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導電性シリコーンの特性：抵抗率グレード、充填剤、および設計上の限界

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    導電性シリコーンの特性に関するほとんどの検索結果は、「シリコーン＋カーボンブラック、導電性」という同じ2行で終わってしまいます。しかし、これだけでは部品の特性を特定するには不十分です。抵抗率グレード、充填材の種類、硬度変化といった情報がなければ、見積もりを比較したり、圧縮サイクル後の部品の挙動を予測したりすることはできません。.

    導電性シリコーンは、標準的なシリコーンゴム（PDMS）にカーボンブラック、ニッケル被覆グラファイト、または銀系充填剤を添加し、連続的な導電経路を形成するものです。体積抵抗率は、約0.001Ω・cm（銀充填）から10⁸Ω・cm（帯電防止グレード）まで変化します。耐熱性、耐寒性、耐候性は、ベースポリマーとほぼ同等です。.

    シリコンが導電性を持つ理由とは？

    ポリマー自体には導電性物質は含まれていません。シリコーンゴムは絶縁体であり、体積抵抗率は約10¹⁴～10¹⁵Ω・cm、絶縁耐力は20～25kV/mmの範囲です。導電性は機械的に付与され、十分な量の導電性充填剤を添加することで、粒子同士が接触し、ゴム全体に連続的なネットワークを形成します。.

    その点は 浸透閾値. それより低い抵抗値では、どれだけ充填材を加えても抵抗値はほとんど変化しません。それを超えると、負荷が1～2%変化するだけで抵抗値が数桁も低下することがあります。これが、導電性グレードが製造現場で混合されるのではなく、配合される理由であり、「カーボン充填シリコーン」と謳っている2つのサプライヤーが、抵抗値に30年もの差がある部品を納品する可能性がある理由です。.

    浸透メカニズムの図（テキスト付き）

    体積抵抗率グレードとその代表的な充填材

    学年体積抵抗率典型的な充填剤典型的な使用例
    帯電防止10⁶–10⁸ Ω·cm低負荷カーボンブラック静電気散逸パッド、搬送トレイ
    ESD / 静電気散逸性10³–10⁶ Ω·cmカーボンブラックバーンインオーブンシール、ICハンドリングガスケット
    導電性（一般）10¹〜10³Ω・cm高濃度カーボンブラックキーパッド接触パッド、接地パッド
    EMIシールド、カーボン0.5～10 Ω・cmカーボンブラック／カーボンファイバー低コストの筐体ガスケット
    EMIシールド、金属充填0.001～0.1 Ω・cmニッケルグラファイト合金、銀アルミニウム合金、純銀MIL-DTL-83528 シールドガスケット

    体積抵抗率スケール（テキスト付き）

    参考までに、, 信越化学工業の標準炭素鋼グレード (EC-BL / EC-BM / EC-BH) は 0.009～0.05 Ω·m、つまり約 0.9～5 Ω·cm の範囲にあります。市販の導電性シリコーンは一般的に 0.01 Ω·m から 10 Ω·m の範囲で信頼性がありますが、100 Ω·m を超えると、わずかな炭素含有量の変化で抵抗値が大きく変動し、10 kΩ·m～100 MΩ·m の範囲で一定の値を維持することは製造上困難です。.

    導電性充填材は機械的特性をどのように変化させるのか？

    それらは部品を硬化させる一方で、引裂強度を低下させる。電気的な理由で充填された材料も、負荷のかかり方によっては補強材として作用することもあれば、欠陥として作用することもある。.

    財産標準シリコーン（典型例）カーボン充填導電性材料（標準）
    硬度ショアA硬度30～70、全範囲対応ショアA硬度45～70、軟質グレードは限定的
    抗張力6～10 MPa約5～6 MPa（約776 psi）
    破断伸度300–700%~250–350%
    引裂強度20～40 kN/m約85 ppi (約15 kN/m)
    圧縮永久歪み（22時間／175℃）15–30%より高い、フィラー依存
    色どれでも黒、または金属充填の場合はメタリックグレー

    設計上の問題点は2つあります。まず、EMIレベルの抵抗率を持つショアA硬度20の導電性シリコーンを求めることはできません。必要な充填材の量では、その性能を実現できないからです。次に、シール力と電気接触力は連動しています。硬い化合物ほどシールに必要な圧縮力は大きくなり、圧縮力が大きくなると、導電性を維持しなければならないガスケットの硬化が加速されます。.

    導電性シリコンは同じ温度範囲を維持しますか？

    概ねその通りです。カーボン充填グレードは、-55℃から200℃までの温度範囲で連続使用が可能で、230℃まで短時間上昇することもあります。また、ベースポリマーのオゾン耐性、紫外線耐性、耐候性も維持されます。充填剤はシロキサン骨格を変化させません。.

    変化するのは電気的値の安定性であり、部品の寿命ではありません。繰り返しの熱サイクルと長時間の圧縮により、充填材のネットワークがわずかに変化するため、ゴム自体は見た目には問題なくても、使用期間を通じて抵抗値が上昇します。初日に室温でプロトタイプをテストするチームは、このような現象をほとんど目にしません。これは、ガスケットのひび割れではなく、断続的な接触不良として現場からの返品で現れます。アプリケーションに抵抗値の上限が設定されている場合は、熱劣化前にではなく、熱劣化後にその上限値をテストする必要があります。.

    銀系充填材には、温度ではなく、相手側のハウジングとの電気化学的適合性という独自の限界があります。純銀充填シリコーンを塩水噴霧環境下で裸のアルミニウムに接触させると、フランジが腐食します。そのため、MIL-DTL-83528では、純銀とは別に銀アルミニウム合金とニッケルグラファイト合金を規定しています。.

    これらの特性を定義し、テストする規格はどれですか？

    標準対象範囲
    ASTM D257絶縁材料および半導体材料の体積抵抗率と表面抵抗率
    ASTM D991導電性エラストマーの体積抵抗率
    MIL-DTL-83528EMIシールド用導電性エラストマーガスケット材料（充填材の種類別）
    MIL-STD-285 / IEEE 299筐体の遮蔽効果測定
    ASTM D2240デュロメーター硬度
    ASTM D412 / D624引張強度、伸び、引き裂き強度
    ASTM D395圧縮永久歪み
    RoHS指令2011/65/EU金属充填グレードに関連する制限物質

    試験方法が記載されておらず、「導電性、10²Ω」とだけ記載されたデータシートは仕様書とは言えません。どの規格、どのくらいの厚さ、どのくらいの接触圧力下での仕様なのかを必ず確認してください。.

    測定された部品抵抗がデータシートと一致しない理由

    抵抗率は材料特性であり、抵抗は形状の結果であるため、R = ρ × l / A となります。厚さ 0.5 mm、面積 5 mm² の接触ピル内の 1 Ω·cm の化合物は、3 mm のガスケット断面内の同じ化合物とは全く異なる挙動を示します。.

    生産において支配的な要因は3つある。

    • 厚みと接触面積。. 薄く幅広くなれば、抵抗は低くなります。シール形状の設計変更は、電気性能を静かに変化させます。.
    • 圧縮。. 接触抵抗はたわみが増加するにつれて低下し、通常は15～30%の圧縮範囲内で安定します。圧縮不足のガスケットでは、抵抗値が高く、ばらつきが生じます。.
    • 表面の状態。. 成形された表面、離型剤の残留物、および成形後の洗浄はすべて接触抵抗に影響を与えます。脱型直後に測定したカーボン充填表面は、200℃で4時間後硬化処理を行った後に測定した部品とは異なる値を示す場合があります。.

    導電性部品の見積もりを行う際、納品される仕様書には、治具、圧縮率、プローブ間隔などの情報が記載されていない抵抗値（オーム）が記載されていることがよくあります。この数値は検査対象とすることができず、初回品検査結果に異議が生じる最も一般的な原因となっています。.

    圧縮抵抗断面図（テキスト付き）

    不動産の境界線が実際の部分でどのように現れるか

    キーパッド接触型錠剤。. 10¹〜10³Ω·cmクラスのカーボンピルを非導電性に成形したもの カスタムシリコンキーパッド 本体。電気的要件は電流を流すことではなくスイッチを閉じることなので、抵抗の絶対値よりも抵抗の変動が重要になります。比較については、 導電性シリコンキーパッドと非導電性シリコンキーパッド そして シリコンキーパッドの材質とグレード.

    EMIシールドガスケット。. 金属充填鋼材は、充填材の種類ごとにMIL-DTL-83528規格に基づいて規定されています。ここでは、抵抗率よりも先に、ハウジングの材質と腐食環境が充填材の選択を左右します。.

    接地およびESDパッド。. 帯電防止およびESDグレードでは、電荷をゆっくりと放電することが目的であり、導電性ではありません。抵抗率が低すぎるのは欠陥であり、利点ではありません。導電性コーティング シリコーンフォーム ガスケットは、閉鎖部が密閉性と静電気の排出を同時に行う必要がある場合に使用されます。.

    ゼブラ／エラストマーコネクタ。. 導電性化合物を一体化するのではなく、導電層と絶縁層を交互に積層することで、体積抵抗率だけでなく、ピッチと圧縮範囲といった特性が重要となる。.

    同じ材料ファミリーの絶縁体側では、基本特性については、当社のガイドで説明しています。 シリコーンの電気的特性 そして 電気絶縁におけるシリコーンゴムストリップ. 熱伝導率は全く別の充填システムです。 シリコーンの熱伝導率. 電気伝導性と熱伝導性は同じ化合物ではなく、両方を1つのグレードで求めると、通常はアルミナや窒化ホウ素を添加することになり、その結果硬度が再び上昇します。.

    導電性シリコーンではないもの

    これは電線ではありません。銀入りグレードでも抵抗値は約0.001Ω・cmで、銅よりも約5桁高い値です。導電性シリコーンは、ブリッジング、接地、シールド、スイッチングといった用途のために存在し、意味のある電流を流すためのものではありません。.

    また、コスト面での単純な代替品でもありません。カーボングレードは標準的なコンパウンドの価格に近いですが、ニッケルグラファイトは数倍高く、銀入りコンパウンドは銀含有量によって価格が決まるため、見積もりは金属市場の動向に左右され、部品形状の不良率が単位コストに直接影響します。.

    よくある質問

    導電性シリコーンと熱伝導性シリコーンは同じものですか？

    いいえ。電気伝導性は、炭素または金属の充填材が形成するパーコレーションネットワークによって生じます。熱伝導性は通常、電気絶縁体であるアルミナまたは窒化ホウ素によって生じます。.

    シリコーンゴムで入手可能な最低抵抗値はどれくらいですか？

    純銀を充填したグレードでは、抵抗値は約0.001Ω・cmに達します。それ以下の抵抗値になると、エラストマーの領域を超え、金属接点またはメッキされたハードウェアの領域になります。.

    導電性シリコーンは食品グレードまたは医療グレードのものがありますか？

    カーボンブラックの負荷は一般的に排除される FDA 21 CFR 177.2600 また、食品との直接接触に関するLFGB規格への適合性も考慮してください。特定の適合化合物が確認されない限り、導電性グレードは工業用および電子用材料として取り扱ってください。.

    導電性シリコーンは、時間の経過とともに導電性を失いますか？

    部品自体は破損しないものの、熱サイクルや長期圧縮によって抵抗値が上昇する傾向がある。新品のサンプルではなく、熱劣化試験後に評価を行ってください。.

    導電性部品の見積もり前に必要なこと

    上記の特性は選択肢を絞り込むだけです。化合物と価格を確定するには、4つの入力項目がほぼすべてを決定します。目標抵抗率または抵抗値とその試験方法、硬度とシール力の要件、嵌合ハウジング材料と腐食環境、そして部品が成形、押出成形、またはダイカットのいずれであるかです。 シリコンシート. フィラーの選択はこれらの要素に基づいて行われ、フィラーの選択によってコストと3年目に見られる変動の両方が決まります。.

    抵抗値の要件がまだ単一の数値だけで、それを支える治具が何もない場合、それは最初に解決すべき問題であり、最初の製品が完成した後ではなく、金型製作の前に解決すべき問題である。.

    参考文献

    著者について: 瑞陽シリコーン

    瑞陽シリコーン2012年に設立された同社は、FDA基準に準拠した高品質で環境に優しいシリコーン製品の製造を専門としています。 シリコンベビー用品, キッチン用品、玩具など、安全性と無毒性を確保しています。同社は、次のような幅広い卸売商品を提供しています。 シリコンスプーン、スパチュラ、 ベビーよだれかけ、 そして おしゃぶりOEMを提供する カスタマイズサービス顧客の設計に応じて製品をカスタマイズすることが可能です。

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