδιες δύο γραμμές: “σιλικόνη συν αιθάλη, άγει τον ηλεκτρισμό”. Αυτό δεν αρκεί για να προσδιορίσετε ένα εξάρτημα. Χωρίς βαθμό ειδικής αντίστασης, τύπο πληρωτικού υλικού και μετατόπιση σκληρότητας, δεν μπορείτε να συγκρίνετε τιμές ή να προβλέψετε πώς συμπεριφέρεται το εξάρτημα μετά από κύκλους συμπίεσης.
Η αγώγιμη σιλικόνη είναι τυπικό καουτσούκ σιλικόνης (PDMS) φορτωμένο με αιθάλη, γραφίτη με επικάλυψη νικελίου ή πληρωτικά με βάση το άργυρο μέχρι να σχηματιστεί μια συνεχής αγώγιμη διαδρομή. Η αντίσταση όγκου κυμαίνεται από περίπου 0,001 Ω·cm (γεμισμένη με άργυρο) έως 10⁸ Ω·cm (αντιστατικές ποιότητες). Η αντοχή στη θερμότητα, το κρύο και τις καιρικές συνθήκες παραμένει κοντά στο βασικό πολυμερές.
Τι κάνει τη σιλικόνη αγώγιμη;
Τίποτα στο ίδιο το πολυμερές. Το βασικό καουτσούκ σιλικόνης είναι ένας μονωτής, με ογκομετρική αντίσταση περίπου 10¹⁴–10¹⁵ Ω·cm και διηλεκτρική αντοχή στην περιοχή των 20–25 kV/mm. Η αγωγιμότητα προστίθεται μηχανικά, φορτώνοντας αρκετό αγώγιμο πληρωτικό υλικό ώστε τα σωματίδια να αγγίζουν και να σχηματίζουν ένα συνεχές δίκτυο μέσω του καουτσούκ.
Αυτό το σημείο είναι το όριο διήθησης. Κάτω από αυτήν, η ειδική αντίσταση μεταβάλλεται ελάχιστα ανεξάρτητα από την ποσότητα πληρωτικού υλικού που προσθέτετε. Αν την διασχίσετε, η ειδική αντίσταση μπορεί να μειωθεί κατά αρκετές τάξεις μεγέθους με μια αλλαγή στο φορτίο 1–2%. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αγώγιμες ποιότητες παρασκευάζονται και δεν αναμειγνύονται στο εργοστάσιο, και γιατί δύο προμηθευτές που αναφέρουν “σιλικόνη γεμάτη με άνθρακα” μπορούν να σας παραδώσουν εξαρτήματα με διαφορά τριών δεκαετιών σε αντίσταση.
Βαθμοί Αντίστασης Όγκου και τα Τυπικά Πληρωτικά τους
| τάξη | Αντίσταση όγκου | Τυπικό υλικό πληρώσεως | Τυπική χρήση |
|---|---|---|---|
| Αντιστατικό | 10⁶–10⁸ Ω·cm | Μαύρος άνθρακας χαμηλής φόρτωσης | Μαξιλάρια απαγωγής στατικού ηλεκτρισμού, δίσκοι χειρισμού |
| ESD / στατικός διαχύτης | 10³–10⁶ Ω·cm | Μαύρο άνθρακα | Σφραγίδες φούρνου καύσης, φλάντζες χειρισμού ολοκληρωμένου κυκλώματος |
| Αγωγιμότητα (γενικά) | 10¹–10³ Ω·cm | Μαύρος άνθρακας υψηλής φόρτωσης | Χάπια επαφής πληκτρολογίου, μαξιλαράκια γείωσης |
| Θωράκιση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, άνθρακα | 0,5–10 Ω·cm | Μαύρος άνθρακας / ίνες άνθρακα | Φλάντζες περιβλήματος χαμηλού κόστους |
| Θωράκιση EMI, γεμισμένη με μέταλλο | 0,001–0,1 Ω·cm | Νικέλιο-γραφίτης, άργυρος-αλουμίνιο, καθαρό άργυρο | Φλάντζες θωράκισης MIL-DTL-83528 |
Για αναφορά, Οι τυπικές ποιότητες άνθρακα της Shin-Etsu (EC-BL / EC-BM / EC-BH) βρίσκονται στα 0,009–0,05 Ω·m, δηλαδή περίπου 0,9–5 Ω·cm. Η εμπορικά διαθέσιμη αγώγιμη σιλικόνη είναι γενικά αξιόπιστη μεταξύ 0,01 Ω·m και 10 Ω·m. Πάνω από 100 Ω·m, η αντίσταση μεταβάλλεται έντονα με μικρή διακύμανση άνθρακα και η διατήρηση μιας σταθερής τιμής στη ζώνη 10 kΩ·m–100 MΩ·m είναι δύσκολη στην παραγωγή.
Πώς αλλάζουν οι αγώγιμες ουσίες πλήρωσης τις μηχανικές ιδιότητες;
Αυξάνουν την ακαμψία του εξαρτήματος και σας κοστίζουν αντοχή στο σκίσιμο. Το υλικό πλήρωσης που υπάρχει για ηλεκτρικούς λόγους εξακολουθεί να συμπεριφέρεται ως ενίσχυση ή ως ελάττωμα, ανάλογα με τη φόρτιση.
| Ιδιοκτησία | Τυπική σιλικόνη (τυπική) | Αγώγιμο με άνθρακα (τυπικό) |
|---|---|---|
| Σκληρότητα | Shore A 30–70, διαθέσιμη πλήρης γκάμα | Shore A 45–70, περιορισμένες μαλακές ποιότητες |
| Αντοχή σε εφελκυσμό | 6–10 MPa | ~5–6 MPa (≈776 psi) |
| Επιμήκυνση στο σπάσιμο | 300–700% | ~250–350% |
| Αντοχή σε σχίσιμο | 20–40 kN/m | ~85 ppi (≈15 kN/m) |
| Σετ συμπίεσης (22 ώρες / 175°C) | 15–30% | Υψηλότερο, εξαρτώμενο από το υλικό πλήρωσης |
| Χρώμα | Κάθε | Μαύρο ή μεταλλικό γκρι για μεταλλική γέμιση |
Δύο συνέπειες για τον σχεδιασμό. Πρώτον, δεν μπορείτε να ζητήσετε αγώγιμη σιλικόνη Shore A 20 με ειδική αντίσταση επιπέδου EMI. Το απαιτούμενο φορτίο πλήρωσης δεν θα σας επιτρέψει να το πετύχετε αυτό. Δεύτερον, η δύναμη στεγανοποίησης και η δύναμη ηλεκτρικής επαφής είναι συνυφασμένες - μια σκληρότερη ένωση χρειάζεται περισσότερη συμπίεση για να σφραγίσει και περισσότερη συμπίεση επιταχύνεται σε μια φλάντζα που πρέπει επίσης να διατηρεί την αγωγιμότητα.
Η αγώγιμη σιλικόνη διατηρεί το ίδιο εύρος θερμοκρασίας;
Κυρίως. Οι ποιότητες με άνθρακα εξακολουθούν να λειτουργούν περίπου από -55°C έως 200°C συνεχόμενα, με σύντομες αποκλίσεις έως τους 230°C, και διατηρούν την αντοχή στο όζον, την υπεριώδη ακτινοβολία και τις καιρικές συνθήκες του βασικού πολυμερούς. Το πληρωτικό δεν αλλάζει τον σκελετό της σιλοξανίου.
Αυτό που αλλάζει είναι η σταθερότητα της ηλεκτρικής τιμής, όχι η επιβίωση του εξαρτήματος. Οι επαναλαμβανόμενοι κύκλοι θέρμανσης και η μακρά συμπίεση αλλοιώνουν ελαφρώς το δίκτυο πλήρωσης, επομένως η αντίσταση μετατοπίζεται προς τα πάνω κατά τη διάρκεια ζωής, ενώ το ίδιο το καουτσούκ φαίνεται καλό. Οι ομάδες που δοκιμάζουν ένα πρωτότυπο σε θερμοκρασία δωματίου την πρώτη ημέρα σπάνια το βλέπουν αυτό. Εμφανίζεται στις επιστροφές πεδίου ως διακοπτόμενη επαφή, όχι ως ραγισμένη φλάντζα. Εάν η εφαρμογή έχει ανώτατο όριο αντίστασης, αυτό το ανώτατο όριο πρέπει να δοκιμαστεί μετά τη θερμική γήρανση, όχι πριν.
Τα πληρωτικά με βάση το άργυρο προσθέτουν το δικό τους όριο: γαλβανική συμβατότητα με το περίβλημα σύνδεσης, όχι θερμοκρασία. Η σιλικόνη γεμισμένη με καθαρό άργυρο έναντι γυμνού αλουμινίου σε περιβάλλον αλατιού διαβρώνει τη φλάντζα. Γι' αυτό το MIL-DTL-83528 παραθέτει τις ποιότητες αργύρου-αλουμινίου και νικελίου-γραφίτη ξεχωριστά από το καθαρό ασήμι.
Ποια πρότυπα ορίζουν και δοκιμάζουν αυτές τις ιδιότητες;
| Πρότυπο | Τι καλύπτει |
|---|---|
| ASTM D257 | Ογκομετρική και επιφανειακή αντίσταση μονωτικών και ημιαγώγιμων υλικών |
| ASTM D991 | Αντίσταση όγκου ηλεκτρικά αγώγιμων ελαστομερών |
| MIL-DTL-83528 | Αγώγιμα υλικά ελαστομερούς φλάντζας για θωράκιση EMI, ανά τύπο πληρωτικού υλικού |
| MIL-STD-285 / ΙΕΕΕ 299 | Μέτρηση αποτελεσματικότητας θωράκισης περιβλημάτων |
| ASTM D2240 | Σκληρότητα σκληρόμετρου |
| ASTM D412 / D624 | Εφελκυσμός, επιμήκυνση, σχίσιμο |
| ASTM D395 | Σετ συμπίεσης |
| Οδηγία RoHS 2011/65/ΕΕ | Περιορισμένες ουσίες, σχετικές με τις ποιότητες με μεταλλική γέμιση |
Ένα δελτίο δεδομένων που αναφέρει μόνο “αγώγιμο, 10² Ω” χωρίς μέθοδο δοκιμής δεν αποτελεί προδιαγραφή. Ρωτήστε ποιο πρότυπο, σε ποιο πάχος και υπό ποια πίεση επαφής.
Γιατί η μετρούμενη αντίσταση εξαρτήματος δεν ταιριάζει ποτέ με το φύλλο δεδομένων
Επειδή η ειδική αντίσταση είναι μια ιδιότητα του υλικού και η αντίσταση είναι ένα αποτέλεσμα γεωμετρίας. R = ρ × l / A. Μια ένωση 1 Ω·cm σε ένα χάπι επαφής πάχους 0,5 mm και διαστάσεων 5 mm² συμπεριφέρεται πολύ διαφορετικά από την ίδια ένωση σε μια διατομή φλάντζας 3 mm.
Τρεις παράγοντες κυριαρχούν στην παραγωγή:
- Πάχος και επιφάνεια επαφής. Λεπτότερο και φαρδύτερο σημαίνει χαμηλότερη αντίσταση. Οι αλλαγές στο σχεδιασμό της γεωμετρίας της στεγανοποίησης αλλάζουν αθόρυβα την ηλεκτρική απόδοση.
- Συμπίεση. Η αντίσταση επαφής μειώνεται καθώς αυξάνεται η παραμόρφωση, συνήθως σταθεροποιούμενη κάπου στη ζώνη συμπίεσης 15–30%. Οι υποσυμπιεσμένες φλάντζες έχουν υψηλή ένδειξη και είναι ασυνεπείς.
- Κατάσταση επιφάνειας. Το καλουπωμένο δέρμα, τα υπολείμματα αποκόλλησης μούχλας και ο καθαρισμός μετά το καλούπι επηρεάζουν όλα την αντίσταση επαφής. Οι επιφάνειες γεμισμένες με άνθρακα που μετρώνται αμέσως μετά το ξεκαλούπωμα μπορεί να έχουν διαφορετικές ενδείξεις από τα μέρη που μετρώνται μετά από μετα-σκλήρυνση στους 200°C για 4 ώρες.
Όταν αναφέρουμε αγώγιμα μέρη, η εισερχόμενη προδιαγραφή συχνά αναφέρει μια τιμή αντίστασης σε ohms χωρίς εξάρτημα, χωρίς ρυθμό συμπίεσης και χωρίς απόσταση μεταξύ των αισθητήρων. Αυτός ο αριθμός δεν μπορεί να ελεγχθεί και είναι ο πιο συνηθισμένος λόγος για τον οποίο αμφισβητούνται τα αποτελέσματα του πρώτου άρθρου.
Όπου εμφανίζονται τα όρια ιδιοκτησίας σε πραγματικά μέρη
Χάπια επαφής από πληκτρολόγιο. Χάπια άνθρακα στην κατηγορία 10¹–10³ Ω·cm, χυτευμένα σε μη αγώγιμο προσαρμοσμένο πληκτρολόγιο σιλικόνης σώμα. Η ηλεκτρική απαίτηση είναι ένα κλείσιμο διακόπτη, όχι μεταφορά ρεύματος, επομένως η μετατόπιση αντίστασης έχει μεγαλύτερη σημασία από την απόλυτη τιμή. Δείτε τη σύγκρισή μας Αγώγιμα έναντι μη αγώγιμων πληκτρολογίων σιλικόνης και υλικά και ποιότητες πληκτρολογίου σιλικόνης.
Φλάντζες θωράκισης EMI. Ποιότητες με μεταλλική γέμιση, που καθορίζονται σύμφωνα με το MIL-DTL-83528 ανά τύπο πληρωτικού υλικού. Εδώ, το υλικό του περιβλήματος και το περιβάλλον διάβρωσης καθορίζουν την επιλογή του πληρωτικού υλικού πριν από την ειδική αντίσταση.
Γείωση και ηλεκτροστατικά επιθέματα. Αντιστατικές και ηλεκτροστατικές βαφές, όπου το σημείο εκροής φορτίου είναι αργό, δεν είναι αγώγιμο. Μια πολύ χαμηλή ειδική αντίσταση είναι ελάττωμα, όχι πλεονέκτημα. Αγώγιμη επίστρωση. αφρός σιλικόνης Οι φλάντζες εμφανίζονται εδώ όταν το κλείσιμο πρέπει να σφραγίζει και να αποστραγγίζει τον στατικό ηλεκτρισμό ταυτόχρονα.
Ζεβρέ / ελαστομερείς σύνδεσμοι. Εναλλασσόμενα αγώγιμα και μονωτικά στρώματα αντί για μια αγώγιμη ένωση όγκου. Η ιδιότητα που έχει σημασία είναι το βήμα και το εύρος συμπίεσης, όχι μόνο η ειδική αντίσταση όγκου.
Στην πλευρά της μονωτικής μόνωσης της ίδιας οικογένειας υλικών, η βασική συμπεριφορά καλύπτεται στους οδηγούς μας για ηλεκτρικές ιδιότητες σιλικόνης και ταινίες από καουτσούκ σιλικόνης σε ηλεκτρική μόνωση. Η θερμική αγωγιμότητα είναι ένα ξεχωριστό σύστημα πλήρωσης εξ ολοκλήρου — βλ. θερμική αγωγιμότητα σιλικόνης. Η ηλεκτρικά αγώγιμη και η θερμικά αγώγιμη ένωση δεν είναι η ίδια και η ζήτηση και των δύο σε μία ποιότητα συνήθως σημαίνει φόρτωση αλουμίνας ή νιτριδίου του βορίου που αυξάνει ξανά τη σκληρότητα.
Τι δεν είναι η αγώγιμη σιλικόνη
Δεν είναι σύρμα. Ακόμα και οι σιλικόνες με γέμιση αργύρου έχουν διάμετρο περίπου 0,001 Ω·cm, περίπου πέντε τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από τον χαλκό. Η αγώγιμη σιλικόνη υπάρχει για να γεφυρώνει, να γειώνει, να θωράκιζε και να διακόπτει — όχι για να μεταφέρει σημαντικό ρεύμα.
Δεν αποτελεί επίσης υποκατάστατο κόστους με μειωμένο κόστος. Οι ποιότητες άνθρακα είναι κοντά στην τυπική τιμολόγηση των ενώσεων. Το νικέλιο-γραφίτης κοστίζει αρκετές φορές υψηλότερα και οι ενώσεις με άργυρο τιμολογούνται με βάση την περιεκτικότητα σε άργυρο, πράγμα που σημαίνει ότι η τιμή αλλάζει με την αγορά μετάλλων και ο ρυθμός απόρριψης στη γεωμετρία του ανταλλακτικού σας επηρεάζει άμεσα το κόστος μονάδας.
Συχνές ερωτήσεις
Είναι η αγώγιμη σιλικόνη η ίδια με τη θερμικά αγώγιμη σιλικόνη;
Όχι. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα προέρχεται από ανθρακούχα ή μεταλλικά υλικά πληρώσεως που σχηματίζουν ένα δίκτυο διήθησης. Η θερμική αγωγιμότητα προέρχεται συνήθως από την αλουμίνα ή το νιτρίδιο του βορίου, τα οποία είναι ηλεκτρικοί μονωτές.
Ποια είναι η χαμηλότερη διαθέσιμη ειδική αντίσταση στο σιλικονούχο καουτσούκ;
Οι ποιότητες με γέμισμα καθαρού ασημιού φτάνουν περίπου τα 0,001 Ω·cm. Κάτω από αυτό το σημείο, βρίσκεστε εκτός περιοχής ελαστομερών και σε μεταλλικές επαφές ή επιμεταλλωμένα εξαρτήματα.
Μπορεί η αγώγιμη σιλικόνη να είναι κατάλληλη για τρόφιμα ή για ιατρικά προϊόντα;
Η φόρτωση με μαύρο άνθρακα γενικά αποκλείει FDA 21 CFR 177.2600 και συμμόρφωση με το LFGB για άμεση επαφή με τρόφιμα. Αντιμετωπίστε τις αγώγιμες ποιότητες ως βιομηχανικά και ηλεκτρονικά υλικά, εκτός εάν επιβεβαιωθεί κάποια συγκεκριμένη συμβατή ένωση.
Χάνει η αγώγιμη σιλικόνη την αγωγιμότητά της με την πάροδο του χρόνου;
Το εξάρτημα επιβιώνει, αλλά η αντίσταση τείνει να αυξάνεται με τον κύκλο θέρμανσης και τη μακροχρόνια συμπίεση. Πιστοποιήστε μετά από θερμική γήρανση, όχι σε φρέσκα δείγματα.
Τι χρειαζόμαστε πριν αναφέρουμε ένα αγώγιμο μέρος
Οι παραπάνω ιδιότητες περιορίζουν μόνο το πεδίο. Για να κλειδώσετε μια ένωση και μια τιμή, τέσσερις είσοδοι αποφασίζουν σχεδόν τα πάντα: η επιθυμητή ειδική αντίσταση ή αντίσταση με τη μέθοδο δοκιμής της, η σκληρότητα και η απαιτούμενη δύναμη στεγανοποίησης, το υλικό του περιβλήματος ζευγαρώματος και το περιβάλλον διάβρωσης, και το εάν το εξάρτημα είναι χυτευμένο, εξωθημένο ή κομμένο με μήτρα από φύλλο σιλικόνης. Η επιλογή πληρωτικού υλικού προκύπτει από αυτά, και η επιλογή πληρωτικού υλικού καθορίζει τόσο το κόστος όσο και την απόκλιση που θα δείτε στο τρίτο έτος.
Εάν η απαιτούμενη αντίσταση εξακολουθεί να είναι ένας μόνο αριθμός χωρίς εξάρτημα από πίσω, αυτό είναι το πρώτο πράγμα που πρέπει να επιλυθεί — πριν από την τοποθέτηση των εργαλείων, όχι μετά το πρώτο άρθρο.
βιβλιογραφικές αναφορές
- ASTM D257-14(2021)e1, Πρότυπες μέθοδοι δοκιμής για την αντίσταση ή την αγωγιμότητα συνεχούς ρεύματος μονωτικών υλικών — ASTM International. https://www.astm.org/d0257-14r21e01.html
- ASTM D991-89(2020), Ιδιότητες καουτσούκ—Ογκομετρική αντίσταση ηλεκτρικά αγώγιμων και αντιστατικών προϊόντων — ASTM International. https://store.astm.org/d0991-89r20.html
- MIL-DTL-83528, Υλικό φλάντζας, Αγώγιμο, Φλάντζα θωράκισης, Ηλεκτρονικό, Ελαστομερές, EMI/RFI — Υπηρεσία Αμυντικής Λογιστικής των ΗΠΑ ASSIST, Αναθεώρηση J, 11 Οκτωβρίου 2023. https://quicksearch.dla.mil/qsDocDetails.aspx?ident_number=34009
- IEEE Std 299-2006, Πρότυπη μέθοδος για τη μέτρηση της αποτελεσματικότητας των περιβλημάτων ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης — IEEE Standards Association. https://standards.ieee.org/standard/299-2006.html
- 21 CFR 177.2600, Ελαστικά είδη που προορίζονται για επαναλαμβανόμενη χρήση — FDA / eCFR των ΗΠΑ, τρέχουσα έκδοση. https://www.ecfr.gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-B/part-177/subpart-C/section-177.2600
- Οδηγία 2011/65/ΕΕ (RoHS), ενοποιημένο κείμενο της 1ης Ιανουαρίου 2025 — EUR-Lex. https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2011/65/2025-01-01/eng
- Rahaman M. et al., Προσδιορισμός του ορίου διήθησης ηλεκτρικής αγωγιμότητας για εξωγενώς αγώγιμα πολυμερικά σύνθετα υλικά, Πολυμερή (2019) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6418723/
- Miranda I. et al., Ιδιότητες και Εφαρμογές του PDMS για Βιοϊατρική Μηχανική: Μια Ανασκόπηση (2022) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8788510/
- Χαρακτηριστικές Ιδιότητες Ενώσεων Σιλικονούχου Καουτσούκ — Shin-Etsu Chemical, Κατάλογος Προϊόντων (PDF). https://www.shinetsusilicone-global.com/catalog/pdf/rubber_e.pdf
