Leitfähigkeit von Polyurethan durch leitfähige Additive verbessern

Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung sind die meisten Elastomere – einschließlich Gummi, Polyurethane und Silikone – natürliche Isolatoren. Die elektrische Leitfähigkeit kann durch Zugabe leitfähiger Additive im Herstellungsprozess verbessert werden. Bei Polyurethanen resultiert die Verwendung leitfähiger Additive in halbleitfähigen Materialien. Die spezifische Chemie bestimmt den Leitfähigkeitsgrad sowie die physikalischen Eigenschaften des Materials. In diesem Beitrag besprechen wir Technologien zur Herstellung elektrisch leitfähiger Polyurethane, die Vorteile leitfähiger Polyurethane im Produktdesign und Endanwendungen für diese konstruierten Materialien.

Nicht alle Leitfähigkeit ist gleich

Eine traditionelle Methode zur Herstellung halbleitfähiger Polyurethane war die Verwendung von Ruß (Carbon Black). Ruß entsteht durch unvollständige Verbrennung bestimmter Brennstoffe, insbesondere ölbasierter. Chemisch gesehen ist Ruß ein Gitter aus kristallartigen Kohlenstoffmolekülen, die elektrisch leitfähig sind. Ruß ist in Polyurethan-Chemie inert, was die Einbindung in traditionelle Formprozesse erleichtert. Dabei werden die festen Rußpartikel von der Polyurethan-Matrix umschlossen und fixiert. Zwar erreicht Ruß das Ziel der Leitfähigkeit, schafft aber auch unerwünschte Probleme:

• Gleichmäßigkeit der Leitfähigkeit – Da sich die festen Rußpartikel in der flüssigen Polyurethan-Mischung in Schwerkraftrichtung absetzen, weist das resultierende Material keine gleichmäßige Leitfähigkeit auf. Mit Verschleiß ändert sich die Leitfähigkeit des Produkts.
• Hinterlässt Spuren – Während des Betriebs hinterlässt der Ruß im Polyurethan bei Kontakt mit anderen Materialien Markierungen auf der Kontaktfläche, ähnlich wie Graphit. Dies ist problematisch in Medienhandhabungsanwendungen, wo diese Markierungen unerwünschte Ergebnisse verursachen.
• Bleibt nicht an Ort und Stelle – Wenn Polyurethan-Produkte mit Ruß verschleißen, gibt die Matrix den Ruß in die Umgebung frei. Dieser unerwünschte Abrieb kann in elektrischen oder mechanischen Geräten große Probleme verursachen.

MPCs Durethane® C nutzt unsere patentierte Metallsalz-Technologie, um halbleitfähige Polyurethane ohne die Probleme von Ruß herzustellen. Wir lösen die leitfähigen Elemente in kontrollierter Umgebung im flüssigen Polymer auf, bevor das Material aushärtet. Dies gewährleistet, dass die leitfähigen Elemente homogen im Polyurethan-Gemisch verteilt sind.

Innerhalb der Mischung gehen die Polyurethan-Moleküle eine elektrochemische Wechselwirkung mit den leitfähigen Elementen ein, die durch den Gussprozess erhalten bleibt. Dies erzeugt leitfähige Materialien, die die robusten physikalischen Eigenschaften von Polyurethanen beibehalten.

Wann leitfähige Polyurethane einsetzen

Halbleitfähige Polyurethane eignen sich ideal zur Ableitung statischer Aufladung oder zum Übertragen elektrischer Ladungen. Im ersten Fall kann sich elektrostatische Aufladung bei mechanischen Vorgängen durch Reibung aufbauen. Unkontrolliert kann dies Entladungen erzeugen, die empfindliche Elektronik beschädigen oder die Nutzererfahrung stören. Leitfähige Polyurethane können im Design integriert werden, um statische Aufladung sicher und effektiv abzuleiten. Sie spielen auch eine Schlüsselrolle in elektromechanischen Mechanismen, die überlegene Materialeigenschaften und Ladungsübertragung erfordern.

Fazit

Halbleitfähige Polyurethane können eine Schlüsselrolle in Baugruppen oder Mechanismen spielen, die statische Aufladung erzeugen oder Ladungsübertragung erfordern. Bei Materialentscheidungen im Produktdesign ist es wichtig, die für den erfolgreichen Betrieb erforderlichen physikalischen Eigenschaften sowie die Verschleißfestigkeit des Materials zu berücksichtigen. Suchen Sie Materialunterstützung für Ihr Produktdesign? Laden Sie unseren Durethane® C Technologie-Überblick herunter oder greifen Sie auf unser Durethane® C Materialdatenblatt zu.