1. Ülevaadejuhtiv kumm
1.1 Määratlus ja omadused
Juhtiv kumm on kõrge elektrijuhtivusega spetsiaalne kummimaterjal. Lisades kummimaatriksisse juhtivaid täiteaineid (nagu tahm, metallipulber jne), on kogu komposiitmaterjal hea juhtivusega.
Võrreldes tavalise kummiga on juhtival kummil järgmised erakordsed omadused:
- Omab silmapaistvaid juhtivaid omadusi. Mahutakistus võib ulatuda 10-3-10-6 Ω·cm-ni, mis on piisav paljude juhtivate rakenduste jaoks.
- See säilitab kummi suurepärased mehaanilised omadused, sealhulgas selle tõmbetugevuse, paindlikkuse ja kulumiskindluse.
- See suudab edukalt blokeerida elektromagnetkiirgust ja sellel on suurepärane elektromagnetiline varjestus.
- Antistaatiline: peatab staatilise energia kogunemise ja plahvatuse.
- Paindlik tootmisprotseduur, mida on lihtne vormida ja toota.
- Kulud on suhteliselt väikesed ja sobivad laialdaseks kasutamiseks.
1.2 Põhikomponendid
- Kummimaatriks: silikoon, nitriil, looduslik kautšuk ja nii edasi.
- Juhtiva täiteaine näideteks on tahm, juhtiv kiud, metallipulber (vask, alumiinium, hõbe jne) jne.
- Täiendavad tugimaterjalid: plastifikaator, ristsiduv aine, vulkaniseeriv aine jne.
Erinevate kasutusvajaduste rahuldamiseks võib ülaltoodud materjalide tüüpe ja koguseid muutes valmistada mitut tüüpi juhtivat kummi.
1.3 Tootmisprotsess
- Segamine: Segage juhtiv täiteaine, kummimaatriks ja kõik abikomponendid põhjalikult kokku.
- Vormimine on segu pressimine või ekstrudeerimine sellistesse vormidesse nagu lehed, profiilid jne.
- Vulkaniseerimine: mehaaniliste omaduste parandamiseks läbivad vormitud tükid kõrgel temperatuuril vulkaniseerimise ja ristsidumise.
- Järeltöötlus: ad hoc sekundaarne töötlemine, näiteks liimimine, lõikamine jne.
2. Juhtiva kummi klassifikatsioon
2.1 Klassifikatsioon juhtivuse mehhanismi järgi
2.1.1 Sisejuhtivuse tüüp
Kui suurepärased juhtivad polümeersed koostisosad lisatakse otse kummimaatriksisse, on tulemuseks juhtiv kumm, mis on oma olemuselt juhtiv. Sellel materjaliklassil, mis hõlmab juhtivaid polümeere nagu polüfenüleen ja polüpürrool, on kõrge omane juhtivus. Konjugeeritud sideme elektronide hüppejuhtivuse abil suudavad nad saavutada voolu voolu.
Kuigi seda tüüpi juhtival kummil on tugev antistaatiline ja kõrge elektrijuhtivus, on selle mehaanilised omadused kehvad ja kasutusalad on piiratud.
2.1.2 Dopingu juhtivuse tüüp
Legeeritud juhtiv kumm valmistatakse, lisades kummimaatriksisse juhtivaid täiteaineid ja kasutades täiteainete juhtivaid omadusi kogu komposiitmaterjali juhtivuse tagamiseks. Sageli kasutatakse juhtivaid täiteaineid, sealhulgas juhtivat kiudu, metallipulbrit ja tahma.
Seda tüüpi juhtival kummil on kõrge elektrijuhtivus, suurepärane juhitavus ja kummi suurepärased mehaanilised omadused. Seda tüüpi juhtivat kummi kasutatakse kõige sagedamini.
2.1.3 Segajuhtivuse tüüp
Segatud juhtivustüübiga juhtiv kumm ühendab legeeritud ja omase juhtivuse tüübid.
See kasutab ära looduslikult juhtivate polümeeride paremat juhtivust ja suurendab juhtivate täiteainete lisamisega üldist juhtivust. Selline juhtiv kumm toimib üldiselt erakordselt hästi ja pakub nii sisemise kui ka legeeritud juhtivuse eeliseid.
Rakendus on piiratud, hind on kallis ja tootmisprotsess on keeruline.
2.2 Klassifikatsioon täiteaine järgi
2.2.1 Süsiniktäidisega tüüp
Süsimust, süsinikkiudu, grafiiti ja muid süsinikku sisaldavaid materjale kasutatakse süsinikupõhises täidetud juhtivas kummis juhtivate täiteainetena. Selline täiteaine on odav, seda on lihtne kombineerida ja jaotada ning see ei korrodeeri kummimaatriksit.
Näited on sellised tooted nagu juhtiv süsinikkiust kumm ja juhtiv süsinikkumm. Kuigi seda tüüpi juhtiv kumm on odav ja ideaalne suuremahuliseks kasutamiseks, on selle juhtivusomadused sageli kehvad.
2.2.2 Metallist täidetud tüüp
Metallipulbrit (nagu vask, alumiinium, hõbe jne) kasutatakse juhtiva täiteainena metalliga täidetud juhtivas kummis. Suurepärane elektrijuhtivus on metallmaterjalide omadus, mis võib oluliselt suurendada kogu elektrijuhtivust.
Kuigi seda tüüpi juhtiva kummi maksumus on kulukas ja kummimaatriks korrodeerub kiiresti, pakub see suurepärast elektrijuhtivust. Tüüpiline on juhtiv vaskpulberkumm, juhtiv hõbepulberkumm ja muud sarnased esemed.
2.2.3 Muud täitetüübid
Väike osa juhtivatest kummidest sisaldab lisaks metallil ja süsinikul põhinevatele täiteainetele ka alternatiivseid juhtivaid täiteaineid, nagu juhtiv keraamiline pulber, juhtivad kiud jne.
Igal neist täiteainetest on ainulaadsed omadused ja saate valida selle, mis sobib teie konkreetse rakenduse nõudmistele kõige paremini. Kuid üldiselt pole rakenduse jaoks palju ruumi.
3. Juhtiva kummi omadused
3.1 Juhtivad omadused
Juhtiva kummi kõige olulisem jõudlusnäitaja on juhtivus. Järgmised omadused näitavad enamasti juhtivust:
- Mahutakistus võib rahuldada enamiku juhtivate rakenduste vajadusi; see on tavaliselt vahemikus 10-3-10-6 Ω·cm.
- Pinnatakistus: tavaliselt alla 106 Ω, see võib edukalt peatada staatilise elektri tekke.
- Varjestuse mõju: sellel on 20–60 dB varjestusefektiga võime elektromagnetkiirgust tõhusalt kõrvale juhtida.
- Juhtivuse stabiilsus: Juhtivus varieerub veidi sõltuvalt ümbritseva temperatuuri ja niiskuse kõikumisest.
- Valitud juhtiva täiteaine ja kummimaatriksi liik ja kontsentratsioon määravad elektrijuhtivuse kvaliteedi.
Retsepti ja tootmisprotseduuri täiustamise teel saab elektrit juhtivat kummi valmistada nii, et see vastaks erinevatele kasutusnõuetele.
3.2 Mehaanilised omadused
- Juhtival kummil on silmapaistvad mehaanilised omadused ja suurepärane elektrijuhtivus.
- Tõmbetugevus: tavaliselt vahemikus 2 kuni 10 MPa, mis vastab tavapäraste protsesside valmistamise ja rakendamise nõuetele.
- Venivus: Tavaliselt 100–500%, tugeva deformatsioonivõime ja paindlikkusega.
- Kõvadus: muutuv vastavalt rakenduse vajadustele; jääb tavaliselt vahemikku 30–90 Shore A.
- Kulumiskindlus: tavalisest kummist parem, sobib olukordades, kus on vaja kulumiskindlust.
Juhtiva kummi mehaaniliste omaduste tagamise saladus on valemi ja protsessi mõistliku kontrolli säilitamine.
3.3 Keskkonnaga kohanemisvõime
- Erinevalt tavalisest kummist peab juhtiv kumm vastama teatud keskkonnaga kohanemise standarditele.
- Vastupidavus kõrgetele ja madalatele temperatuuridele: see talub sageli temperatuure vahemikus -40 kuni 150 kraadi ja mõned ainulaadsed esemed võivad ületada 60 200 kraadi .
- Keemiline korrosioonikindlus: see on vastupidav mitmele ainele, sealhulgas õlidele, hapetele ja leelistele.
- Ilmastikukindlus: võime taluda osooni, UV-kiirguse ja muude elementide põhjustatud vananemist.
- Leegiaeglustus: lisandi, näiteks leegiaeglusti, omadusi saab parandada.
4. Juhtiva kummi kasutusvaldkonnad
4.1 Elektroonika- ja elektritööstus
Elektrit juhtivat kummi on elektroonika- ja elektritööstuses kõige laialdasemalt kasutatav, peamiselt kasutatakse:
Elektromagnetiline varjestus
Elektrostaatiline lahendus
Juhtiv ühendus
Puutelüliti jne.
nagu puutenupud, maandustihendid, juhtivad tihendid jms elektroonikaseadmetes, nagu arvutid, telerid ja mobiiltelefonid.
4.2 Sõjaväe- ja kosmosevaldkonnad
Järgmised on juhtiva kummi olulised kasutusalad lennunduses ja kaitsetööstuses:
Radari- ja sideseadmete elektromagnetiline varjestus
Elektrostaatilise lahenduse ja pikselöögi kaitse
Kosmoselaevade tihendid jne.
See suudab vastata kosmose- ja sõjatööstuse rangetele standarditele keskkonnaga kohanemise ja töökindluse osas.
4.3 Meditsiini- ja tervishoiutööstus
Juhtivat kummi kasutatakse laialdaselt meditsiinis ja tervishoius, peamiselt:
Staatilise elektri kaitse meditsiiniseadmetele
Juhtivad põrandamatid operatsioonisaalides
Taastusravi seadmete juhtivad osad jne.
Seda kasutatakse sageli meditsiiniseadmetes ja taastusraviseadmetes selle tugeva biosobivuse ja puhastatavuse tõttu.
4.4 Muud valdkonnad
Lisaks ülalmainitud peamistele rakendustele kasutatakse juhtivat kummi laialdaselt ka:
Elektriseadmete juhtiv maandus
Elektrostaatilise lahenduse ja elektromagnetilise ühilduvuse kaitse autotööstuses
Juhtivad põrandakatted hoone dekoratiivtööstuses jne.
5. Juhtiva kummi arengutrend
5.1 Uute täiteainete pealekandmine
Uued juhtivad täiteained, nagu grafeen, süsinik-nanotorud, juhtivad polümeerid jne, hakkavad järk-järgult asendama traditsioonilisi täiteaineid, nagu metallipulber, tahm jne. Need uudsed täiteained võivad veelgi parandada juhtiva kummi jõudlust, kuna need on täiustanud mehaanilisi, elektrilisi, ja keskkonnaga kohanemisvõime.
5.2 Komposiitkonstruktsioonide projekteerimine
Tänapäeva raskeid rakendussätteid ei saa enam rahuldada ühe juhtiva täiteainega ja on toimunud nihe paljude täiteainete segamise suunas. Näiteks süsinik-nanotorude, tahma, grafeeni ja metallipulbri kombineeritud kasutamine võib täielikult ära kasutada erinevate täiteainete eeliseid ja luua tõhusama juhtiva kummi.
5.3 Funktsionaalse integratsiooni suundumus
Juhtiva kummi arendamise tee on multifunktsionaalse integratsiooni suunas. Lisaks erakordsele juhtivusele on sellel ka täiendavad omadused, sealhulgas iseparanemine, varjestus ja lainete neeldumine. Seda tüüpi funktsionaalse integratsiooni abil saab paremini täita kaasaegsete elektroonikaseadmete keerukaid nõudeid.
5.4 Keskkonnategevuse tulemuslikkuse parandamine
Juhtiv kumm areneb keskkonnakaitse ja lagunemise suunas koos kasvava keskkonnakaitseteadlikkusega. Tulevased elektrit juhtiva kummi arendused keskenduvad tõenäoliselt suuresti toodete ringlussevõetavuse parandamisele, kasutades keskkonnasõbralikke tooraineid ja tootmistehnikaid.