導(dǎo)電橡膠的工作機(jī)理
一般橡膠均為良好的電絕緣體。復(fù)合型導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電機(jī)理有兩種理論，即鏈鎖式導(dǎo)電通路和隧道效應(yīng)。
鏈鎖式導(dǎo)電通路的機(jī)理認(rèn)為，填料粒子必須在零點(diǎn)幾納米以內(nèi)的距離靠近，這樣就可產(chǎn)生壓差，使填料粒子的π電子依靠鏈鎖傳遞移動(dòng)實(shí)現(xiàn)電流通過。橡膠中填料粒子的分散狀態(tài)形成鏈鎖必須有一定的填料用量，才能出現(xiàn)強(qiáng)的導(dǎo)電現(xiàn)象，因而支配橡膠導(dǎo)電性的*主要因素是填料的用量，這是*經(jīng)典的一種解釋。
導(dǎo)電橡膠廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)業(yè)
鏈鎖式導(dǎo)電通路是建立在填料必須形成鏈鎖的前提下的。但是，用電子顯微鏡觀察拉伸狀態(tài)的橡膠并不存在炭黑鏈鎖，卻仍有導(dǎo)電現(xiàn)象，這就是隧道效應(yīng)。當(dāng)導(dǎo)電顆粒間不互相接觸時(shí)，顆粒間存在聚合物隔離層，使導(dǎo)電顆粒中自由電子的定向運(yùn)動(dòng)受到阻礙。這種阻礙可視為具有一定勢能的勢壘。對一種微觀粒子來說，其能量小于勢壘的能量時(shí)，它有被反彈的可能性，也有穿過勢壘的可能性。微觀粒子穿過勢壘的現(xiàn)象稱為貫穿效應(yīng)，也稱為隧道效應(yīng)。電子作為一種微觀粒子，具有穿過導(dǎo)電顆粒之間隔離層阻礙的可能性。這種可能性的大小與隔離層的厚度以及隔離層勢壘的能量與電子能量之差值有關(guān)。厚度與該差值越小，電子穿過隔離層的可能性就越大。當(dāng)隔離層的厚度小到一定值時(shí)，電子就能很容易地穿過，使導(dǎo)電顆粒間的絕緣層變?yōu)閷?dǎo)電層。這種由隧道效應(yīng)產(chǎn)生的導(dǎo)電層可以用一個(gè)電阻和一個(gè)電容并聯(lián)來等效。即：導(dǎo)電性是由填料粒子的隧道決定的。同時(shí)并有試驗(yàn)證明，隨著填料粒子間距的增大，體積電阻亦隨之升高。
此外，還有電場放射導(dǎo)電機(jī)理，這是因?yàn)樵谘芯刻盍咸畛涞母叻肿硬牧系碾妷骸㈦娏魈匦詴r(shí)，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果不符合歐姆定律。認(rèn)為之所以如此，是由于填料粒子間產(chǎn)生高壓的電場強(qiáng)度而產(chǎn)生電流導(dǎo)致電場放射。綜上所述，無論從哪種導(dǎo)電機(jī)理來理解，都認(rèn)為填料的種類和配合量是支配材料*終所表現(xiàn)出的導(dǎo)電性的主要因素。
導(dǎo)電橡膠的應(yīng)用
導(dǎo)電橡膠的應(yīng)用是隨著近年來集成電路和大規(guī)模電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而迅速壯大的。隨著消費(fèi)市場的迫切需求和現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，涌現(xiàn)出了許多高精尖技術(shù)的新型電子產(chǎn)品。與之相匹配，各種高精密的新型導(dǎo)電橡膠制品也相繼問世。
等向性導(dǎo)電橡膠
等向性導(dǎo)電橡膠在各個(gè)方向都具有均一的導(dǎo)電性，既有彈性又有適宜的電阻，不產(chǎn)生振蕩，開關(guān)負(fù)荷小，可制成任意形狀的按鍵開關(guān)。目前，已用于制作電腦和電子游戲機(jī)的鍵盤，今后將大量用于辦公自動(dòng)化設(shè)備上。
異向性導(dǎo)電橡膠
異向性導(dǎo)電橡膠具有一定方向的導(dǎo)電性。它適用于液晶顯示器內(nèi)的高電阻連接器或印刷電路板觸頭的低電阻連接器。其制造方法有2種：（1）將含有炭黑的導(dǎo)電橡膠薄層交替重疊，經(jīng)硫化后沿垂直方向切成薄片；（2）將導(dǎo)電纖維或金屬線定向排列在橡膠中。
壓敏導(dǎo)電橡膠
壓敏導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電性隨著壓力的增加電阻變小，在不受力時(shí)一般為絕緣體。它有2種類型：（1）開關(guān)型，不受壓力時(shí)為絕緣體（斷路），當(dāng)壓力達(dá)到一定值后，電阻急劇降低至導(dǎo)電狀態(tài)（接通）；（2）類比型，其電阻值隨壓力的變化而逐漸變化。開關(guān)型壓敏導(dǎo)電橡膠可用于制造固態(tài)開關(guān)元件及無沖擊開關(guān)元件，如高速公路或道路用的車輛資訊感測器等。
電磁屏蔽用導(dǎo)電橡膠
由于電子儀器、通訊器材和電腦本身會(huì)產(chǎn)生電磁波，同時(shí)也會(huì)受到外界電磁波的干擾，因此，要對電磁波進(jìn)行屏蔽。
表1 體積電阻系數(shù)與屏蔽效果的關(guān)系眾所周知，很多因素影響屏蔽體的屏蔽效果，如屏蔽體的形狀、厚度、安裝方法、導(dǎo)電性能，但主要因素為材料的導(dǎo)電性。
根據(jù)場論分析，屏蔽體對電場和高頻磁場的反射損耗較大，吸收損耗較小。反射損耗隨著頻率的增高而減小，吸收損耗與頻率的平方根成正比變化。實(shí)驗(yàn)表明，材料的導(dǎo)電率越高，反射能力越強(qiáng)。所以屏蔽外來電磁波的干擾要選擇導(dǎo)電率高的材料，日本學(xué)者根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出如下經(jīng)驗(yàn)公式：
SE=50+log(ρβf)-1+1.7t(f/ρβ)1/2
式中：SE為屏蔽效果（dB），ρβ為體積電阻系數(shù)（Ω.cm），f為電磁波的頻率（MH z），t為屏蔽體的厚度（cm）。
按上式計(jì)算，可得出不同體積電阻系數(shù)屏蔽材料對不同頻率電磁波的屏蔽效果，結(jié)果如表1、表2。
表2 電磁波屏蔽效果的一般水平由此可知，作為一般的電磁屏蔽材料，其體積電阻系數(shù)應(yīng)在1Ω.cm左右。傳統(tǒng)的導(dǎo)電橡膠采用乙炔炭黑或高導(dǎo)電炭黑作填充劑，雖然既保留了橡膠的彈性，又具有導(dǎo)電性，但*小的體積電阻率只能達(dá)到2-3Ω.cm，無法滿足電磁屏蔽的要求。
選用純銀粒、鍍銀銅粒、鍍銀鋁粒或鍍銀玻璃珠等作為導(dǎo)電填料，與硅橡膠或氟硅橡膠配合，即可制成這類導(dǎo)電橡膠。該橡膠不僅具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁和電磁屏蔽性能，還具有較好的氣密性、水密性、壓力密封性和抗腐蝕性。
還有一種電磁屏蔽用導(dǎo)電橡膠是將標(biāo)準(zhǔn)線材Monel（蒙乃爾高強(qiáng)度耐腐蝕鎳銅合金）、Ferrex(鍍錫包銅銅線)和其他金屬或合金線（如鋁線、鍍錫磷青銅線等）雙層編織在矩形或圓形的CR、硅橡膠海綿橡膠或空芯、實(shí)芯的硅橡膠芯子的表面，組成復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。其表層具有對電磁波屏蔽的導(dǎo)電、電磁性能，內(nèi)芯橡膠具有較好的壓縮性（壓力為0.345-0.691MPa）。這類材料對灰塵、雨和空氣具有密封性能，但不能做壓力密封膠。
抗靜電導(dǎo)電橡膠
抗靜電導(dǎo)電橡膠的體積電阻率為104-108Ω.cm，過去這類導(dǎo)電橡膠多以炭黑為導(dǎo)電填料，制品為黑色，且橡膠老化后析出炭黑會(huì)污染環(huán)境。近年來，國內(nèi)多采用硅系硅化物填料，可制成不同顏色的彩色抗靜電導(dǎo)電橡膠，其體積電阻率為105-107Ω.cm，抗靜電性能比黑色橡膠要好。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將各種金屬粉末或炭黑粒子混入各種橡膠中后，材料的導(dǎo)電性能隨導(dǎo)電填料的濃度的變化規(guī)律大致相同。導(dǎo)電填料濃度較低時(shí)，材料的電導(dǎo)率隨濃度增加很少；而當(dāng)導(dǎo)電填料的濃度達(dá)到一定值時(shí)，電導(dǎo)率急劇上升，變化值可達(dá)到十個(gè)數(shù)量級以上。超過這一臨界值后，電導(dǎo)率隨濃度的變化又趨于緩慢。用電鏡觀察材料的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)電填料濃度較低時(shí)，填料顆粒分散在聚合物中，相互接觸較少，導(dǎo)電性較低。隨著填料用量的增加，顆粒間接觸的機(jī)會(huì)增多，電導(dǎo)率逐步上升。當(dāng)填料濃度增加到某一臨界時(shí)，體系內(nèi)的顆粒相互接觸，形成無限網(wǎng)鏈。無限網(wǎng)鏈就像一個(gè)金屬網(wǎng)貫穿于聚合物中，形成導(dǎo)電通道，電導(dǎo)率急劇上升，使橡膠變成了導(dǎo)體。再增加填料的用量，對橡膠的導(dǎo)電性就不會(huì)有多大貢獻(xiàn)，電導(dǎo)率趨于平緩。