第一节 导电橡胶的概念
导电橡胶是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中,通过压力使导电颗粒接触,达到良好的导电性能。在军事和商业上都有应用。其主要作用是密封和电磁屏蔽。产品可以模压或挤出成形,有片装或其他的冲切形状可供选择。屏蔽性能高达120 dB (10 GHz)。分为CONSIL-NC(石墨镀镍填硅橡胶)CONSIL-V (银填充硅橡胶挤出衬垫) CONSIL-A (铝镀银填硅橡胶) CONSIL-N (镍镀银填硅橡胶) CONSIL-C(铜镀银填硅橡胶) SC-CONSIL(石墨填硅橡胶CONSIL-R (纯银填硅橡胶) CONSIL-II(银填硅橡胶模制衬垫)等。(立项报告)
第二节 导电橡胶的应用
随着近年来集成电路和大规模电子产业的发展,导电橡胶的
研究与应用也迅猛发展起来。随着许多高精尖技术的新型电子产品的问世,各种高精密的新型导电橡胶制品也相继出现。
1.等向性导电橡胶
等向性导电橡胶在各个方向都具有均一的导电性。既有弹性又有适宜的电阻,不产生振荡,开关负荷小,可制成任意形状的按键开关。目前,已用于制作电脑和电子游戏机的键盘。
2.异向性导电橡胶
异向性导电橡胶具有一定方向的导电性。它适用于液晶显示器内的高电阻连接器或印刷电路板触头的低电阻连接器。
3.压敏导电橡胶
压敏导电橡胶的导电性随着压力的增加电阻变小,在不受力时一般为绝缘体。它有两种类型:一是开关型,不受压力时为绝缘体,当压力达到一定值后,电阻急剧降低至导电状态。可用于制造固态开关元件和无冲击开关元件,如高速公路或道路用的车辆资讯感测器等。二是类比型,其电阻值随压力的变化而逐渐变化。
4.电磁屏蔽用导电橡胶
由于电子仪器、通讯器材和电脑本身会产生电磁波,同时也会受到外界电磁波的干扰,因此,要对电磁波进行屏蔽。用导电橡胶进行电磁屏蔽的原理是:通过导电橡胶密封件的环流诱导作用, 反射和吸收部分外界所注入的(或自身发射的) 电磁波的能量, 使屏蔽面透过的残留电磁波能量减弱到安全网络系统可以接受的程度。其目的就是用导电材料把电磁场限制在一个区间, 或者是将电磁场的强度减弱到一个规定的数值内。
5.抗静电导电橡胶
过去抗静电导电橡胶多以炭黑为导电填料,体积电阻率为104~108Ω·cm,制品为黑色,橡胶老化后会析出炭黑从而污染环境。近年来,国内多采用硅系硅化物填料,可制成不同颜色的彩色抗静电导电橡胶,其体积电阻率为105~107Ω·cm,抗静电性能比黑色橡胶好。
第三节 导电橡胶的导电机理
自从复合型导电橡胶问世以来,人们对其导电机理进行了广泛的
研究。复合型导电橡胶的导电机理十分复杂,通常从导电通路如何形成和材料形成导电通路后如何导电两个方面进行
研究。目前,比较流行的理论主要有宏观渗滤理论,即导电通路理论和量子力学隧道效应理论。
1.宏观渗滤理论(导电通路机理)
宏观渗滤理论主要
研究电阻率和填料浓度的关系,并不涉及导电的本质,只是从宏观角度解释复合材料的导电现象,该理论认为复合材料体系内部的导电是通过导电填料在基体中相互衔接形成连续的导电网络提供电子流动通道来实现的。即当橡胶中导电填料用量增大到某一临界值时,橡胶内部形成较完整的导电通路网络,橡胶的电阻率会急剧下降。在电阻率与导电填料用量的关系中,存在一个狭窄的突变区域,在此区域内导电填料用量的任何微小变化都会导致橡胶电阻率显著变化,这种现象称为渗滤现象,导电填料的临界用量通常称为渗滤值。
2.量子力学隧道效应理论
在人们的
研究过程中发现,导电体系中的导电粒子在还未完全接触时就产生了明显的导电现象,于是就产生了隧道效应学说。该学说的理论依据是量子力学理论。即当导电填料用量较小时,橡胶基体内部导电粒子间距较大,复合材料微观结构中尚未形成导电通路网络,此时仍可能存在导电现象,这种导电现象是由热振动电子在导电粒子之间的迁移所致,导电电流是导电粒子间隙宽度的指数函数。隧道效应几乎仅仅发生在距离很接近的导电粒子之间,间隙过大的导电粒子之间没有电流传导。
第四节 导电橡胶电磁屏蔽原理
1.导电橡胶内填充的导电颗粒当填充一定体积份数时,相互接触,形成电子连续状态,当外界电磁场到导电橡胶外部时,强烈的电磁波打到导电颗粒自由电子上,自由电子自由运动,自由电子在运动过程中形成与外界电磁场相反的电磁场,内外电磁场相互抵消,达到削弱电磁干扰波的作用。
2.另外一个原理是能量转化,能量守恒定律,电磁波打到自由电子上,自由电子运动过程中,由于导电颗粒是有一定电阻,产生热量,即电磁干扰波——自由电子运动动能——热能,以削弱电磁干扰波。
依据电流、电压和电阻的关系,只要有电压降时,总是会存在一定电流流动,只是电流太小,人感觉不到。导电橡胶的体积电阻相对金属还是很大,依据体积电阻与距离成正比的关系,距离越长,阻值越大。在医用电极上,导电橡胶已经被广泛应用,此时导电橡胶电极较薄,一般是在1mm以下,电极只是在上下二个面接触,即距离只有1mm,这时导电橡胶是完全通电的。
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