導電橡膠的工作機理
一般橡膠均為良好的電絕緣體。復合型導電橡膠的導電機理有兩種理論，即鏈鎖式導電通路和隧道效應。
鏈鎖式導電通路的機理認為，填料粒子必須在零點幾納米以內的距離靠近，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實現(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)強的導電現(xiàn)象，因而支配橡膠導電性的*主要因素是填料的用量，這是*經(jīng)典的一種解釋。
導電橡膠廣泛應用于電子產(chǎn)業(yè)
鏈鎖式導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，卻仍有導電現(xiàn)象，這就是隧道效應。當導電顆粒間不互相接觸時，顆粒間存在聚合物隔離層，使導電顆粒中自由電子的定向運動受到阻礙。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，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，也稱為隧道效應。電子作為一種微觀粒子，具有穿過導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。厚度與該差值越小，電子穿過隔離層的可能性就越大。當隔離層的厚度小到一定值時，電子就能很容易地穿過，使導電顆粒間的絕緣層變?yōu)閷щ妼?。這種由隧道效應產(chǎn)生的導電層可以用一個電阻和一個電容并聯(lián)來等效。即：導電性是由填料粒子的隧道決定的。同時并有試驗證明，隨著填料粒子間距的增大，體積電阻亦隨之升高。
此外，還有電場放射導電機理，這是因為在研究填料填充的高分子材料的電壓、電流特性時，發(fā)現(xiàn)其結果不符合歐姆定律。認為之所以如此，是由于填料粒子間產(chǎn)生高壓的電場強度而產(chǎn)生電流導致電場放射。綜上所述，無論從哪種導電機理來理解，都認為填料的種類和配合量是支配材料*終所表現(xiàn)出的導電性的主要因素。
導電橡膠的應用
導電橡膠的應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。隨著消費市場的迫切需求和現(xiàn)代科技的不斷進步，涌現(xiàn)出了許多高精尖技術的新型電子產(chǎn)品。與之相匹配，各種高精密的新型導電橡膠制品也相繼問世。
等向性導電橡膠
等向性導電橡膠在各個方向都具有均一的導電性，既有彈性又有適宜的電阻，不產(chǎn)生振蕩，開關負荷小，可制成任意形狀的按鍵開關。目前，已用于制作電腦和電子游戲機的鍵盤，今后將大量用于辦公自動化設備上。
異向性導電橡膠
異向性導電橡膠具有一定方向的導電性。它適用于液晶顯示器內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）將導電纖維或金屬線定向排列在橡膠中。
壓敏導電橡膠
壓敏導電橡膠的導電性隨著壓力的增加電阻變小，在不受力時一般為絕緣體。它有2種類型：（1）開關型，不受壓力時為絕緣體（斷路），當壓力達到一定值后，電阻急劇降低至導電狀態(tài)（接通）；（2）類比型，其電阻值隨壓力的變化而逐漸變化。開關型壓敏導電橡膠可用于制造固態(tài)開關元件及無沖擊開關元件，如高速公路或道路用的車輛資訊感測器等。
電磁屏蔽用導電橡膠
由于電子儀器、通訊器材和電腦本身會產(chǎn)生電磁波，同時也會受到外界電磁波的干擾，因此，要對電磁波進行屏蔽。
表1 體積電阻系數(shù)與屏蔽效果的關系
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、導電性能，但主要因素為材料的導電性。
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。實驗表明，材料的導電率越高，反射能力越強。所以屏蔽外來電磁波的干擾要選擇導電率高的材料，日本學者根據(jù)實驗得出如下經(jīng)驗公式：
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)應在1Ω.cm左右。傳統(tǒng)的導電橡膠采用乙炔炭黑或高導電炭黑作填充劑，雖然既保留了橡膠的彈性，又具有導電性，但*小的體積電阻率只能達到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?；蝈冦y玻璃珠等作為導電填料，與硅橡膠或氟硅橡膠配合，即可制成這類導電橡膠。該橡膠不僅具有良好的導電、導磁和電磁屏蔽性能，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電橡膠是將標準線材Monel（蒙乃爾高強度耐腐蝕鎳銅合金）、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、實芯的硅橡膠芯子的表面，組成復合結構材料。其表層具有對電磁波屏蔽的導電、電磁性能，內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。
抗靜電導電橡膠
抗靜電導電橡膠的體積電阻率為104-108Ω.cm，過去這類導電橡膠多以炭黑為導電填料，制品為黑色，且橡膠老化后析出炭黑會污染環(huán)境。近年來，國內多采用硅系硅化物填料，可制成不同顏色的彩色抗靜電導電橡膠，其體積電阻率為105-107Ω.cm，抗靜電性能比黑色橡膠要好。
實驗發(fā)現(xiàn)，將各種金屬粉末或炭黑粒子混入各種橡膠中后，材料的導電性能隨導電填料的濃度的變化規(guī)律大致相同。導電填料濃度較低時，材料的電導率隨濃度增加很少；而當導電填料的濃度達到一定值時，電導率急劇上升，變化值可達到十個數(shù)量級以上。超過這一臨界值后，電導率隨濃度的變化又趨于緩慢。用電鏡觀察材料的結果發(fā)現(xiàn)，當導電填料濃度較低時，填料顆粒分散在聚合物中，相互接觸較少，導電性較低。隨著填料用量的增加，顆粒間接觸的機會增多，電導率逐步上升。當填料濃度增加到某一臨界時，體系內的顆粒相互接觸，形成無限網(wǎng)鏈。無限網(wǎng)鏈就像一個金屬網(wǎng)貫穿于聚合物中，形成導電通道，電導率急劇上升，使橡膠變成了導體。再增加填料的用量，對橡膠的導電性就不會有多大貢獻，電導率趨于平緩。
