1 塑料导电**炭黑的发展历史

炭黑95 %以上用于橡胶制品,炭黑作为导电性材料,特别是乙炔炭黑,主要用于干电池中,在塑料中用作导电性功能填料是一个较新的领域。但乙炔炭黑的生产造成的环境污染比较严重,而且乙炔炭黑在橡胶、塑料中的加工性较差,制成品的力学性能也较差。合成氨重油造气时副产的炭黑,由于其制造成本太高,而且它在塑料中的分散性非常差,使塑料制品的力学性能损失严重,因而不能用作导电材料,其在塑料中的使用价值、用量非常有限。油炉法炭黑品种中还没有**的塑料用导电炭黑,曾列入ASTM D 1765 —96a.“橡胶用炭黑”标准中的N472 (美国Cabot 公司生产的XC - 72) ,是60 年代开发的一种橡胶用导电炭黑,由于它的粒径较大,在塑料中的分散性也较好,是一种良好的塑料用导电炭黑。以后德国Degussa 公司开发了Corax L 系列导电炭黑,日本旭碳公司也于60 年代中期开发了一种橡胶用导电炉黑,等等。

炭黑工业研究设计院前几年曾开发的橡胶用导电炉法炭黑TD 系列产品是基于降低炭黑粒子的粒径,提高炭黑的比表面积来获得较好的导电性,它们在橡胶中使用时可以借助强劲的剪切力而获得良好的分散,制得导电性好、力学性能好的导电橡胶制品。但当将其用于塑料制品时,依然存在力学性能差、使用效果不好的缺陷。这同样是由于TD 系列炭黑不能在塑料中

获得良好的分散所致。

炭黑加入到塑料中后,由于炭黑的填充量和分散程度不同,使得炭黑在塑料中的导电机理是不相同的。一方面是由于炭黑发达的结构,使炭黑粒子之间相互接触形成导电通道;另一方面是由于炭黑粒子数量不足,或分散均匀后,炭黑粒子之间不能相互接触,在炭黑粒子之间有一层薄的树脂形成势垒,电子不能直接流通,但当有电压时,电子可以靠隧道效应导电,即电子要在势垒处发生电子跃迁,形成隧道导电。实际上,在聚合物复合物导电过程中,这两种导电机理是同时存在的,只是导电的效率不同而已。由于导电复合物在使用时的条件不同,如交流、直流、高频、低频、电磁波屏蔽等等,炭黑在其中的作用有所区别。

2 影响炭黑导电性能的因素

211 炭黑粒径

理论上,炭黑的粒径越小,单位体积中的粒子数越多,有利于提高导电性。这在橡胶用导电制品中是正常的。但在用于导电塑料制品时,若炭黑粒子过小,因塑料塑化后剪切力小,故分散性差,炭黑以大量的小团块存在于基料中,使导电塑料制品的力学性能降低,失去实用价值。所以要把炭黑的粒径控制在一定范围内,才能保证炭黑既可在塑料中获得良好的分散,又可

大大增加塑料中单位体积内的炭黑粒子数,提高塑料制品的导电性能,同时不破坏或少破坏制品原有的力学性能。

212 炭黑结构

DBP 值的大小代表了炭黑聚集体结构的高低,一般说来,DBP 值高时炭黑呈链枝状结构,导电性较好。各种重油造气副产品炭黑的DBP 值都非常高,而从电子显微镜发现它们是空壳形态微观结构,说明其结构并非很高。它的高导电性可能一是由于其单位质量下体积更大的结果,二是剪切破坏了部分一次结构,产生了大量的新微粒。要获得在塑料中好的导电性能,炭

黑必须是粒径较大,结构不宜太高,**好使炭黑的结构成线状结构。一方面可促使炭黑在塑料中的分散,另一方面有利于形成导电网络,用少量炭黑即可达到抗静电作用。