Leitfähige Elastomere: Aktuelle Herausforderungen und technische Lösungen für TPV-, TPU- und TPE-Compounds

Zusammenfassung der Beschaffung

Leitfähige Elastomere sind schwieriger als starre leitfähige Kunststoffe, da das Material sowohl die elektrische Funktion als auch die elastische Erholung beibehalten muss.

DGK-TPU DD3-4ML Leitfähig TPU🔍 und DGK-TPR DD6-9A Leitfähig TPR🔍. Verwenden Sie diese Typen als genaue Produktreferenz, wenn das endgültige flexible Teil Leitfähigkeit, Elastizität, Verschleißfestigkeit und Extrusions- oder Spritzgießenstabilität erfordert.

Bei PP, ABS, PA oder POM ist das Hauptziel oft Widerstand plus Kraft. Bei TPV, TPU und TPE muss das Material außerdem Dehnung, Biegung, Kompression, Reibung und wiederholte Verformung überstehen. Leitfähige Füllstoffnetzwerke können bei der Verformung leicht aufbrechen oder sich neu anordnen, was zu einem instabilen Widerstand führt.

Die Hauptfrage beim Kauf sollte nicht nur sein, ob das Material einen angestrebten Widerstandswert erreichen kann. Es sollte sein:

• Welcher Widerstand ist nach Dehnung, Biegung oder Kompression erforderlich?
• Handelt es sich bei dem Produkt um eine Rolle, einen Kabelmantel, eine Dichtung, einen Griff, eine Hülse oder ein flexibles ESD-Teil?
• Welche Härte ist erforderlich?
• Benötigt das Teil Verschleißfestigkeit, Ölbeständigkeit, Hydrolysebeständigkeit, UV-Beständigkeit, Flammschutz oder Kälteflexibilität?
• Handelt es sich bei dem Verfahren um Spritzgießen, Extrudieren, Umspritzen oder Kalandrieren?
• Wird das endgültige Teil nach Alterung oder wiederholten Zyklen getestet?

1. Hauptschwierigkeit: Leitfähigkeit vs. Elastizität

Leitfähige Elastomere basieren auf einem leitfähigen Netzwerk, das aus Ruß, Kohlenstoffnanoröhren, Graphit, Kohlefasern, leitfähigem Masterbatch oder Hybridsystemen besteht. Doch Elastomere verformen sich im Gebrauch.

Wenn das Teil gedehnt oder komprimiert wird, kann sich das leitfähige Netzwerk trennen, der Widerstand kann zunehmen, leitfähiger Füllstoff kann wandern oder sich ungleichmäßig ausrichten, die Oberfläche kann rau werden, die Dehnung kann abnehmen, der Druckverformungsrest kann sich verschlechtern und nach wiederholtem Biegen können Risse auftreten.

Aus diesem Grund sollte ein leitfähiges Elastomer am fertigen Teil und nicht nur an einem Standardteststück getestet werden.

2. Technische Herausforderung nach Materialtyp

2.1 Leitfähig TPU

TPU weist eine gute Verschleißfestigkeit, Elastizität und mechanische Festigkeit auf. Es eignet sich für Rollen, Hülsen, flexible Abdeckungen, Kabelmäntel und abriebfeste Teile.

Hauptschwierigkeiten:

• leitfähige Füllstoffe können die Dehnung verringern;
• die Oberfläche kann rau werden;
• Abriebleistung kann sich ändern;
• Bei Polyester TPU ist die Hydrolysebeständigkeit zu prüfen;
• Der Widerstand kann sich nach wiederholtem Biegen verschieben.

Zu den geeigneten Routen gehören leitfähiger Ruß für kostengünstiges Schwarz TPU, Kohlenstoffnanoröhrensysteme für geringere Füllstoffbeladung, verschleißfestes leitfähiges TPU für Rollen und Gleitteile und antistatisches TPU, bei dem ein geringer Widerstand nicht erforderlich ist.

2.2 Leitfähig TPE und TPR

TPE und TPR werden häufig für Soft-Touch-Teile, Griffe, Dichtungen, flexible Gehäuse, Kabelmäntel und umspritzte Komponenten verwendet.

Hauptschwierigkeiten:

• SEBS-, SBS-, POE- und TPR-Systeme weisen unterschiedliche Kompatibilität mit leitfähigen Füllstoffen auf;
• Materialien mit geringer Härte können nach der leitfähigen Modifikation an mechanischer Festigkeit verlieren;
• ölreiches TPE kann Migration oder instabilen Widerstand zeigen;
• Oberflächengefühl und mattes Erscheinungsbild können sich verändern;
• Ablagerungen am Extrusionswerkzeug können zu einem praktischen Produktionsproblem werden.

Zu den geeigneten Routen gehören ein kompatibles leitfähiges Masterbatch, ein hybrides leitfähiges Netzwerk, antistatisches TPE zur Staubreduzierung und leitfähiges TPE oder TPR für schwarze flexible Industrieteile.

2.3 Leitfähig TPV

TPV wird häufig in Automobildichtungen, Dichtungen, flexiblen Industrieteilen und wetterbeständigen Weichkomponenten verwendet.

Hauptschwierigkeiten:

• leitfähige Füllstoffe können die elastische Erholung beeinträchtigen;
• Druckverformungsrest kann sich verschlechtern;
• Der Oberflächenwiderstand kann zwischen gummireichen und kunststoffreichen Phasen variieren.
• Extrusionsoberfläche muss stabil bleiben;
• Die Öl- und Wärmealterungsbeständigkeit muss validiert werden.

Zu den geeigneten Leitungen gehören das leitfähige TPV mit kontrollierter Füllstoffverteilung, das leitfähige TPV mit niedrigem Druckverformungsrest, das leitfähige TPV für Automobilabdichtungen oder Komponenten zur statischen Kontrolle sowie UV oder wärmealterungsstabilisiertes leitfähiges TPV.

3. Gemeinsame technische Routen

Route	Geeignete Verwendung	Vorteil	Hauptrisiko
Leitfähiger Ruß	Schwarz leitfähig TPU, TPE, TPR, TPV	Ausgereift und kostengünstig	Eine höhere Belastung kann die Dehnung verringern
Leitfähiges Masterbatch	Maßgeschneiderte Elastomermischungen	Einfachere Dosierung und Verteilung	Carrier-Kompatibilität erforderlich
Kohlenstoffnanoröhren	Hochleistungs-ESD-Elastomere	Geringere Belastung, bessere Flexibilitätserhaltung	Höhere Kosten und Verteilungsschwierigkeiten
Hybrides leitfähiges Netzwerk	Flexible Teile mit stabilem Widerstand	Gleicht Leitfähigkeit und Mechanik aus	Erfordert eine Optimierung der Formulierung
Antistatisches System	Staubreduzierung und leichte ESD-Steuerung	Bessere Weichheit und Farbmöglichkeiten	Nicht für niederohmige Teile geeignet
Leitfähige und verschleißfeste Strecke	Rollen, Hülsen, bewegliche Teile	Gleicht Widerstand und Abrieb aus	Benötigt Oberflächen- und Reibungsvalidierung

4. Wichtige Leistungsindikatoren

Bei leitfähigen Elastomeren sollte der Käufer nicht nur den Oberflächenwiderstand prüfen.

Zu den empfohlenen Indikatoren gehören:

• Oberflächenwiderstand vor und nach dem Dehnen;
• Widerstand nach Biegezyklen;
• Widerstand nach Druckverformungstest;
• Zugfestigkeit;
• Bruchdehnung;
• Härte;
• Abriebfestigkeit;
• Druckverformungsrest;
• Oberflächenglätte;
• Extrusions- oder Injektionsstabilität;
• Alterungsbeständigkeit;
• Gleichmäßigkeit des Endteilwiderstands.

Bei Rollen, Hülsen und Kabelmänteln ist der Widerstand nach der Verformung häufig aussagekräftiger als der Anfangswiderstand einer flachen Probe.

5. Leitfaden für Anwendungsszenarien

5.1 Leitfähige TPU Rolle oder Hülse

Dieser Weg wird empfohlen, wenn das Teil Verschleißfestigkeit, elastischen Kontakt, Oberflächenleitfähigkeit, geringe Staubanhaftung, stabile Rotation und wiederholte Kompression benötigt.

Zu den wichtigsten Tests gehören der Oberflächenwiderstand nach Walzzyklen, Verschleißverlust, Oberflächenrauheit, Härtestabilität und Rissbildung nach dem Biegen.

5.2 Leitfähiger TPE- oder TPR-Kabelmantel

Dieser Weg wird empfohlen, wenn das Teil Flexibilität, eine schwarze leitende Oberfläche, Extrusionsstabilität, wiederholte Biegefestigkeit und statische Kontrollfunktion benötigt.

Zu den wichtigsten Tests gehören die Biegefestigkeit, die Dehnung, die Oberflächenqualität, der Aufbau der Extrusionsdüse und die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen.

5.3 Leitfähige TPV Dichtung oder Dichtung

Dieser Weg wird empfohlen, wenn das Teil elastische Erholung, Witterungsbeständigkeit, statische Kontrolle, Automobil- oder Industrieabdichtung und Wärmealterungsbeständigkeit erfordert.

Zu den wichtigsten Tests gehören Druckverformungsrest, Widerstand nach Kompression, Oberflächenrissbildung, UV und Wärmealterung sowie Dichtungsleistung.

6. Kundenfall 1: Leitfähige TPU-Walze mit Sprödigkeitsproblem

Ursprüngliche Situation

Ein Kunde verwendete eine schwarze leitfähige TPU-Walze. Der anfängliche Widerstand war akzeptabel, aber nach dem Betrieb wurde die Oberfläche rau und die Walze zeigte kleine Risse am Rand.

Ursprüngliche Versuchsdaten

Artikel	Vorheriges leitfähiges TPU
Oberflächenwiderstand	10^5 bis 10^8 Ohm Richtung
Dehnungserhaltung	Niedrig
Abriebverlust	Hoch
Oberfläche nach 100 h	Rau
Kantenrisse	3 / 20 Rollen
Kundenfeedback	Leitfähig, aber nicht langlebig

DEYU Materialrichtung

DEYU empfahl eine leitfähige TPU-Route mit besserer Verteilung und Verschleißbalance.

Technischer Schwerpunkt:

• Behalten Sie die Richtung von 10^5 bis 10^8 Ohm bei;
• Reduzieren Sie die Agglomeration leitfähiger Füllstoffe.
• Verbesserung der Abriebfestigkeit;
• Dehnung beibehalten;
• Kontrollieren Sie die Glätte der Walzenoberfläche.

Ergebnis nach dem Test

Artikel	Vorheriges leitfähiges TPU	DEYU Leitfähige TPU-Route
Oberflächenwiderstand	10^5 bis 10^8 Ohm	10^5 bis 10^8 Ohm Richtung
Abriebverlust	Hoch	Reduziert
Oberfläche nach 100 h	Rau	Glatter
Kantenrisse	3 / 20	0 bis 1 / 20
Rollstabilität	Allgemein	Verbessert
Elastische Erholung	Mittel	Besser ausbalanciert

Fazit des Falles

Bei leitfähigen TPU-Rollen reicht der Widerstand allein nicht aus. Verschleißfestigkeit, Dehnung, Kantenrissbildung und Oberflächenstabilität müssen gemeinsam ausgelegt werden.

7. Kundenfall 2: Leitfähiger TPE-Kabelmantel mit instabilem Widerstand

Ursprüngliche Situation

Ein Kunde verwendete leitfähiges TPE für einen flexiblen Kabelmantel. Der Extrusionsprozess war akzeptabel, der Oberflächenwiderstand variierte jedoch nach den Biegezyklen.

Ursprüngliche Versuchsdaten

Artikel	Vorheriges leitfähiges TPE
Anfänglicher Oberflächenwiderstand	10^6 bis 10^9 Ohm
Widerstand nach dem Biegen	Verschoben auf 10^8 bis 10^11 Ohm
Oberflächenqualität	Akzeptabel
Biegeriss	Keine
Extrusionsstabilität	Allgemein
Kundenanliegen	Widerstandsdrift

DEYU Materialrichtung

DEYU empfahl ein kompatibles leitfähiges Masterbatch und ein hybrides leitfähiges Netzwerk.

Technischer Schwerpunkt:

• bessere Kompatibilität mit der TPE-Basis;
• verbesserte Füllstoffdispersion;
• stabilerer Leitungsweg nach dem Biegen;
• Bewahren Sie Weichheit und Extrusionsstabilität.

Ergebnis nach dem Test

Artikel	Vorheriges leitfähiges TPE	DEYU Leitfähige TPE-Route
Anfänglicher Oberflächenwiderstand	10^6 bis 10^9 Ohm	10^6 bis 10^9 Ohm Richtung
Widerstand nach dem Biegen	10^8 bis 10^11 Ohm	10^6 bis 10^9 Ohm Richtung
Oberflächenqualität	Akzeptabel	Akzeptabel-gut
Biegeriss	Keine	Keine
Extrusionsstabilität	Allgemein	Verbessert nach Temperaturabstimmung
Weichheit	Gut	Gut

Fazit des Falles

Bei leitfähigen TPE-Kabelmänteln besteht das Hauptrisiko nicht im Anfangswiderstand, sondern in der Widerstandsstabilität nach dem Biegen. Wichtiger als die bloße Zugabe weiterer Füllstoffe ist ein kompatibles Leitsystem.

8. Kundenfall 3: Leitfähige TPV-Dichtung mit Kompressionsrestproblem

Ursprüngliche Situation

Ein Kunde benötigte eine leitfähige TPV-Dichtung. Beim ersten Versuch wurde das Widerstandsziel erreicht, der Druckverformungsrest wurde jedoch nach der Wärmealterung zu hoch.

Ursprüngliche Versuchsdaten

Artikel	Vorheriges leitfähiges TPV
Oberflächenwiderstand	10^6 bis 10^9 Ohm Richtung
Druckverformungsrest nach Wärmealterung	Hoch
Elastische Erholung	Reduziert
Oberflächenqualität	Mittel
Widerstand nach Kompression	Instabil
Kundenfeedback	Leitfähig, aber schlechte Dichtungserholung

DEYU Materialrichtung

DEYU empfahl eine leitfähige TPV-Route mit Schwerpunkt auf der elastischen Erholung.

Technischer Schwerpunkt:

• kontrollierte Füllstoffbeladung;
• bessere Dispersion in der TPV-Phasenstruktur;
• geringerer Druckverformungsrest;
• Widerstandsstabilität nach Kompression;
• Wärmealterungsbilanz.

Ergebnis nach dem Test

Artikel	Vorheriges leitfähiges TPV	DEYU Leitfähige TPV-Route
Oberflächenwiderstand	10^6 bis 10^9 Ohm	10^6 bis 10^9 Ohm Richtung
Kompressionsrest	Hoch	Reduziert
Elastische Erholung	Reduziert	Verbessert
Widerstand nach Kompression	Instabil	Stabiler
Oberflächenqualität	Mittel	Verbessert
Zuverlässigkeit der Abdichtung	Allgemein	Besser

Fazit des Falles

Bei leitfähigen TPV-Dichtungen ist die elastische Erholung ebenso wichtig wie der Widerstand. Die Formulierung muss das leitfähige Netzwerk und das gummiartige Phasenverhalten ausgleichen.

9. DEYU leitfähige Elastomerplattform

DEYU kann leitfähige Elastomere je nach Härte, Widerstandsziel, Verarbeitungsmethode und Anwendung entwickeln.

Mögliche Richtungen:

• DGK leitfähige TPU-Verbindung;
• DGK antistatische TPU-Verbindung;
• Leitfähige DGK-Verbindung TPE oder TPR;
• DGK leitfähige TPV-Verbindung;
• leitfähiges Elastomer für Rollen;
• leitfähiges Elastomer für Kabelummantelungen;
• leitfähiges Elastomer für Dichtungen und Dichtungen;
• leitfähiges Elastomer mit Verschleißfestigkeit;
• leitfähiges Elastomer mit Kälteflexibilität;
• leitfähiges Elastomer mit UV oder Wärmealterungsbeständigkeit.

Informationen, die Käufer bereitstellen sollten:

• Grundmaterial: TPU, TPE, TPR oder TPV;
• Härte;
• Zielwiderstand;
• Testmethode;
• Verarbeitungsmethode;
• Teiledicke;
• Dehnungsanforderung;
• Anforderung an den Druckverformungsrest;
• Verschleißanforderung;
• Anforderung an den Biegezyklus;
• Farbe;
• aktueller Fehlermodus;
• Muster oder Zeichnung.

Fazit

Leitfähige Elastomere sind schwierig, da die Leitfähigkeit während der Verformung stabil bleiben muss. TPV-, TPU-, TPE- und TPR-Verbindungen müssen ein Gleichgewicht zwischen Widerstand, Dehnung, Härte, elastischer Erholung, Verschleißfestigkeit, Druckverformungsrest, Oberflächenqualität und Verarbeitbarkeit aufweisen.

Bei Rollen kommt es vor allem auf die Leitfähigkeit und die Verschleißfestigkeit an. Bei Kabelmänteln kommt es auf den Widerstand nach dem Biegen an. Bei Dichtungen und Dichtungen ist der Widerstand nach der Kompression und die elastische Erholung der Schlüssel.

Der Ansatz von DEYU besteht darin, die leitende Route entsprechend dem endgültigen Teil auszuwählen, anstatt einfach den leitenden Füllstoff zu erhöhen. Ein gut konzipiertes leitfähiges Elastomer sollte nicht nur den anfänglichen Widerstandstest bestehen. Es sollte seine elektrische und mechanische Leistung nach Dehnung, Biegung, Kompression, Alterung und tatsächlichem Gebrauch beibehalten.