Ruß: Leitfähigkeit in Kunststoffen steigern

Ruß (Carbon Black) ist eines der traditionellen Additive zur Herstellung leitfähiger Materialien. Da die meisten Polymere – wie Kautschuke, Silikone und Polyurethane – natürliche Isolatoren sind, kann die Einbringung von leitfähigem Ruß in die Materialmatrix die Widerstandswerte und die Leistung verbessern. In diesem Beitrag betrachten wir Ruß genauer: Vor- und Nachteile sowie andere leitfähige Additive, die in Polymeren wie Durethane® C zum Einsatz kommen.

Was ist leitfähiger Ruß?

Ruß entsteht durch unvollständige Verbrennung schwerer Erdölprodukte, insbesondere ölbasierter Kraftstoffe. Chemisch weist er ein Gitter aus kristallartigen Kohlenstoffmolekülen auf, das ihn elektrisch leitfähig macht. Daher wird Ruß häufig als leitfähiges Additiv für Materialien wie Kunststoffe, Lacke und Klebstoffe eingesetzt. Die Widerstandswerte liegen typischerweise zwischen 10^-1 und 10¹² Ohm-cm, abhängig von der eingesetzten Chemie und den physikalischen Eigenschaften des Materials. Bei Polyurethanen führt der Einsatz von Ruß normalerweise zu halbleitenden Materialien.

Wann wird leitfähiger Ruß eingesetzt?

Leitfähiger Ruß wird in Kunststoffen manchmal verwendet, um deren mechanische und elektrische Eigenschaften zu modifizieren. Wie erwähnt, sind die meisten Polymere von Natur aus isolierend und leiten keinen Strom. In manchen Anwendungen kann die Einbringung von Ruß in die Materialmatrix die gewünschte Leistung erzielen – wie Leitfähigkeit, elektromagnetische Abschirmung (EMI) und elektrostatische Entladung (ESD). Daher findet sich Ruß in mechanischen Anwendungen wie Papier- und Medienhandling, Robotik und Medizinprodukten, wo der Abbau statischer Aufladung oder die Übertragung elektrischer Ladungen erforderlich ist. Diese Kombination kann mechanische Ausfälle erheblich reduzieren und schwere Schäden am Produkt oder Nutzer vermeiden.

Obwohl Ruß das Ziel der elektrischen Leitfähigkeit erreicht, kann er auch unerwünschte Probleme verursachen: ungleichmäßige Leitfähigkeit, unerwünschte Abriebe (wie Bleistiftstriche auf Papier) und Austrag von Kohlenstoffpartikeln oder Abrieb in die Umgebung. Ein Beispiel: Papierförderanwendungen nutzen oft Ruß-haltige Produkte zum Abbau statischer Aufladung. Beim Kontakt mit dem Papier können jedoch Markierungen entstehen – ähnlich wie beim Schreiben mit einem Bleistift. Dies ist in Medienhandling-Anwendungen oft problematisch, wo Markierungen unerwünschte Ergebnisse verursachen.

Ruß im Vergleich zu anderen leitfähigen Additiven

Es gibt viele Wege, Polymere leitfähig zu machen. Bei MPC haben wir eine patentierte Metallsalz-Technologie entwickelt, um Durethane® C zu schaffen, welche die durch Ruß entstehenden Probleme eliminiert. Dies erreichen wir, indem wir die leitfähigen Additive im flüssigen Polymer lösen, bevor das Material aushärtet. Dieser Prozess gewährleistet, dass die leitfähigen Elemente homogene im Polyurethan-Gemisch verteilt sind. Mehr zur Polyurethan-Leitfähigkeit erfahren Sie in unserem leitfähigen Überblick oder klicken Sie auf den Banner unten.

Bei Materialentscheidungen im Produktdesign sind der Widerstandswert, die physikalischen Eigenschaften und die Ästhetik für ein erfolgreiches Design entscheidend. Suchen Sie Fertigungsunterstützung für Ihr leitfähiges Produktdesign? Kontaktieren Sie uns hier mit Ihren Designanforderungen.