天然橡膠本身是一種優(yōu)異的絕緣材料,其分子結(jié)構(gòu)決定了它具有極低的固有電導(dǎo)率。因此,純的天然橡膠板是不導(dǎo)電的。
然而,天然橡膠板的導(dǎo)電性能確實(shí)可以通過多種技術(shù)手段進(jìn)行調(diào)節(jié),使其從絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢▽?dǎo)電性,甚至達(dá)到半導(dǎo)電或更高導(dǎo)電性的材料。 這種調(diào)節(jié)主要通過以下途徑實(shí)現(xiàn):
1. 添加導(dǎo)電填料(常用、有效的方法):
* 原理: 通過在橡膠基體中均勻分散導(dǎo)電顆粒,當(dāng)填料濃度達(dá)到或超過“滲流閾值”時(shí),這些顆粒會(huì)相互接觸或形成足夠小的間隙,從而在橡膠內(nèi)部形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通路,使電子能夠通過。
* 常用填料:
* 炭黑: 這是橡膠工業(yè)中常用的導(dǎo)電填料和補(bǔ)強(qiáng)劑。不同種類、結(jié)構(gòu)、粒徑和表面性質(zhì)的炭黑對(duì)導(dǎo)電性和橡膠物理性能的影響差異很大。高結(jié)構(gòu)、小粒徑的炭黑(如炭黑)導(dǎo)電性更好,但用量需控制以達(dá)到所需導(dǎo)電性并兼顧其他性能。
* 金屬粉末/纖維/片: 如銀粉、銅粉、鎳粉、、不銹鋼纖維等。它們能提供很高的導(dǎo)電性,但成本高、密度大、可能影響橡膠的柔韌性和加工性,且在氧化環(huán)境中穩(wěn)定性可能受影響。
* 石墨/石墨烯/碳納米管: 石墨烯和碳納米管因其的結(jié)構(gòu)和極高的導(dǎo)電性,即使添加量較低也能顯著提高導(dǎo)電性,但分散均勻性和成本是主要挑戰(zhàn)。石墨粉成本較低,應(yīng)用相對(duì)成熟。
* 導(dǎo)電聚合物: 如聚、聚吡咯等,可與橡膠共混,但其自身機(jī)械性能和加工性可能受限。
* 調(diào)節(jié)方式: 通過控制導(dǎo)電填料的種類、形貌、粒徑、表面改性、添加比例以及它們?cè)谙鹉z基體中的分散均勻性,可以有效地調(diào)節(jié)復(fù)合材料的體積電阻率或表面電阻率,范圍可以從絕緣級(jí)(>10^12 Ω·cm)覆蓋到導(dǎo)電級(jí)(<10^0 Ω·cm)。填料的濃度是調(diào)節(jié)導(dǎo)電性的關(guān)鍵參數(shù)。
2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
* 制備具有多層結(jié)構(gòu)的橡膠板,例如在絕緣的橡膠芯層外覆蓋一層摻有導(dǎo)電填料的表層,或者設(shè)計(jì)導(dǎo)電通路圖案。這可以在保持橡膠主體絕緣性的同時(shí),實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域或方向的導(dǎo)電性控制。
3. 表面處理/涂層:
* 在絕緣的天然橡膠板表面涂覆一層導(dǎo)電涂料(如含銀、銅或碳系填料的涂料),使其表面具有導(dǎo)電性。但這通常只改變表面特性,且涂層的耐磨性和耐久性可能存在問題。
總結(jié)來說:
雖然橡膠是絕緣體,但通過向橡膠基體中摻入適量的導(dǎo)電填料(尤其是炭黑、金屬粉體、石墨烯等),并優(yōu)化加工工藝以確保填料均勻分散并形成有效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),可以顯著且可控地調(diào)節(jié)天然橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。這種調(diào)節(jié)范圍很寬,可以滿足從防靜電(10^6 - 10^9 Ω)到電磁屏蔽(< 100 Ω)等不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。因此,天然橡膠板的導(dǎo)電性能是“可調(diào)節(jié)”的,其關(guān)鍵在于復(fù)合材料的配方設(shè)計(jì)和加工工藝控制。不過,追求高導(dǎo)電性往往會(huì)犧牲橡膠的部分柔韌性、彈性或增加成本。
