Uvod u vodljivu gumu

1. Pregled odprovodljiva guma

1.1 Definicija i karakteristike

Provodljiva guma je poseban gumeni materijal visoke električne provodljivosti. Dodavanjem provodljivih punila (kao što su čađa, metalni prah, itd.) u gumenu matricu, cijeli kompozitni materijal ima dobru provodljivost.

U poređenju sa običnom gumom, provodljiva guma ima sledeće izuzetne kvalitete:

• Posjeduje izvanredne provodne kvalitete. Volumenska otpornost je sposobna da dostigne 10-3-10-6 Ω·cm, što je dovoljno za širok spektar provodljivih aplikacija.
• Čuva vrhunske mehaničke kvalitete gume, uključujući njenu vlačnu čvrstoću, fleksibilnost i otpornost na habanje.
• Može uspješno blokirati elektromagnetno zračenje i ima odličan efekat elektromagnetne zaštite.
• Antistatik: sprečava nakupljanje i eksploziju statičke energije.
• Fleksibilan proizvodni postupak koji je jednostavan za formiranje i proizvodnju.
• Trošak je relativno mali i prikladan za široku upotrebu.

1.2 Glavne komponente

1. Gumena matrica: silikon, nitril, prirodna guma i tako dalje.
2. Čađa, provodna vlakna, metalni prah (bakar, aluminijum, srebro, itd.), itd. su primeri provodnog punila.
3. Dodatni prateći materijali: plastifikator, sredstvo za umrežavanje, sredstvo za vulkanizaciju itd.

Da bi se zadovoljili različiti zahtjevi primjene, može se napraviti nekoliko varijanti provodljive gume mijenjanjem vrsta i količina gore navedenih materijala.

1.3 Proces proizvodnje

• Miješanje: Temeljno pomiješajte provodljivo punilo, gumenu matricu i sve pomoćne komponente.
• Kalupljenje je proces presovanja ili ekstrudiranja mješavine u oblike poput listova, profila itd.
• Vulkanizacija: Da bi se poboljšale mehaničke kvalitete, oblikovani komadi se podvrgavaju visokotemperaturnoj vulkanizaciji i unakrsnom povezivanju.
• Naknadna obrada: ad hoc sekundarna obrada, kao što je lijepljenje, rezanje, itd.

2. Klasifikacija provodljive gume

2.1 Klasifikacija prema provodljivom mehanizmu

2.1.1 Tip unutrašnje provodljivosti

Kada se vrhunski provodljivi polimerni sastojci direktno ugrade u gumenu matricu, rezultat je provodljiva guma koja je intrinzično provodljiva. Ova klasa materijala, koja uključuje provodljive polimere kao što su polifenilen i polipirol, ima visoku inherentnu provodljivost. Pomoću provodljivosti konjugovane veze, oni su u stanju da ostvare protok struje.

Iako ova vrsta provodljive gume ima jak antistatik i visoku električnu provodljivost, njene mehaničke kvalitete su slabe, a upotreba je ograničena.

2.1.2 Tip provodljivosti dopinga

Dopirana provodljiva guma je napravljena ugradnjom provodnih punila u gumenu matricu i korištenjem provodnih svojstava punila kako bi se ostvarila provodljivost cjelokupnog kompozitnog materijala. Često se koriste provodna punila uključujući provodna vlakna, metalni prah i čađu.

Ova vrsta provodljive gume ima visoku električnu provodljivost, superiornu upravljivost i velike mehaničke kvalitete gume. Ova vrsta provodljive gume najčešće se koristi.

2.1.3 Tip mješovite provodljivosti

Provodljiva guma s mješovitim tipom provodljivosti miješa dopirane i inherentne tipove provodljivosti.

Iskorištava prednost superiorne provodljivosti prirodno vodljivih polimera i poboljšava ukupnu provodljivost dodatkom provodljivih punila. Ova vrsta provodljive gume ima izuzetan učinak u cjelini i nudi prednosti i intrinzične i dopirane provodljivosti.

Primjena je ograničena, cijena je skupa, a proces proizvodnje je komplikovan.

2.2 Klasifikacija prema punilu

2.2.1 Tip ispunjen ugljikom

Čađa, karbonska vlakna, grafit i drugi ugljični materijali koriste se kao provodljiva punila u provodnoj gumi napunjenoj ugljikom. Ova vrsta punila je jeftina, jednostavna za kombinovanje i distribuciju i nije korozivna za gumenu matricu.

Proizvodi kao što su provodljiva guma od karbonskih vlakana i provodna guma od čađe su primjeri. Iako je ova vrsta provodljive gume jeftina i idealna za upotrebu velikih razmjera, njeni kvaliteti provodljivosti su često slabi.

2.2.2 Tip punjenog metalom

Metalni prah (kao što je bakar, aluminijum, srebro, itd.) se koristi kao provodljivo punilo u provodnoj gumi punjenoj metalom. Odlična električna provodljivost je karakteristika metalnih materijala, što može značajno povećati ukupnu električnu provodljivost.

Iako je cijena ovog oblika provodljive gume skupa i gumena matrica brzo korodira, nudi veliku električnu provodljivost. Tipični su provodljiva bakrena guma u prahu, provodljiva srebrna guma u prahu i drugi slični predmeti.

2.2.3 Druge vrste punjenja

Mali procenat provodljivih guma uključuje i alternativna provodna punila, kao što je provodljivi keramički prah, provodna vlakna itd., pored punila na bazi metala i ugljenika.

Svaki od ovih punila ima jedinstvene kvalitete, a vi možete odabrati onaj koji najbolje odgovara zahtjevima vaše primjene. Međutim, generalno, nema puno prostora za primjenu.

3. Svojstva provodljive gume

3.1 Provodna svojstva

Najznačajnija metrika performansi za provodljivu gumu je provodljivost. Sljedeće karakteristike uglavnom predstavljaju provodljivost:

• Volumenska otpornost može zadovoljiti potrebe većine provodljivih aplikacija; obično je u rasponu od 10-3-10-6 Ω·cm.
• Površinski otpor: Obično manji od 106 Ω, može uspješno zaustaviti nakupljanje statičkog elektriciteta.
• Efekat zaštite: Ima sposobnost da efikasno odbija elektromagnetno zračenje, sa efektom zaštite od 20-60 dB.
• Stabilnost provodljivosti: Provodne performanse neznatno variraju s varijacijama u okolnoj temperaturi i vlažnosti.
• Vrsta i koncentracija provodljivog punila i gumene matrice koji su odabrani određuju kvalitetu električne provodljivosti.

Provodljiva guma se može napraviti tako da odgovara različitim zahtjevima primjene rafiniranjem recepture i proizvodnog postupka.

3.2 Mehanička svojstva

• Provodljiva guma ima izvanredne mehaničke kvalitete i veliku električnu provodljivost.
• Zatezna čvrstoća: obično između 2 i 10 MPa, što zadovoljava zahtjeve za uobičajeni proces proizvodnje i primjene.
• Izduženje: Obično 100-500%, sa jakom sposobnošću deformacije i fleksibilnošću.
• Tvrdoća: Varijabilna prema potrebama aplikacije; tipično pada između 30 i 90 Shore A.
• Otpornost na habanje: superiorna u odnosu na običnu gumu, pogodna za situacije u kojima je potrebna otpornost na habanje.

Tajna garantovanja mehaničkih kvaliteta provodljive gume je održavanje razumne kontrole nad formulom i procesom.

3.3 Prilagodljivost okoline

1. Za razliku od obične gume, provodljiva guma mora zadovoljiti određene standarde prilagođavanja okolišu.
2. Otpornost na visoke i niske temperature: Često može tolerisati temperature između -40 i 150 stepeni, a neki jedinstveni predmeti imaju sposobnost da premaše 60200 stepeni.
3. Otpornost na hemijsku koroziju: Otporan je na nekoliko supstanci, uključujući ulja, kiseline i alkalije.
4. Otpornost na vremenske prilike: Sposobnost da izdrži starenje uzrokovano ozonom, UV zračenjem i drugim elementima.
5. Otpornost na plamen: kvalitete aditiva, kao što je usporivač plamena, mogu se poboljšati.

4. Područja primjene provodljive gume

4.1 Elektronska i elektroindustrija

Provodljiva guma se najviše koristi u elektronskoj i električnoj industriji, uglavnom se koristi za:

Elektromagnetna zaštita
Elektrostatičko pražnjenje
Konduktivna veza
Prekidač na dodir itd.

kao što su dugmad na dodir, brtve za uzemljenje, provodne zaptivke i slično u elektronskim uređajima kao što su kompjuteri, televizori i mobilni telefoni.

4.2 Vojna i vazduhoplovna polja

Sljedeće su neke značajne upotrebe provodljive gume u svemirskoj i odbrambenoj industriji:

Elektromagnetna zaštita za radarsku i komunikacijsku opremu
Zaštita od elektrostatičkog pražnjenja i udara groma
Pečati svemirskih letjelica itd.

Može da zadovolji stroge standarde u vazduhoplovnoj i vojnoj industriji za prilagodljivost okolini i pouzdanost performansi.

4.3 Medicinska i zdravstvena industrija

Provodljiva guma se široko koristi u medicinskim i zdravstvenim poljima, uglavnom za:

Zaštita od statičkog elektriciteta za medicinsku opremu
Provodne podne prostirke u operacionim salama
Provodni dijelovi opreme za rehabilitaciju itd.

Često se koristi u medicinskim uređajima i opremi za rehabilitaciju zbog svoje jake biokompatibilnosti i mogućnosti čišćenja.

4.4 Ostale oblasti

Osim gore navedenih glavnih primjena, vodljiva guma se također široko koristi u:

Konduktivno uzemljenje energetske opreme
Elektrostatičko pražnjenje i EMC zaštita u automobilskoj industriji
Provodni podovi u industriji dekoracije zgrada, itd.

5. Trend razvoja provodne gume

5.1 Primjena novih punila

Nova provodljiva punila kao što su grafen, ugljenične nanocevi, provodljivi polimeri, itd. postepeno zauzimaju mesto tradicionalnih kao što su metalni prah, čađa, itd. Ova nova punila mogu dodatno poboljšati performanse provodljive gume jer su poboljšala mehaničke, električne, i prilagodljivost okolini.

5.2 Projektovanje kompozitnih konstrukcija

Današnje stroge postavke primjene više ne mogu biti zadovoljene jednim provodljivim punilom, a došlo je i do pomaka prema spajanju brojnih punila. Na primjer, kombinovana upotreba ugljičnih nanocijevi, čađe, grafena i metalnog praha može u potpunosti iskoristiti prednosti različitih punila i stvoriti učinkovitiju provodljivu gumu.

5.3 Trend funkcionalne integracije

Put razvoja provodne gume je ka multifunkcionalnoj integraciji. Osim svoje izuzetne provodljivosti, posjeduje i dodatna svojstva uključujući samoizlječenje, zaštitu i apsorpciju valova. Složeni zahtjevi savremene elektronske opreme mogu se bolje ispuniti ovom vrstom funkcionalne integracije.

5.4 Poboljšanje ekoloških performansi

Konduktivna guma se razvija u pravcu zaštite životne sredine i razgradljivosti u tandemu sa rastućom svešću o zaštiti životne sredine. Budući razvoj provodljive gume vjerovatno će se u velikoj mjeri fokusirati na poboljšanje recikliranja proizvoda korištenjem ekološki prihvatljivih sirovih sastojaka i proizvodnih tehnika.