導電性添加剤によるポリウレタン導電性の向上

化学組成上、ゴム、ポリウレタン、シリコーンを含むほとんどのエラストマーは天然の絶縁体です。材料製造プロセスに導電性添加剤を含めることで、これらの材料の電気伝導性を向上させることができます。ポリウレタンの場合、導電性添加剤を使用すると半導電性材料となります。採用される化学の詳細が伝導度レベルと材料が持つ物理特性を決定します。この記事では、ポリウレタンを電気伝導性にするために使用される技術、製品設計に導電性ポリウレタンを組み込むメリット、これらのエンジニアリング材料の最終用途用途について説明します。

すべての導電性が等しく作られているわけではない

半導電性ポリウレタンを作る伝統的な方法の一つにカーボンブラックの使用があります。カーボンブラックは、特に石油系燃料の不完全燃焼の結果として生成されます。化学的に言えば、カーボンブラックは電気伝導性を持つ結晶状の炭素分子の格子です。カーボンブラックはポリウレタン化学に導入されると不活性となり、従来の成形プロセスに容易に組み込めます。この方法では、固体カーボンブラック粒子がポリウレタンマトリックスに囲まれて保持されます。カーボンブラックはポリウレタンを導電性にする目標を達成しますが、いくつかの望ましくない問題も引き起こす可能性があります：

• 導電性の均一性 - 液体ポリウレタン混合物中でカーボンブラック固形分が沈殿すると、重力方向に集中する傾向があります。その結果、材料は均一な導電性を持たなくなります。つまり、製品が摩耗するにつれて導電性に変化が生じます。
• 跡が残る - 作動中、ポリウレタン中のカーボンブラックが他の材料と接触すると、鉛筆の芯のように接触面に跡を残します。これは、これらの跡が望ましくない結果を招くメディア搬送用途で問題となります。
• 長居する - カーボンブラックで作られたポリウレタン製品が摩耗すると、カーボンブラックを保持していた材料マトリックスが崩れ、炭素分子が環境中に放出されます。この望ましくないデブリは、電気的または機械的デバイスで重大な問題を引き起こす可能性があります。

MPCのDurethane® Cは、カーボンブラックによって生じる問題なしに半導電性ポリウレタンを作る特許取得済みの金属塩技術を採用しています。これは、材料を硬化させる前に、液体ポリマー中で制御された環境下で導電性元素を溶解させることで実現します。このプロセスにより、導電性元素がポリウレタン混合物全体に均質に分散されることが保証されます。

混合物内で、ポリウレタン分子は導電性元素と電気化学的相互作用を起こし、これはキャストプロセスを通じて維持されます。このプロセスにより、ポリウレタンの堅牢な物理特性を維持した導電性材料が生まれます。

導電性ポリウレタンを使用すべき場面

半導電性ポリウレタンは、静電気の蓄積を放散させたり、電荷を移動させたりするのに最適です。前者の場合、静電気の蓄積は機械作動で摩擦が生じた際に発生する可能性があります。制御されない場合、静電気の蓄積は放電を生じ、センシティブな電子機器を損傷させたりユーザー体験を損なったりする恐れがあります。導電性ポリウレタンは、静電気の蓄積を安全かつ効果的にアースに逃がす設計に組み込めます。また、優れた材料特性と電荷移動の両方を必要とする電気機械メカニズムにおいて、導電性ポリウレタンは重要な役割を果たせます。

結論

半導電性ポリウレタンは、静電気を発生させる、または電荷移動を必要とするアセンブリやメカニズムで重要な役割を果たせます。製品設計で材料を決定する際は、成功する作動に必要な物理特性と材料の耐用年数を考慮することが重要です。製品設計の材料に関するご相談は、こちらからDurethane® Cテクノロジーの概要をダウンロードいただくか、下記のDurethane® C材料データシートをご覧ください。