Borracha de silicone líquida condutora: propriedades, aplicações e considerações relativas à moldagem personalizada

A borracha de silicone líquida é normalmente escolhida para isolamento elétrico, vedação flexível e resistência a temperaturas extremas. Ao incorporar cargas eletricamente condutoras na formulação do silicone, os fabricantes podem criar componentes condutores em LSR que combinam a flexibilidade elastomérica com uma resistência elétrica controlada.

A borracha de silicone líquida condutora pode ser utilizada para blindagem eletromagnética, proteção antiestática, contactos elétricos, aquecimento resistivo, controlo de campos de alta tensão e outras aplicações elétricas ou eletrónicas. A Shin-Etsu disponibiliza materiais de silicone líquido condutor para blindagem eletromagnética, vedantes e adesivos antiestáticos, enquanto a Momentive e a Dow oferecem tipos de LSR condutor para acessórios de cabos e componentes de controlo de tensão elétrica.

No entanto, o LSR condutor não deve ser selecionado apenas com base na aparência ou na dureza. O seu comportamento elétrico depende do sistema de enchimento, da concentração do enchimento, da geometria da peça moldada, da pressão de contacto, das condições de processamento e do ambiente de utilização.

Um componente personalizado bem-sucedido deve, por isso, encontrar um equilíbrio entre a condutividade e:

• Flexibilidade
• Resistência ao rasgo
• Desempenho de compressão
• Precisão dimensional
• Moldabilidade
• Resistência à temperatura
• Resistência ambiental
• Aderência a outros materiais

Este artigo explica as principais propriedades, aplicações e aspetos a ter em conta no fabrico de peças moldadas em LSR condutoras personalizadas.

O que é a borracha de silicone líquida condutora?

A borracha de silicone líquida, normalmente abreviada como LSR, é, em geral, um elastómero de dois componentes, vulcanizado com platina, concebido para moldagem por injeção líquida. Permite uma vulcanização rápida, produção automatizada e moldagem precisa de componentes finos ou complexos. (Momentive)

A borracha de silicone normal é, geralmente, um isolante elétrico. O LSR condutor é modificado com carbono ou outros materiais eletricamente condutores que formam vias condutoras através do elastómero curado. A Shin-Etsu descreve os produtos de silicone condutor como compostos de silicone que contêm carbono e outros materiais condutores, mantendo ao mesmo tempo a flexibilidade característica e a resistência ambiental da borracha de silicone.

O composto final pode ser concebido para:

• Baixa resistência elétrica
• Dissipação de eletricidade estática
• Proteção contra interferências eletromagnéticas
• Aquecimento resistivo controlado
• Controlo do campo elétrico
• Comutação de contacto dependente da pressão

O termo silicone condutor é, por isso, demasiado abrangente para servir como especificação completa do material. Um produto destinado a dissipar eletricidade estática pode exigir uma resistividade muito diferente da de uma junta destinada a conduzir corrente ou a proteger componentes eletrónicos sensíveis.

Como os enchimentos condutores criam condutividade elétrica

O próprio polímero de silicone continua a ser um isolante elétrico. A condutividade é obtida através da dispersão de partículas condutoras em toda a formulação.

À medida que a concentração do enchimento aumenta, as partículas começam a entrar em contacto umas com as outras e a formar percursos elétricos contínuos. Abaixo deste limiar de condutividade, a resistência pode permanecer extremamente elevada. Perto do limiar, uma variação relativamente pequena na concentração ou na dispersão do enchimento pode provocar uma grande variação na resistividade.

A Shin-Etsu refere que as borrachas de silicone condutoras disponíveis no mercado apresentam, normalmente, uma resistividade volumétrica compreendida entre aproximadamente 0,01 e 10 Ω·m. Salienta ainda que pode ser difícil manter uma resistência consistente em determinados intervalos intermédios, uma vez que pequenas variações no teor de carbono podem provocar alterações substanciais na resistência. (Silicone Shin-Etsu)

Isto tem várias consequências práticas:

1. Um cliente deve especificar um intervalo de resistência aceitável, em vez de solicitar apenas “silicone condutor”.”
2. O fabricante deve assegurar uma dispersão e mistura consistentes do enchimento.
3. As amostras de ensaio devem corresponder à espessura final da peça moldada e às condições de processamento.
4. A condutividade deve ser avaliada em vários lotes de produção.
5. As propriedades elétricas do componente acabado devem ser testadas, não deduzidas apenas a partir dos dados relativos às matérias-primas.

O LSR condutor não é o mesmo que o LSR termicamente condutor

A condutividade elétrica e a condutividade térmica são propriedades diferentes dos materiais.

O LSR eletricamente condutor é formulado para permitir a passagem de corrente elétrica, controlar a carga estática ou interagir com um campo elétrico.

O LSR termocondutor é formulado principalmente para dissipar o calor dos componentes eletrónicos. Pode, no entanto, continuar a ser eletricamente isolante, dependendo do sistema de enchimento.

A Momentive distingue, separadamente, as formulações eletricamente condutoras dos produtos LSR moldáveis por injeção e termicamente condutores, demonstrando que as duas funções exigem critérios diferentes na seleção de materiais. (Momentive)

As especificações de um projeto devem indicar claramente se o componente requer:

• Condutividade elétrica
• Condutividade térmica
• Ambas as propriedades
• Condutividade térmica com isolamento elétrico

A confusão entre estes requisitos pode conduzir a falhas nos materiais ou a riscos de segurança elétrica.

Principais propriedades elétricas a especificar

Resistividade volumétrica

A resistividade volumétrica mede a resistência ao longo do corpo de um material e é normalmente expressa em Ω·m ou Ω·cm.

Uma resistividade volumétrica mais baixa indica, geralmente, uma maior condutividade elétrica.

A resistividade volumétrica é importante para:

• Vedantes condutores
• Componentes de controlo de campo de alta tensão
• Componentes de elastómero condutores de corrente
• Elementos de aquecimento resistivos
• Componentes de contacto condutoras

A Dow descreve o seu LSR condutor para moldagem por injeção, destinado a aplicações de controlo de tensão elétrica, como tendo uma baixa resistividade volumétrica.

O cliente deve definir:

• Valor-alvo
• Valor mínimo aceitável
• Valor máximo aceitável
• Espessura da amostra de ensaio
• Temperatura de ensaio
• Requisitos de acondicionamento
• Se é necessário efetuar medições antes e depois do envelhecimento

Resistência superficial

A resistência superficial mede a facilidade com que a corrente circula pela superfície de um componente.

Pode ser particularmente relevante para:

• Superfícies dissipadoras de eletricidade estática
• Interfaces táteis de equipamentos
• Caixas para equipamentos eletrónicos
• Ambientes sensíveis ao pó
• Componentes antiestáticos flexíveis

A resistência superficial pode ser afetada pela contaminação, humidade, óleos e acabamento da superfície. Por conseguinte, os ensaios devem ser realizados em condições representativas da utilização real.

Resistência de contacto

A resistência de contacto descreve a resistência elétrica no ponto em que o silicone entra em contacto com outro material condutor.

O resultado pode depender de:

• Pressão de contacto
• Área de contacto
• Rugosidade da superfície
• Material do elétrodo
• Oxidação
• Dureza do silicone
• Espessura do componente
• Contaminação
• Compressão repetida

O valor da resistividade volumétrica da matéria-prima não permite prever automaticamente a resistência de contacto de um teclado, interruptor ou junta condutora acabados.

Resistência à compressão

Alguns componentes de silicone condutor são comprimidos durante a montagem. A compressão pode aproximar as partículas condutoras e aumentar a área de contacto efetiva.

A equipa de desenvolvimento deve medir a resistência em:

• Compressão mínima da montagem
• Compressão nominal
• Compressão máxima
• Ciclos repetidos de compressão
• Temperatura elevada
• Condições no fim da vida

Isto é especialmente importante no caso de juntas condutoras, almofadas de contacto e componentes de comutação sensíveis à pressão.

Desempenho da blindagem contra interferências eletromagnéticas

No que diz respeito a aplicações relacionadas com interferências eletromagnéticas, a baixa resistividade, por si só, pode não ser suficiente para garantir uma blindagem adequada.

O desempenho da blindagem também pode depender de:

• Tipo de enchimento
• Espessura do componente
• Continuidade da junta
• Pressão de contacto
• Material do invólucro
• Concepção de juntas
• Gama de frequências
• Preparação da superfície
• Espaços e elementos de fixação

A Shin-Etsu identifica a blindagem eletromagnética como uma aplicação para vedantes de silicone líquido condutor e componentes de borracha condutora. (Silicone Shin-Etsu)

O invólucro ou conjunto completo deve, por conseguinte, ser testado nos casos em que o desempenho da blindagem seja fundamental.

As propriedades mecânicas continuam a ser importantes

A adição de cargas condutoras altera a formulação e pode afetar o comportamento mecânico do silicone.

Entre as propriedades importantes contam-se:

• Dureza Shore A
• Resistência à tração
• Alongamento
• Resistência ao rasgo
• Deformação permanente por compressão
• Resistência à fadiga por flexão
• Resiliência
• Resistência à abrasão

Por exemplo, o LSR condutor para controlo de tensões da Dow é descrito como um material com dureza de 30–35 Shore A, com elevado alongamento e resistência à tração especificada, o que demonstra que o desempenho elétrico deve coexistir com os requisitos mecânicos.

Uma formulação altamente condutora pode não garantir automaticamente o melhor resultado:

• Resistência ao rasgo
• Flexibilidade dinâmica
• Desempenho de vedação
• Resistência à desmoldagem
• Resistência das paredes finas

O material selecionado deve cumprir os requisitos tanto elétricos como físicos.

Temperatura e desempenho ambiental

Os elastómeros de silicone são frequentemente escolhidos pela sua capacidade de se manterem flexíveis mesmo com variações de temperatura. As formulações condutoras também podem oferecer a resistência ao calor, ao frio e às intempéries associada à borracha de silicone, embora os limites exatos dependam do tipo de material. A Shin-Etsu descreve os produtos de silicone condutor como oferecendo condutividade, juntamente com resistência ao calor, ao frio e às intempéries. (Silicone Shin-Etsu)

As propriedades elétricas devem ser avaliadas após a exposição a condições relevantes, incluindo:

• Envelhecimento a alta temperatura
• Armazenamento a baixa temperatura
• Ciclos térmicos
• Humidade
• Água
• Radiação UV
• Ozono
• Óleos ou produtos de limpeza
• Fadiga mecânica
• Compressão a longo prazo

A temperatura pode afetar tanto o comportamento do polímero como a resistência elétrica. O cliente não deve partir do princípio de que as medições à temperatura ambiente permanecerão inalteradas ao longo da vida útil do produto.

Principais aplicações do LSR condutor

Juntas de blindagem contra EMI e RFI

O LSR condutor pode ser moldado em juntas flexíveis utilizadas entre caixas de equipamentos eletrónicos, tampas e painéis de acesso.

As possíveis aplicações incluem:

• Equipamento de comunicação
• Controladores industriais
• Módulos eletrónicos para a indústria automóvel
• Caixas para sistemas de baterias
• Sensores
• Eletrónica de consumo
• Caixas de instrumentação

O silicone proporciona flexibilidade e vedação ambiental, enquanto a rede condutora ajuda a manter a continuidade elétrica entre as superfícies de contacto.

Para que a blindagem seja eficaz, o projeto deve evitar descontinuidades em:

• Cantos
• Localizações dos elementos de fixação
• Juntas com vedantes
• Entradas de cabos
• Transições habitacionais

Componentes antiestáticos e dissipadores de eletricidade estática

Pode utilizar-se silicone condutor ou parcialmente condutor para controlar a carga eletrostática.

Entre os exemplos contam-se:

• Juntas antiestáticas
• Pés do equipamento
• Almofadas de manuseamento
• Dispositivos de fixação para montagem de componentes eletrónicos
• Capas de proteção
• Superfícies de contacto flexíveis
• Componentes de equipamento sensíveis ao pó

A Shin-Etsu identifica especificamente vedantes antiestáticos, adesivos e proteções para dispositivos elétricos ou eletrónicos como aplicações para o silicone condutor. (Silicone Shin-Etsu)

A resistência do alvo deve ser cuidadosamente controlada. Um componente concebido para dissipar carga não necessita necessariamente da baixa resistência exigida para transportar uma corrente significativa.

Teclados condutores e contactos de interruptores

O silicone condutor pode ser moldado em pastilhas de contacto ou em estruturas de comutação integradas.

Quando o silicone é pressionado, a área condutora liga dois contactos da placa de circuito.

Entre os fatores importantes de conceção contam-se:

• Resistência de contacto
• Força de acionamento
• Deslocamento principal
• Força de recuperação
• Geometria de contacto
• Limpeza das superfícies
• Vida útil
• Alinhamento com a placa de circuito impresso

A Shin-Etsu refere os pontos de contacto dos teclados como uma aplicação comum do silicone condutor.

Componentes de aquecimento resistivo

Uma vez que o silicone condutor apresenta resistência elétrica, a corrente que o atravessa pode gerar calor.

Entre as possíveis aplicações contam-se:

• Elementos de aquecimento flexíveis
• Peças anticondensação
• Componentes para manutenção da temperatura
• Almofadas aquecidas
• Equipamentos industriais especializados

A Shin-Etsu identifica os componentes de aquecimento como uma das aplicações da borracha de silicone condutora.

As aplicações de aquecimento exigem um controlo cuidadoso dos seguintes aspetos:

• Uniformidade da resistência
• Tensão
• Atual
• Espessura do componente
• Distribuição do calor
• Temperatura máxima da superfície
• Ligações elétricas
• Envelhecimento térmico
• Proteção contra sobreaquecimento

O aquecedor deve ser avaliado como um sistema elétrico completo e não apenas como um componente de borracha moldada.

Acessórios para cabos de alta tensão

O LSR condutor é utilizado em sistemas de cabos de média e alta tensão para o controlo do campo elétrico.

As aplicações podem incluir:

• Juntas de cabos
• Terminações de cabos
• Acessórios de encaixe
• Componentes de contração a frio
• Camadas de controlo de tensão
• Conectores para quadros elétricos

A Momentive afirma que o LSR condutor pode ser combinado com materiais de silicone isolantes para permitir o controlo do campo elétrico em juntas de encaixe e acessórios para cabos de contração a frio. (Momentive)

A Dow também disponibiliza LSR condutor, concebido para dispositivos de controlo de tensão elétrica e peças moldadas condutoras.

Estas aplicações exigem um controlo rigoroso de:

• Resistividade
• Qualidade da interface
• Adesão entre camadas
• Geometria
• Inclusão de ar
• Contaminação
• Compatibilidade com materiais isolantes
• Envelhecimento elétrico a longo prazo

Juntas condutoras e anéis em O

O silicone condutor permite combinar a vedação com a continuidade elétrica.

As possíveis aplicações incluem:

• Juntas condutoras para caixas de proteção
• Juntas de ligação à terra
• Juntas de vedação para conectores blindados
• Juntas para painéis de acesso a equipamentos
• O-rings especializados
• Componentes de enchimento condutores

A Shin-Etsu inclui juntas condutoras, anéis em O, vedantes e gaxetas entre as aplicações típicas de moldagem.

O projetista deve encontrar um equilíbrio entre a baixa resistência elétrica e a deformação permanente sob compressão, a força de vedação e a durabilidade ambiental.

Sensores e elétrodos flexíveis

O silicone condutor especialmente desenvolvido também pode ser considerado para estruturas flexíveis de sensores ou elétrodos.

O projeto pode recorrer às variações de resistência causadas por:

• Compressão
• Dobragem
• Alongamentos
• Contacto com outra superfície

Estes projetos exigem, geralmente, uma caracterização dos materiais específica para cada aplicação, uma vez que a relação resistência-deformação pode ser não linear e sensível à geometria, ao histórico de carga e às condições ambientais.

Seleção de enchimentos condutores

As formulações de silicone condutor podem utilizar carbono ou outros materiais eletricamente condutores. O sistema de cargas influencia:

• Resistência elétrica
• Cor
• Viscosidade
• Dureza
• Resistência ao rasgo
• Custo
• Resistência ambiental
• Desempenho de blindagem
• Comportamento de processamento

O silicone condutor com adição de carbono é normalmente preto. Os exemplos de borracha condutora da Shin-Etsu são produtos pretos com diferentes níveis de resistividade volumétrica. (Silicone Shin-Etsu)

Caso um cliente solicite uma cor clara ou personalizada, o fabricante deve, em primeiro lugar, confirmar se a condutividade exigida pode ser alcançada com um sistema de enchimento adequado sem carbono.

Não se deve escolher um enchimento específico apenas pelo facto de apresentar baixa resistência. A formulação completa deve também cumprir os requisitos relativos a:

• Corrosão
• Compatibilidade galvânica
• Migração de partículas
• Desempenho mecânico
• Restrições regulamentares
• Estabilidade a longo prazo
• Custo

Considerações sobre a moldagem personalizada de LSR

Dosagem e mistura de materiais

O LSR é normalmente fornecido como um sistema de duas partes. Uma dosagem precisa e uma mistura homogénea são essenciais para uma cura fiável e propriedades consistentes. A Momentive descreve o LSR como um material de dois componentes, curado com platina, concebido para moldagem por injeção de líquidos. (Momentive)

No caso dos tipos condutores, um controlo inadequado dos materiais pode também dar origem a diferenças na resistência elétrica entre peças ou lotes de produção.

O processo de moldagem deve controlar:

• Rácio entre a Parte A e a Parte B
• Pressão de bombeamento
• Qualidade da mistura
• Temperatura do material
• Tempo de permanência
• Contaminação
• Rastreabilidade dos lotes

Viscosidade do material e enchimento da cavidade

Os enchimentos condutores podem alterar a forma como o LSR flui através do molde.

O projetista de moldes deve avaliar:

• Dimensão do portão
• Localização do portão
• Comprimento do fluxo
• Secções de parede fina
• Perda de pressão
• Linhas de soldadura
• Câmaras de ar
• Desabafo
• Saldo de enchimento

Um molde concebido para um LSR de uso geral sem enchimento pode não apresentar um desempenho idêntico ao utilizado com uma formulação condutora altamente enchida.

Devem ser realizados ensaios representativos de fluxo de moldagem utilizando o material de produção real.

Uniformidade da condutividade

O enchimento condutor deve permanecer devidamente disperso por todo o componente moldado.

Entre os possíveis problemas contam-se:

• Variação da resistência local
• Caminhos condutores incompletos
• Linhas de soldadura de alta resistência
• Diferenças entre secções finas e grossas
• Inconsistência entre lotes
• Variação da condutividade na proximidade das portas

As medições elétricas devem ser realizadas em várias posições onde a uniformidade é fundamental.

Posição da porta e da linha de soldadura

Quando duas frentes de fluxo se encontram, formam uma linha de soldadura ou de união. Embora o silicone possa parecer totalmente unido, a rede de enchimento na interface pode diferir do resto do componente.

Os percursos condutores críticos não devem depender de uma linha de soldadura não validada.

O portão deve ser posicionado de forma a:

• Promover um enchimento equilibrado
• Minimizar a retenção de ar
• Evite as áreas de contacto críticas
• Reduzir as longas distâncias de fluxo
• Controlar a orientação do material de enchimento
• Evitar danos visíveis no portão

Desabafo

O ar retido pode causar:

• Preenchimento incompleto
• Defeitos superficiais
• Marcas de queimadura
• Pontos fracos
• Discontinuidades elétricas
• Interfaces de sobremoldagem de má qualidade

Os moldes de LSR exigem uma ventilação precisa, uma vez que o material pode fluir para espaços extremamente estreitos. As aberturas de ventilação devem libertar o ar sem gerar rebarbas inaceitáveis.

Controlo do Flash

Um flash condutor pode causar mais do que um defeito estético.

Pode criar:

• Caminhos elétricos indesejados
• Riscos de curto-circuito
• Interferência com o conjunto do conector
• Contacto irregular da junta
• Contaminação no interior das caixas dos aparelhos eletrónicos

As áreas críticas devem ter limites de flash claramente definidos no desenho.

Desmoldagem

Uma elevada concentração de carga pode afetar a flexibilidade e a resistência ao rasgo. As nervuras condutoras finas, as estruturas de contacto e os lábios de vedação podem ficar danificados durante a ejeção.

O componente deve incluir:

• Geometria adequada de calado e libertação
• Transições suaves
• Espessura adequada da parede
• Funcionalidades de vedação suportadas
• Uma direção de desmoldagem controlada

Os afunilamentos inversos e os recortes profundos devem ser analisados antes da preparação das ferramentas.

Moldagem de dois componentes condutora e isolante

Algumas aplicações exigem silicone condutor e isolante elétrico no mesmo componente.

Os acessórios para cabos de alta tensão são um exemplo. Uma camada condutora pode controlar o campo elétrico, enquanto uma camada isolante de silicone proporciona proteção dielétrica.

A Momentive descreve as variedades condutoras de Silopren LSR concebidas para serem utilizadas em conjunto com LSR isolante em juntas e terminações de cabos. (Momentive)

A moldagem de LSR com dois materiais requer o controlo dos seguintes aspetos:

• Resistência de aderência entre camadas
• Limpeza da interface
• Cura na primeira aplicação
• Aderência na segunda aplicação
• Espessura da camada
• Posição da camada condutora
• Encolhimento do material
• Expansão térmica
• Alinhamento do molde

A camada condutora não deve estender-se a áreas que exijam isolamento elétrico.

Devem ser utilizadas secções transversais de protótipos e ensaios elétricos para verificar a interface na sua totalidade.

Sobremoldagem de LSR condutor sobre plástico ou metal

O LSR condutor pode ser sobremoldado em:

• Terminais metálicos
• Barras condutoras
• Componentes de cabos
• Caixas de plástico
• Corpos de conectores
• Estruturas de sensores
• Inserções eletrónicas

Os potenciais benefícios incluem:

• Vedação integrada
• Menos etapas de montagem
• Posicionamento controlado
• Construção compacta
• Maior proteção ambiental

No entanto, nunca se deve partir do princípio de que existe adesão.

A equipa de desenvolvimento deve avaliar:

• Material do substrato
• Tratamento de superfícies
• Requisitos do primário
• Inserir «limpeza»
• Introduzir a temperatura
• Bloqueios mecânicos
• Pressão do molde
• Expansão térmica
• Compatibilidade galvânica
• Localização do contacto elétrico

Os tipos de LSR com autoadesão são formulados para aderirem a determinados termoplásticos ou metais, não de forma universal a todos os substratos. (Momentive)

Durante os ensaios de adesão, deve ser utilizada a pastilha de produção efetiva.

Conceção de ligações elétricas

Um componente de silicone condutor deve estabelecer uma ligação fiável com outro condutor.

Entre os métodos possíveis contam-se:

• Compressão contra uma superfície metálica
• Almofadas de contacto moldadas
• Inserções metálicas embutidas
• Ligações por fixação
• Adesivo condutor
• Elementos de fixação mecânicos

O projeto deve evitar basear-se em contacto pontual não controlado.

Entre os fatores importantes contam-se:

• Área de contacto
• Pressão de contacto
• Acabamento metálico
• Oxidação superficial
• Espessura do silicone
• Tolerância de montagem
• Vibração
• Ciclos térmicos
• Desmontagem repetida

Uma área de contacto maior nem sempre garante uma resistência mais baixa quando a compressão é irregular. O conjunto final deve ser medido em condições de tolerância mínima e máxima.

Concepção dimensional e tolerâncias

Os componentes de LSR condutor desempenham frequentemente funções tanto elétricas como mecânicas.

As dimensões críticas podem incluir:

• Espessura de contacto
• Altura do cordão de vedação
• Distância de compressão
• Espaçamento entre elétrodos
• Largura do caminho condutor
• Distância de isolamento
• Inserir localização
• Perímetro da junta

O desenho deve separar:

• Dimensões críticas elétricas
• Dimensões da vedação
• Dimensões da montagem
• Aspetos estéticos
• Dimensões de referência

A aplicação de tolerâncias desnecessariamente restritas a todas as características pode aumentar os custos com ferramentas e inspeção, sem melhorar o desempenho elétrico.

Teste de componentes condutores em LSR

Um plano de validação personalizado pode incluir:

Ensaios elétricos

• Resistividade volumétrica
• Resistência superficial
• Resistência de contacto
• Resistência à compressão
• Resistência durante o alongamento ou a flexão
• Capacidade de condução de corrente
• Eficácia da blindagem
• Desempenho no controlo do campo elétrico

Ensaios mecânicos

• Dureza
• Resistência à tração
• Alongamento
• Resistência ao rasgo
• Deformação permanente por compressão
• Compressão repetida
• Fadiga por flexão
• Resistência à adesão ou ao descolamento

Ensaios ambientais

• Envelhecimento a alta temperatura
• Exposição a baixas temperaturas
• Ciclos térmicos
• Humidade
• Exposição à água
• Raios UV e ozono
• Resistência do fluido
• Vibração
• Ambientes salinos ou corrosivos

As medições elétricas devem ser repetidas após os ensaios ambientais e mecânicos.

Um componente que atinge o seu valor-alvo de resistência inicial pode sofrer alterações após uma compressão prolongada, envelhecimento térmico ou movimentos repetidos.

Requisitos de controlo de qualidade

Na produção, a condutividade deve ser gerida como uma característica controlada.

Um plano de qualidade pode incluir:

• Identificação das matérias-primas recebidas
• Rastreabilidade dos lotes
• Controlo da relação de medição
• Ensaio de resistência da primeira peça
• Inspeção dimensional
• Inspeção visual
• Dispositivos de fixação de elétrodos definidos
• Pressão de ensaio controlada
• Testes periódicos de envelhecimento
• Acompanhamento estatístico
• Controlo de alterações

O método de ensaio deve definir o dispositivo de fixação, a geometria do elétrodo e a pressão aplicada. Caso contrário, dois laboratórios poderão obter valores de resistência diferentes para o mesmo componente.

Erros comuns no projeto de LSR condutor

Pedido de “silicone condutor” sem indicação da gama de resistência

Os materiais condutores, antiestáticos e de blindagem podem apresentar propriedades elétricas muito diferentes.

Utilização dos dados das matérias-primas como especificação da peça acabada

A espessura da peça moldada, a geometria, a pressão e o processo de fabrico podem influenciar o desempenho elétrico.

Ignorar a resistência à compressão

Uma junta ou almofada de contacto pode comportar-se de forma diferente nas condições de compressão mínima e máxima da montagem.

Confundir a condutividade térmica com a condutividade elétrica

Um silicone termocondutor pode continuar a ser eletricamente isolante.

Partir do princípio de que todos os tipos de material condutor são adequados para blindagem contra interferências eletromagnéticas (EMI)

A blindagem depende do invólucro completo, do design da junta e da gama de frequências.

Permitir a utilização de «Conductive Flash» em áreas isolantes

Uma pequena faísca pode criar um circuito elétrico indesejado.

Colocação de linhas de soldadura ao longo de um percurso condutor crítico

A condutividade de uma zona da linha de soldadura deve ser verificada antes de esta ser utilizada como parte do percurso principal da corrente.

Ignorar os efeitos dos enchimentos na moldabilidade

Os tipos condutores podem exigir configurações diferentes para a porta, a ventilação e o processo em comparação com o LSR padrão.

Alteração dos tipos de material sem revalidação

As classes de aspeto semelhante podem apresentar diferentes materiais de enchimento, resistência, dureza e comportamento de processamento.

Testes apenas à temperatura ambiente

As propriedades elétricas e mecânicas devem ser verificadas após um envelhecimento representativo e exposição ambiental.

Informações necessárias para um orçamento personalizado de LSR condutor

Para receberem um orçamento preciso, os clientes devem fornecer:

• Desenhos em 2D e 3D
• Aplicação do produto
• Resistividade volumétrica alvo
• Requisitos relativos à resistência de superfície ou de contacto
• Desempenho de blindagem exigido
• Tensão e corrente de funcionamento
• Intervalo de temperatura
• Exposição ambiental
• Dureza do silicone
• Condições de compressão
• Inserções de plástico ou metal
• Método de ligação exigido
• Quantidade anual prevista
• Requisitos de inspeção
• Normas de ensaio aplicáveis
• Requisitos de embalagem

No caso de um componente já existente, uma amostra física também pode ajudar o fabricante a avaliar:

• Geometria
• Áreas de contacto
• Linhas de separação
• Dureza do material
• Método de montagem
• Processo de moldagem potencial

Processo prático de desenvolvimento

Passo 1: Definir a função elétrica

Determine se o componente se destina à dissipação de carga estática, à condução de corrente, ao blindagem, à comutação, ao aquecimento ou ao controlo de campo.

Passo 2: Definir o objetivo de resistência

Definir os valores mínimos e máximos aceitáveis em condições de ensaio específicas.

Passo 3: Definir os requisitos mecânicos

Verifique a dureza, a compressão, a força de vedação, a resistência ao rasgo e o movimento previsto.

Passo 4: Selecionar os materiais candidatos

Comparar as propriedades elétricas, mecânicas, ambientais e de processamento.

Passo 5: Analisar a geometria do componente

Avaliar a continuidade dos percursos condutores, a espessura das paredes, as entradas, as linhas de soldadura e as áreas de contacto.

Passo 6: Obter amostras representativas

Utilize o material real de produção e o processo de moldagem previsto.

Passo 7: Testar o componente finalizado

Medir as propriedades elétricas utilizando dispositivos de teste representativos e a pressão de montagem.

Passo 8: Envelhecimento ambiental completo

Repita os ensaios após exposição ao calor, humidade, líquidos, vibração ou ciclos mecânicos.

Passo 9: Realizar uma produção-piloto

Avaliar a resistência e a consistência dimensional entre lotes.

Passo 10: Fixar a configuração aprovada

Controlar a classe do material, o fornecedor, o processo de moldagem, a ferramenta, as pastilhas e o método de ensaio.

Conclusão

A borracha de silicone líquida condutora permite aos fabricantes combinar um comportamento elétrico controlado com a flexibilidade, o desempenho térmico e a liberdade de conceção dos elastómeros de silicone.

Pode suportar aplicações como:

• Proteção contra interferências eletromagnéticas
• Proteção antiestática
• Contactos elétricos
• Aquecimento flexível
• Vedação condutora
• Controlo de campos de alta tensão
• Conjuntos condutores e isolantes de dois componentes

No entanto, o LSR condutor não é um único material normalizado.

Um desenvolvimento bem-sucedido requer objetivos elétricos claramente definidos, ensaios representativos das peças acabadas e um controlo cuidadoso da dispersão do material de enchimento, do enchimento do molde, das rebarbas, da pressão de contacto e do envelhecimento ambiental.

O melhor material não é necessariamente o tipo com a resistência mais baixa. É o tipo que proporciona um desempenho elétrico estável, ao mesmo tempo que cumpre os requisitos mecânicos, de vedação, de processamento e de vida útil do componente.

A cooperação precoce entre o designer do produto, o fornecedor de materiais, o fabricante de moldes e o fabricante especializado em moldagem de LSR pode reduzir as alterações nas ferramentas e ajudar a estabelecer um percurso fiável desde os testes do protótipo até à produção em série controlada.

Perguntas frequentes

A borracha de silicone líquida comum é condutora de eletricidade?

Não. O LSR padrão é, em geral, isolante elétrico. É necessário incorporar cargas condutoras na formulação para conferir condutividade elétrica.

Que cargas são utilizadas no silicone condutor?

É possível adicionar carbono e outros materiais condutores ao silicone. O sistema de enchimento exato depende da resistividade pretendida, das propriedades mecânicas, da cor e da aplicação.

O silicone condutor é sempre preto?

O silicone condutor com enchimento de carbono é normalmente preto. Outros sistemas de enchimento podem permitir aspetos diferentes, mas a disponibilidade de cores depende da formulação e da condutividade necessária.

Qual é a resistividade típica da borracha de silicone condutora?

A Shin-Etsu refere que muitas borrachas de silicone condutoras disponíveis no mercado apresentam valores que se situam aproximadamente entre 0,01 e 10 Ω·m, embora possam existir produtos especializados concebidos fora deste intervalo. (Silicone Shin-Etsu)

O LSR condutor pode ser utilizado para blindagem contra interferências eletromagnéticas (EMI)?

Sim. As juntas e vedantes de silicone condutor podem ser utilizados em sistemas de blindagem contra interferências eletromagnéticas (EMI). O desempenho da blindagem deve ser testado no invólucro completo.

O LSR condutor também pode proporcionar vedação ambiental?

Sim. Uma junta de silicone condutora devidamente concebida pode proporcionar tanto continuidade elétrica como proteção contra a humidade ou o pó.

O LSR eletricamente condutor é também termicamente condutor?

Não necessariamente. A condutividade elétrica e a condutividade térmica são propriedades distintas e devem ser especificadas de forma independente.

É possível moldar LSR condutor sobre metal?

Sim, mas o desenho do inserto, o estado da superfície, o método de fixação e a área de contacto elétrico têm de ser validados.

É possível moldar em conjunto silicone condutor e isolante?

Sim. É possível integrar camadas de LSR condutoras e isolantes em determinadas aplicações de dois componentes, incluindo acessórios para cabos de alta tensão. (Momentive)

Quais são os dados mais importantes para um orçamento?

O fabricante necessita do desenho, da função elétrica pretendida, do intervalo de resistência pretendido, das condições de ensaio, do ambiente de funcionamento, da dureza, da quantidade anual e de informações sobre quaisquer inserções de plástico ou metal.