1. Pregledvodljiva guma
1.1 Definicija i karakteristike
Vodljiva guma je poseban gumeni materijal visoke električne vodljivosti. Dodavanjem vodljivih punila (kao što su čađa, metalni prah itd.) u gumenu matricu, cijeli kompozitni materijal ima dobru vodljivost.
U usporedbi s običnom gumom, vodljiva guma može se pohvaliti sljedećim iznimnim svojstvima:
- Posjeduje izvanredne vodljive kvalitete. Volumni otpor može doseći 10-3-10-6 Ω·cm, što je dovoljno za širok raspon vodljivih primjena.
- Čuva vrhunske mehaničke kvalitete gume, uključujući njezinu vlačnu čvrstoću, fleksibilnost i otpornost na trošenje.
- Može uspješno blokirati elektromagnetsko zračenje i ima odličan učinak elektromagnetske zaštite.
- Antistatik: sprječava nakupljanje i eksploziju statičke energije.
- Fleksibilan proizvodni postupak koji je jednostavan za oblikovanje i proizvodnju.
- Cijena je relativno mala i prikladna za široku upotrebu.
1.2 Glavne komponente
- Gumena matrica: silikon, nitril, prirodna guma i tako dalje.
- Čađa, vodljiva vlakna, metalni prah (bakar, aluminij, srebro itd.) itd. primjeri su vodljivih punila.
- Dodatni prateći materijali: plastifikator, sredstvo za umrežavanje, sredstvo za vulkanizaciju, itd.
Kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi primjene, može se izraditi nekoliko varijanti vodljive gume mijenjanjem vrsta i količina gore navedenih materijala.
1.3 Proces proizvodnje
- Miješanje: Vodljivo punilo, gumenu matricu i sve pomoćne komponente temeljito pomiješajte.
- Kalupljenje je proces prešanja ili ekstrudiranja smjese u oblike poput listova, profila itd.
- Vulkanizacija: Kako bi se poboljšala mehanička svojstva, oblikovani dijelovi podvrgavaju se visokotemperaturnoj vulkanizaciji i umrežavanju.
- Naknadna obrada: Ad hoc sekundarna obrada, poput lijepljenja, rezanja itd.
2. Podjela vodljive gume
2.1 Klasifikacija prema provodnom mehanizmu
2.1.1 Vrsta vlastite vodljivosti
Kada se vrhunski vodljivi polimerni sastojci izravno ugrade u gumenu matricu, rezultat je vodljiva guma koja je sama po sebi vodljiva. Ova klasa materijala, koja uključuje vodljive polimere poput polifenilena i polipirola, ima visoku inherentnu vodljivost. Pomoću skokovitog provođenja elektrona konjugirane veze, oni mogu postići protok struje.
Iako ova vrsta vodljive gume posjeduje snažnu antistatiku i visoku električnu vodljivost, njezina mehanička svojstva su loša, a uporaba je ograničena.
2.1.2 Vrsta vodljivosti dopinga
Dopirana vodljiva guma izrađuje se ugradnjom vodljivih punila u gumenu matricu i korištenjem vodljivih svojstava punila kako bi cijeli kompozitni materijal bio vodljiv. Često se koriste vodljiva punila uključujući vodljiva vlakna, metalni prah i čađu.
Ova vrsta vodljive gume ima visoku električnu vodljivost, vrhunsku upravljivost i izvrsna mehanička svojstva gume. Ova vrsta vodljive gume se najčešće koristi.
2.1.3 Mješoviti tip vodljivosti
Vodljiva guma s mješovitom vrstom vodljivosti spaja dopirane i inherentne vrste vodljivosti.
Iskorištava vrhunsku vodljivost prirodno vodljivih polimera i povećava ukupnu vodljivost dodatkom vodljivih punila. Ova vrsta vodljive gume općenito ima izvanredne rezultate i nudi prednosti i intrinzične i dopirane vrste vodljivosti.
Primjena je ograničena, trošak skup, a proces proizvodnje kompliciran.
2.2 Klasifikacija prema punilu
2.2.1 Vrsta punjena karbonom
Čađa, ugljična vlakna, grafit i drugi materijali koji sadrže ugljik koriste se kao vodljiva punila u vodljivoj gumi punjenoj ugljikom. Ova vrsta punila je jeftina, jednostavna za kombiniranje i distribuciju i nije korozivna za gumenu matricu.
Primjeri su proizvodi kao što su vodljiva guma od karbonskih vlakana i vodljiva čađa. Iako je ova vrsta vodljive gume jeftina i idealna za upotrebu u velikim razmjerima, njezine vodljive kvalitete često su ispod razine.
2.2.2 Vrsta punjena metalom
Metalni prah (kao što je bakar, aluminij, srebro itd.) koristi se kao vodljivo punilo u vodljivoj gumi punjenoj metalom. Izvrsna električna vodljivost je značajka metalnih materijala, koja može značajno povećati ukupnu električnu vodljivost.
Iako je cijena ovog oblika vodljive gume skupa i gumena matrica brzo korodira, ona nudi veliku električnu vodljivost. Tipična je vodljiva guma od bakrenog praha, vodljiva guma od srebrnog praha i drugi slični predmeti.
2.2.3 Ostale vrste punjenja
Mali postotak vodljivih guma također uključuje alternativna vodljiva punila, poput vodljivog keramičkog praha, vodljivih vlakana itd., uz punila na bazi metala i ugljika.
Svako od ovih punila ima jedinstvene kvalitete, a vi možete odabrati ono koje najbolje odgovara zahtjevima vaše posebne primjene. Međutim, općenito, nema puno prostora za primjenu.
3. Svojstva vodljive gume
3.1 Vodljiva svojstva
Najvažnija metrika performansi vodljive gume je vodljivost. Sljedeće karakteristike uglavnom predstavljaju vodljivost:
- Volumni otpor može zadovoljiti potrebe većine vodljivih 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.
- Učinak zaštite: ima sposobnost učinkovitog odbijanja elektromagnetskog zračenja, s učinkom zaštite od 20–60 dB.
- Stabilnost vodljivosti: Izvedba vodljivosti malo varira s varijacijama u okolnoj temperaturi i vlažnosti.
- Vrsta i koncentracija vodljivog punila i gumene matrice koji su odabrani određuju kvalitetu električne vodljivosti.
Vodljiva guma može se izraditi tako da odgovara različitim zahtjevima primjene usavršavanjem recepture i postupka proizvodnje.
3.2 Mehanička svojstva
- Vodljiva guma ima izvanredne mehaničke kvalitete i veliku električnu vodljivost.
- Vlačna čvrstoća: obično između 2 i 10 MPa, što zadovoljava zahtjeve za uobičajeni proces proizvodnje i primjene.
- Istezanje: Obično 100–500%, uz jaku sposobnost deformacije i fleksibilnost.
- Tvrdoća: Varijabilna ovisno o potrebama primjene; obično pada između 30 i 90 Shore A.
- Otpornost na habanje: bolja od obične gume, prikladna za situacije u kojima je potrebna otpornost na habanje.
Tajna jamstva mehaničkih kvaliteta vodljive gume je održavanje razumne kontrole nad formulom i procesom.
3.3 Prilagodljivost okolišu
- Za razliku od obične gume, vodljiva guma mora zadovoljiti određene standarde prilagodbe okolišu.
- Otpornost na visoke i niske temperature: često može tolerirati temperature između -40 i 150 stupnjeva, a neki jedinstveni predmeti mogu premašiti 60200 stupnjeva.
- Otpornost na kemijsku koroziju: Otporan je na nekoliko tvari, uključujući ulja, kiseline i lužine.
- Otpornost na vremenske uvjete: Sposobnost podnošenja starenja uzrokovanog ozonom, UV zračenjem i drugim elementima.
- Otpornost na plamen: Svojstva aditiva, kao što je usporivač plamena, mogu se poboljšati.
4. Područja primjene vodljive gume
4.1 Elektronička i elektroindustrija
Vodljiva guma se najčešće koristi u elektroničkoj i električnoj industriji, uglavnom za:
Elektromagnetska zaštita
Elektrostatičko pražnjenje
Vodljivi spoj
Prekidač na dodir itd.
kao što su dodirne tipke, brtve za uzemljenje, vodljive brtve i slično u elektroničkim uređajima poput računala, TV-a i mobitela.
4.2 Vojna i zrakoplovna područja
Slijede neke značajne upotrebe vodljive gume u zrakoplovnoj i obrambenoj industriji:
Elektromagnetska zaštita za radarsku i komunikacijsku opremu
Zaštita od elektrostatičkog pražnjenja i udara groma
Brtve svemirskih letjelica itd.
Može zadovoljiti stroge standarde u zrakoplovnoj i vojnoj industriji za ekološku prilagodljivost i pouzdanost performansi.
4.3 Medicinska i zdravstvena industrija
Vodljiva guma naširoko se koristi u medicini i zdravstvu, uglavnom za:
Zaštita od statičkog elektriciteta za medicinsku opremu
Vodljive podne prostirke u operacijskim dvoranama
Vodljivi dijelovi opreme za rehabilitaciju itd.
Često se koristi u medicinskim uređajima i opremi za rehabilitaciju zbog svoje jake biokompatibilnosti i mogućnosti čišćenja.
4.4 Ostala područja
Uz gore navedene glavne primjene, vodljiva guma također se široko koristi u:
Vodljivo uzemljenje energetske opreme
Elektrostatičko pražnjenje i EMC zaštita u automobilskoj industriji
Vodljivi podovi u industriji ukrašavanja zgrada itd.
5. Trend razvoja vodljive gume
5.1 Primjena novih punila
Nova vodljiva punila poput grafena, ugljikovih nanocijevi, vodljivih polimera itd. postupno zauzimaju mjesto tradicionalnih poput metalnog praha, čađe itd. Ova nova punila mogu dodatno poboljšati učinkovitost vodljive gume jer su poboljšala mehaničke, električne, i prilagodljivost okolini.
5.2 Projektiranje spregnutih konstrukcija
Današnje stroge postavke primjene više se ne mogu zadovoljiti jednim vodljivim punilom, pa je došlo do pomaka prema miješanju brojnih punila. Na primjer, kombinirana uporaba ugljikovih nanocijevi, čađe, grafena i metalnog praha može u potpunosti iskoristiti prednosti različitih punila i stvoriti učinkovitiju vodljivu gumu.
5.3 Trend funkcionalne integracije
Put razvoja vodljive gume je prema multifunkcionalnoj integraciji. Osim svoje iznimne vodljivosti, također posjeduje dodatna svojstva uključujući samoizlječenje, zaštitu i apsorpciju valova. Zamršeni zahtjevi suvremene elektroničke opreme mogu se bolje zadovoljiti ovom vrstom funkcionalne integracije.
5.4 Poboljšanje učinka na okoliš
Vodljiva guma razvija se u smjeru zaštite okoliša i razgradljivosti u tandemu s rastućom sviješću o zaštiti okoliša. Budući razvoj vodljive gume vjerojatno će se snažno usredotočiti na poboljšanje mogućnosti recikliranja proizvoda korištenjem ekološki prihvatljivih sirovina i proizvodnih tehnika.