Élastomères conducteurs: défis actuels et solutions techniques pour les composés TPV, TPU et TPE

Résumé de l'approvisionnement

Les élastomères conducteurs sont plus difficiles à réaliser que les plastiques conducteurs rigides car le matériau doit conserver à la fois la fonction électrique et la reprise élastique.

DGK-TPU DD3-4ML Conducteur TPU🔍 et DGK-TPR DD6-9A Conducteur TPR🔍. Utilisez ces qualités comme références de produits proches lorsque la pièce flexible finale a besoin de conductivité, d'élasticité, de résistance à l'usure et de stabilité lors de l'extrusion ou de l'injection.

Pour les PP, ABS, PA ou POM, l'objectif principal est souvent la résistance et la force. Pour les TPV, TPU et TPE, le matériau doit également résister à l'étirement, à la flexion, à la compression, au frottement et aux déformations répétées. Les réseaux de charges conductrices peuvent facilement être brisés ou réorganisés lors de la déformation, provoquant une résistance instable.

La principale question d’achat ne doit pas seulement être de savoir si le matériau peut atteindre une valeur de résistance cible. Il devrait s'agir de:

• Quelle résistance est requise après un étirement, une flexion ou une compression?
• Le produit est-il un rouleau, une gaine de câble, un joint, une poignée, un manchon ou une pièce flexible ESD?
• Quelle dureté faut-il?
• La pièce a-t-elle besoin d'une résistance à l'usure, à l'huile, à l'hydrolyse, à la résistance UV, à un caractère ignifuge ou à une flexibilité à basse température?
• Le processus s'agit-il de injection, d'extrusion, de surmoulage ou de calandrage?
• La pièce finale sera-t-elle testée après vieillissement ou cycles répétés?

1. Difficulté principale: conductivité vs élasticité

Les élastomères conducteurs reposent sur un réseau conducteur formé de noir de carbone, de nanotubes de carbone, de graphite, de fibre de carbone, de mélange maître conducteur ou de systèmes hybrides. Mais les élastomères se déforment à l’usage.

Lorsque la pièce s'étire ou se comprime, le réseau conducteur peut se séparer, la résistance peut augmenter, la charge conductrice peut migrer ou s'orienter de manière inégale, la surface peut devenir rugueuse, l'allongement peut diminuer, la déformation rémanente en compression peut s'aggraver et des fissures peuvent apparaître après des flexions répétées.

C'est pourquoi un élastomère conducteur doit être testé sur la pièce finale, et pas seulement sur une éprouvette standard.

2. Défi technique par type de matériau

2.1 TPU conducteur

TPU a une bonne résistance à l'usure, une bonne élasticité et une bonne résistance mécanique. Il convient aux rouleaux, manchons, gaines souples, gaines de câbles et pièces résistantes à l'abrasion.

Principales difficultés:

• les charges conductrices peuvent réduire l'allongement;
• la surface peut devenir rugueuse;
• les performances d’abrasion peuvent changer;
• la résistance à l'hydrolyse doit être vérifiée pour le polyester TPU;
• la résistance peut changer après des flexions répétées.

Les itinéraires appropriés incluent le noir de carbone conducteur pour un TPU noir économique, les systèmes de nanotubes de carbone pour une charge de charge inférieure, le TPU conducteur résistant à l'usure pour les rouleaux et les pièces coulissantes, et le TPU antistatique lorsqu'une faible résistance n'est pas nécessaire.

2.2 TPE et TPR conducteurs

Les TPE et TPR sont couramment utilisés pour les pièces douces au toucher, les poignées, les joints, les boîtiers flexibles, les gaines de câbles et les composants surmoulés.

Principales difficultés:

• Les systèmes SEBS, SBS, POE et TPR ont une compatibilité différente avec les charges conductrices;
• les matériaux de faible dureté peuvent perdre leur résistance mécanique après une modification conductrice;
• le TPE, riche en pétrole, peut présenter une migration ou une résistance instable;
• la sensation de surface et l'aspect mat peuvent changer;
• L’accumulation de matrices d’extrusion peut devenir un problème de production pratique.

Les itinéraires appropriés incluent un mélange maître conducteur compatible, un réseau conducteur hybride, un TPE antistatique pour la réduction de la poussière et un TPE ou TPR conducteur pour les pièces industrielles flexibles noires.

2.3 TPV conducteur

Le TPV est souvent utilisé dans les joints automobiles, les joints, les pièces industrielles flexibles et les composants souples résistants aux intempéries.

Principales difficultés:

• les charges conductrices peuvent affecter la récupération élastique;
• la déformation rémanente peut s'aggraver;
• la résistance de surface peut varier entre les phases riches en caoutchouc et riches en plastique;
• la surface d'extrusion doit rester stable;
• la résistance au vieillissement à l’huile et à la chaleur doit être validée.

Les itinéraires appropriés incluent le TPV conducteur avec dispersion contrôlée des charges, le TPV conducteur à faible compression, le TPV conducteur pour les composants d'étanchéité automobile ou de contrôle statique, et le UV ou TPV conducteur stabilisé par vieillissement thermique.

3. Voies techniques communes

Itinéraire	Utilisation appropriée	Avantage	Risque principal
Noir de carbone conducteur	Conducteur noir TPU, TPE, TPR, TPV	Mature et rentable	Une charge plus élevée peut réduire l'allongement
Mélange maître conducteur	Composés élastomères personnalisés	Dosage et dispersion plus faciles	Compatibilité opérateur requise
Nanotubes de carbone	Élastomères ESD hautes performances	Chargement inférieur, meilleure rétention de flexibilité	Coût plus élevé et difficulté de dispersion
Réseau conducteur hybride	Pièces flexibles à résistance stable	Équilibre la conductivité et la mécanique	Nécessite un réglage de la formulation
Système antistatique	Réduction de la poussière et contrôle de la lumière ESD	Meilleure douceur et possibilité de couleur	Ne convient pas aux pièces à faible résistance
Voie conductrice et résistante à l'usure	Rouleaux, manchons, pièces mobiles	Équilibre la résistance et l’abrasion	Nécessite une validation de surface et de friction

4. Indicateurs clés de performance

Pour les élastomères conducteurs, l’acheteur ne doit pas seulement vérifier la résistance de surface.

Les indicateurs recommandés comprennent:

• résistance de surface avant et après étirement;
• résistance après cycles de flexion;
• résistance après test de compression rémanente;
• résistance à la traction;
• allongement à la rupture;
• dureté;
• résistance à l'abrasion;
• ensemble de compression;
• douceur de la surface;
• stabilité à l'extrusion ou à l'injection;
• résistance au vieillissement;
• uniformité de la résistance de la pièce finale.

Pour les rouleaux, les manchons et les gaines de câbles, la résistance après déformation est souvent plus significative que la résistance initiale sur une éprouvette plate.

5. Guide des scénarios d'application

5.1 Rouleau ou manchon conducteur TPU

Cette voie est recommandée lorsque la pièce nécessite une résistance à l'usure, un contact élastique, une conductivité de surface, une faible adhérence à la poussière, une rotation stable et une compression répétée.

Les tests clés incluent la résistance de surface après les cycles de laminage, la perte d'usure, la rugosité de la surface, la stabilité de la dureté et la fissuration après pliage.

5.2 Gaine de câble conductrice TPE ou TPR

Cette voie est recommandée lorsque la pièce a besoin de flexibilité, d'une surface conductrice noire, de stabilité d'extrusion, de résistance à la flexion répétée et d'une fonction de contrôle statique.

Les tests clés incluent la résistance après flexion, l'allongement, la qualité de la surface, l'accumulation dans la filière d'extrusion et la flexibilité à basse température.

5.3 Joint ou joint conducteur TPV

Cette voie est recommandée lorsque la pièce nécessite une récupération élastique, une résistance aux intempéries, un contrôle statique, une étanchéité automobile ou industrielle et une résistance au vieillissement thermique.

Les tests clés incluent la déformation rémanente à la compression, la résistance après compression, la fissuration de surface, le UV et le vieillissement thermique, ainsi que les performances d'étanchéité.

6. Cas client 1: Rouleau conducteur TPU avec problème de fragilité

Situation originale

Un client a utilisé un rouleau conducteur noir TPU. La résistance initiale était acceptable, mais après l'opération, la surface est devenue rugueuse et le rouleau présentait de petites fissures près du bord.

Données d'essai originales

Article	Conducteur précédent TPU
Résistance superficielle	Direction 10 ^ 5 à 10 ^ 8 ohms
Rétention d'allongement	Faible
Perte par abrasion	Élevé
Surface après 100 h	Rugueux
Fissuration des bords	3 / 20 rouleaux
Commentaires des clients	Conducteur mais pas durable

Direction matérielle DEYU

DEYU a recommandé un itinéraire conducteur TPU avec une meilleure dispersion et un meilleur équilibre de l'usure.

Point technique:

• maintenir une direction de 10 ^ 5 à 10 ^ 8 ohms;
• réduire l'agglomération des charges conductrices;
• améliorer la résistance à l'abrasion;
• conserver l'allongement;
• contrôler la douceur de la surface du rouleau.

Résultat après essai

Article	Conducteur précédent TPU	Itinéraire conducteur TPU DEYU
Résistance superficielle	10 ^ 5 à 10 ^ 8 ohms	Direction 10 ^ 5 à 10 ^ 8 ohms
Perte par abrasion	Élevé	Réduit
Surface après 100 h	Rugueux	Plus lisse
Fissuration des bords	3 / 20	0 à 1 / 20
Stabilité au roulement	Général	Amélioré
Récupération élastique	Moyen	Mieux équilibré

Conclusion du cas

Pour les rouleaux conducteurs TPU, la résistance seule ne suffit pas. La résistance à l’usure, l’allongement, la fissuration des bords et la stabilité de la surface doivent être conçus ensemble.

7. Cas client 2: Gaine de câble conductrice TPE avec résistance instable

Situation originale

Un client a utilisé du TPE conducteur pour une gaine de câble flexible. Le processus d'extrusion était acceptable, mais la résistance de surface variait après les cycles de pliage.

Données d'essai originales

Article	Conducteur précédent TPE
Résistance superficielle initiale	10 ^ 6 à 10 ^ 9 ohms
Résistance après flexion	Décalé de 10 ^ 8 à 10 ^ 11 ohm
Qualité des surfaces	Acceptable
Fissure de flexion	Aucun
Stabilité de l'extrusion	Général
Préoccupation du client	Dérive de la résistance

Direction matérielle DEYU

DEYU a recommandé un mélange maître conducteur compatible et un réseau conducteur hybride.

Point technique:

• meilleure compatibilité avec la base TPE;
• dispersion de charge améliorée;
• voie conductrice plus stable après pliage;
• maintenir la douceur et la stabilité de l'extrusion.

Résultat après essai

Article	Conducteur précédent TPE	Itinéraire conducteur TPE DEYU
Résistance superficielle initiale	10 ^ 6 à 10 ^ 9 ohms	Direction 10 ^ 6 à 10 ^ 9 ohms
Résistance après flexion	10 ^ 8 à 10 ^ 11 ohms	Direction 10 ^ 6 à 10 ^ 9 ohms
Qualité des surfaces	Acceptable	Acceptable-bon
Fissure de flexion	Aucun	Aucun
Stabilité de l'extrusion	Général	Amélioré après réglage de la température
Douceur	Bien	Bien

Conclusion du cas

Pour les gaines de câbles conductrices TPE, le risque principal n'est pas la résistance initiale mais la stabilité de la résistance après flexion. Un système conducteur compatible est plus important que le simple ajout de charge supplémentaire.

8. Cas client 3: Joint conducteur TPV avec problème de jeu de compression

Situation originale

Un client avait besoin d'un joint conducteur TPV. Le premier essai a atteint l’objectif de résistance, mais la déformation rémanente à la compression est devenue trop élevée après le vieillissement thermique.

Données d'essai originales

Article	Conducteur précédent TPV
Résistance superficielle	Direction 10 ^ 6 à 10 ^ 9 ohms
Compression rémanente après vieillissement thermique	Élevé
Récupération élastique	Réduit
Qualité des surfaces	Moyen
Résistance après compression	Instable
Commentaires des clients	Conducteur mais mauvaise récupération d’étanchéité

Direction matérielle DEYU

DEYU a recommandé une voie conductrice TPV axée sur la récupération élastique.

Point technique:

• chargement contrôlé des charges;
• meilleure dispersion dans la structure de phase TPV;
• jeu de compression inférieur;
• stabilité de la résistance après compression;
• bilan de vieillissement thermique.

Résultat après essai

Article	Conducteur précédent TPV	Itinéraire conducteur TPV DEYU
Résistance superficielle	10 ^ 6 à 10 ^ 9 ohms	Direction 10 ^ 6 à 10 ^ 9 ohms
Ensemble de compression	Élevé	Réduit
Récupération élastique	Réduit	Amélioré
Résistance après compression	Instable	Plus stable
Qualité des surfaces	Moyen	Amélioré
Fiabilité de l'étanchéité	Général	Mieux

Conclusion du cas

Pour les joints conducteurs TPV, la récupération élastique est aussi importante que la résistance. La formulation doit équilibrer le réseau conducteur et le comportement de la phase caoutchouteuse.

9. Plate-forme élastomère conductrice DEYU

DEYU peut développer des élastomères conducteurs en fonction de la dureté, de la résistance cible, de la méthode de traitement et de l'application.

Itinéraires possibles:

• Composé conducteur TPU DGK;
• Composé antistatique TPU DGK;
• Composé conducteur TPE ou TPR;
• Composé conducteur TPV DGK;
• élastomère conducteur pour rouleaux;
• élastomère conducteur pour gaines de câbles;
• élastomère conducteur pour joints et garnitures d'étanchéité;
• élastomère conducteur résistant à l'usure;
• élastomère conducteur avec flexibilité à basse température;
• élastomère conducteur avec UV ou résistance au vieillissement thermique.

Informations que les acheteurs doivent fournir:

• matériau de base: TPU, TPE, TPR ou TPV;
• dureté;
• résistance cible;
• méthode d'essai;
• méthode de traitement;
• épaisseur de la pièce;
• exigence d'allongement;
• exigence de compression définie;
• exigence d'usure;
• exigence de cycle de pliage;
• couleur;
• mode de défaillance actuel;
• échantillon ou dessin.

Conclusion

Les élastomères conducteurs sont difficiles car la conductivité doit rester stable lors de la déformation. Les composés TPV, TPU, TPE et TPR doivent équilibrer la résistance, l'allongement, la dureté, la récupération élastique, la résistance à l'usure, la déformation rémanente à la compression, la qualité de surface et l'aptitude au traitement.

Pour les rouleaux, la clé est la stabilité conductrice et la résistance à l’usure. Pour les gaines de câbles, la clé est la résistance après flexion. Pour les joints et les garnitures, la clé est la résistance après compression et la récupération élastique.

L'approche de DEYU consiste à sélectionner le tracé conducteur en fonction de la pièce finale, au lieu de simplement augmenter la charge conductrice. Un élastomère conducteur bien conçu ne doit pas seulement réussir le test de résistance initial. Il doit conserver ses performances électriques et mécaniques après étirement, flexion, compression, vieillissement et utilisation réelle.