A maioria das buscas por propriedades de silicone condutor retorna sempre as mesmas duas linhas: “silicone mais negro de fumo, conduz eletricidade”. Isso não é suficiente para especificar uma peça. Sem informações sobre a resistividade, o tipo de carga e a variação de dureza, não é possível comparar orçamentos nem prever o comportamento da peça após ciclos de compressão.
A silicone condutora é uma borracha de silicone padrão (PDMS) carregada com negro de fumo, grafite revestido com níquel ou cargas à base de prata até que se forme um caminho condutor contínuo. A resistividade volumétrica varia de cerca de 0,001 Ω·cm (com carga de prata) a 10⁸ Ω·cm (versões antiestáticas). A resistência ao calor, ao frio e às intempéries permanece próxima à do polímero base.
O que torna o silicone condutor?
Nada no próprio polímero. A borracha de silicone base é um isolante, com resistividade volumétrica em torno de 10¹⁴–10¹⁵ Ω·cm e rigidez dielétrica na faixa de 20–25 kV/mm. A condutividade é adicionada mecanicamente, pela adição de carga condutora suficiente para que as partículas se toquem e formem uma rede contínua através da borracha.
Esse ponto é o limiar de percolação. Abaixo desse ponto, a resistividade praticamente não se altera, independentemente da quantidade de carga adicionada. Ao ultrapassá-lo, a resistividade pode cair várias ordens de magnitude com uma variação de carga de 1 a 2%. É por isso que os materiais condutores são formulados, e não misturados na linha de produção, e por que dois fornecedores que anunciam "silicone com carga de carbono" podem entregar peças com resistências que diferem em três décadas.
Graus de resistividade volumétrica e seus enchimentos típicos
| turma | Resistividade volumétrica | Preenchimento típico | Uso típico |
|---|---|---|---|
| Antiestático | 10⁶–10⁸ Ω·cm | negro de fumo de baixa carga | Almofadas dissipadoras de estática, bandejas de manuseio |
| ESD / dissipativo estático | 10³–10⁶ Ω·cm | Carbono negro | Vedantes para forno de envelhecimento acelerado, juntas para manuseio de circuitos integrados. |
| Condutivo (geral) | 10¹–10³ Ω·cm | negro de fumo de alta carga | Pílulas de contato para teclado, placas de aterramento |
| Blindagem EMI, carbono | 0,5–10 Ω·cm | Negro de fumo / fibra de carbono | Juntas de vedação de baixo custo |
| Blindagem EMI, preenchida com metal | 0,001–0,1 Ω·cm | Níquel-grafite, prata-alumínio, prata pura | Juntas de blindagem MIL-DTL-83528 |
Para referência, Graus de carbono padrão da Shin-Etsu (EC-BL / EC-BM / EC-BH) situam-se entre 0,009 e 0,05 Ω·m, ou seja, aproximadamente entre 0,9 e 5 Ω·cm. O silicone condutor disponível comercialmente é geralmente confiável entre 0,01 Ω·m e 10 Ω·m; acima de 100 Ω·m, a resistência oscila bastante com pequenas variações de carbono, e manter um valor consistente na faixa de 10 kΩ·m a 100 MΩ·m é difícil na produção.
Como os materiais de enchimento condutores alteram as propriedades mecânicas?
Eles enrijecem a peça e reduzem sua resistência ao rasgo. O material de enchimento presente por razões elétricas ainda se comporta como reforço ou como um defeito, dependendo da carga aplicada.
| Propriedade | Silicone padrão (típico) | Condutor com carga de carbono (típico) |
|---|---|---|
| Dureza | Shore A 30–70, gama completa disponível | Shore A 45–70, terrenos macios limitados |
| Resistência à tracção | 6–10 MPa | ~5–6 MPa (≈776 psi) |
| Alongamento na ruptura | 300–700% | ~250–350% |
| resistência ao rasgo | 20–40 kN/m | ~85 ppi (≈15 kN/m) |
| Ciclo de compressão (22 h / 175 °C) | 15–30% | Maior, dependente do material de enchimento |
| Cor | Qualquer | Preto ou cinza metálico para preenchimento metálico. |
Duas consequências para o projeto. Primeiro, não é possível exigir silicone condutor Shore A 20 com resistividade em nível EMI; a quantidade de carga necessária não permitirá atingir esse resultado. Segundo, a força de vedação e a força de contato elétrico estão acopladas — um composto mais rígido exige mais compressão para vedar, e mais compressão acelera a deformação permanente em uma junta que também precisa manter a condução de corrente.
O silicone condutor mantém a mesma faixa de temperatura?
Na maioria dos casos, sim. As classes com carga de carbono ainda operam em temperaturas contínuas de aproximadamente −55 °C a 200 °C, com breves picos de até 230 °C, e mantêm a resistência ao ozônio, aos raios UV e às intempéries do polímero base. O material de enchimento não altera a estrutura principal do siloxano.
O que muda é a estabilidade do valor elétrico, não a durabilidade da peça. Ciclos repetidos de aquecimento e compressão prolongada alteram ligeiramente a rede de enchimento, fazendo com que a resistência aumente ao longo da vida útil, mesmo que a borracha em si pareça intacta. Equipes que testam um protótipo à temperatura ambiente no primeiro dia raramente observam isso; o problema aparece em relatórios de campo como contato intermitente, não como uma junta rachada. Se a aplicação tiver um limite máximo de resistência, esse limite deve ser testado após o envelhecimento térmico, e não antes.
Os materiais de enchimento à base de prata têm sua própria limitação: a compatibilidade galvânica com a carcaça de acoplamento, e não a temperatura. O silicone com carga de prata pura em contato com alumínio nu em um ambiente de névoa salina corrói o flange. É por isso que a norma MIL-DTL-83528 lista as ligas de prata-alumínio e níquel-grafite separadamente da prata pura.
Quais normas definem e testam essas propriedades?
| Padrão | O que abrange |
|---|---|
| ASTM D257 | Resistividade volumétrica e superficial de materiais isolantes e semicondutores |
| ASTM D991 | Resistividade volumétrica de elastômeros eletricamente condutores |
| MIL-DTL-83528 | Materiais de juntas de elastômero condutor para blindagem EMI, por tipo de enchimento |
| MIL-STD-285 / IEEE 299 | Medição da eficácia de blindagem de invólucros |
| ASTM D2240 | Dureza do durômetro |
| ASTM D412 / D624 | Resistência à tração, alongamento, rasgo |
| ASTM D395 | Conjunto de compressão |
| RoHS 2011/65/UE | Substâncias restritas, relevantes para aços com carga metálica. |
Uma folha de dados que cita apenas “condutivo, 10² Ω” sem um método de teste não é uma especificação. Pergunte qual norma, em qual espessura e sob qual pressão de contato.
Por que a resistência medida do componente nunca corresponde à da folha de dados?
Como a resistividade é uma propriedade do material e a resistência é um resultado geométrico, R = ρ × l / A. Um composto de 1 Ω·cm em uma pastilha de contato de 0,5 mm de espessura e 5 mm² comporta-se de maneira muito diferente do mesmo composto em uma junta com seção transversal de 3 mm.
Três fatores predominam na produção:
- Espessura e área de contato. Mais fino e mais largo significa menor resistência. Alterações no design da geometria da vedação modificam o desempenho elétrico de forma silenciosa.
- Compressão. A resistência de contato diminui à medida que a deflexão aumenta, normalmente estabilizando-se em algum ponto da faixa de compressão 15–30%. Juntas subcomprimidas apresentam leituras altas e inconsistentes.
- Condição da superfície. A superfície moldada, os resíduos do desmoldante e a limpeza pós-moldagem afetam a resistência de contato. Superfícies com carga de carbono medidas imediatamente após a desmoldagem podem apresentar valores diferentes das peças medidas após a cura a 200 °C por 4 horas.
Ao cotarmos componentes condutores, a especificação recebida frequentemente lista um valor de resistência em ohms sem informações sobre o dispositivo de fixação, a taxa de compressão ou o espaçamento entre as pontas de prova. Esse valor não pode ser comparado com outros valores em uma inspeção e é o motivo mais comum para contestações nos resultados da primeira análise.
Onde os limites da propriedade aparecem em partes reais
Comprimidos de contato para teclado. Pílulas de carbono na classe de 10¹–10³ Ω·cm, moldadas em um material não condutor. teclado de silicone personalizado corpo. O requisito elétrico é o fechamento de um interruptor, não a condução de corrente, portanto a deriva da resistência importa mais do que o valor absoluto. Veja nossa comparação de Teclados de silicone condutivos versus não condutivos e Materiais e graus de qualidade para teclados de silicone.
Juntas de blindagem EMI. Graus com carga metálica, especificados de acordo com a norma MIL-DTL-83528 pelo tipo de carga. Nesse caso, o material da carcaça e o ambiente corrosivo determinam a escolha da carga antes da resistividade.
Pontos de aterramento e proteção contra descarga eletrostática (ESD). Graus antiestáticos e ESD, onde o objetivo é dissipar a carga lentamente, não conduzi-la. Uma resistividade muito baixa é um defeito, não uma vantagem. Revestimento condutor. espuma de silicone As juntas de vedação entram em cena quando a tampa precisa vedar e drenar a eletricidade estática ao mesmo tempo.
Conectores Zebra/elastômeros. Camadas alternadas de condutores e isolantes, em vez de um composto condutor maciço; a propriedade que importa é o espaçamento e a faixa de compressão, e não apenas a resistividade volumétrica.
No lado isolante da mesma família de materiais, o comportamento básico é abordado em nossos guias. propriedades elétricas do silício e Tiras de borracha de silicone em isolamento elétrico. A condutividade térmica é um sistema de enchimento completamente diferente — veja condutividade térmica do silicone. Materiais eletricamente condutores e termicamente condutores não são o mesmo composto, e solicitar ambos em uma mesma classe geralmente significa adição de alumina ou nitreto de boro, o que aumenta a dureza novamente.
O que o silicone condutor não é
Não se trata de um fio. Mesmo as versões com prata têm uma resistência em torno de 0,001 Ω·cm, aproximadamente cinco ordens de magnitude superior à do cobre. O silicone condutor existe para fazer pontes, aterramento, blindagem e comutação — não para conduzir corrente significativa.
Também não se trata de uma substituição direta em termos de custo. Os aços carbono têm preços próximos aos dos compostos padrão. O níquel-grafite custa várias vezes mais, e os compostos com carga de prata são precificados pelo teor de prata, o que significa que a cotação varia de acordo com o mercado de metais e a taxa de sucata relacionada à geometria da peça afeta diretamente o custo unitário.
Perguntas frequentes
O silicone condutor é o mesmo que o silicone termicamente condutor?
Não. A condutividade elétrica provém de cargas de carbono ou metal que formam uma rede de percolação. A condutividade térmica geralmente provém de alumina ou nitreto de boro, que são isolantes elétricos.
Qual é a resistividade mais baixa disponível em borracha de silicone?
Os materiais com carga de prata pura atingem aproximadamente 0,001 Ω·cm. Abaixo desse valor, já não se trata de elastômeros, mas sim de contatos metálicos ou componentes folheados.
O silicone condutor pode ser de grau alimentício ou de grau médico?
A carga de negro de fumo geralmente exclui FDA 21 CFR 177.2600 e conformidade com a norma LFGB para contato direto com alimentos. Trate os materiais condutores como materiais industriais e eletrônicos, a menos que um composto específico em conformidade seja confirmado.
O silicone condutor perde a condutividade com o tempo?
A peça sobrevive, mas a resistência tende a aumentar com ciclos de aquecimento e compressão a longo prazo. A qualificação deve ser feita após envelhecimento térmico, não em amostras novas.
O que precisamos antes de cotar uma peça condutora
As propriedades acima apenas restringem as opções. Para definir um composto e um preço, quatro fatores determinam praticamente tudo: resistividade ou resistência alvo com seu método de teste, dureza e força de vedação necessárias, material da carcaça e ambiente corrosivo, e se a peça é moldada, extrudada ou cortada por matriz. folha de silicone. A escolha do material de enchimento decorre disso, e essa escolha define tanto o custo quanto a deriva que você verá no terceiro ano.
Se a exigência de resistência ainda for um único número sem nenhuma referência definida, essa é a primeira coisa a resolver — antes da fabricação das ferramentas, não depois da primeira peça.
Referências
- ASTM D257-14(2021)e1, Métodos de teste padrão para resistência CC ou condutância de materiais isolantes — ASTM International. https://www.astm.org/d0257-14r21e01.html
- ASTM D991-89(2020), Propriedade da borracha — Resistividade volumétrica de produtos eletricamente condutores e antiestáticos — ASTM International. https://store.astm.org/d0991-89r20.html
- MIL-DTL-83528, Material de vedação, Condutivo, Junta de blindagem, Eletrônica, Elastômero, EMI/RFI — Agência de Logística de Defesa dos EUA ASSIST, Revisão J, 11 de outubro de 2023. https://quicksearch.dla.mil/qsDocDetails.aspx?ident_number=34009
- IEEE Std 299-2006, Método padrão para medir a eficácia de invólucros de blindagem eletromagnética — IEEE Standards Association. https://standards.ieee.org/standard/299-2006.html
- 21 CFR 177.2600, Artigos de borracha destinados ao uso repetido — FDA dos EUA / eCFR, edição atual. https://www.ecfr.gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-B/part-177/subpart-C/section-177.2600
- Diretiva 2011/65/UE (RoHS), texto consolidado de 1 de janeiro de 2025 — EUR-Lex. https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2011/65/2025-01-01/eng
- Rahaman M. et al., Determinação do limiar de percolação da condutividade elétrica para compósitos de polímeros extrinsecamente condutores, Polymers (2019) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6418723/
- Miranda I. et al., Propriedades e aplicações do PDMS para engenharia biomédica: uma revisão (2022) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8788510/
- Propriedades características dos compostos de borracha de silicone — Shin-Etsu Chemical, catálogo de produtos (PDF). https://www.shinetsusilicone-global.com/catalog/pdf/rubber_e.pdf
