导电炭黑在防静电塑料和橡胶中应用技术-武汉诺龙科技

导电炭黑作为性价比zui高的半导体材料，广泛应用于导电橡胶制品与导电塑料制品的生产，以满足防静电制品和导电制品的行业需求。此文的目的是要简单探讨一下导电炭黑作为填充料，在制品加工过程中各个环节上的注意事项，以期达到的导电性能，这样就不仅满足了高导电性能的需求，而且可以降低整体原料成本。

在橡胶和塑料加工过程中应该注意到影响制品导电性能的几个因素，具体包括导电炭黑的本身的导电性能强弱，橡胶和塑料原料混炼过程对制品导电性能的影响，制品加工成型工艺对导电性能的影响，基体材料对制品导电性能的影响。

1． 导电炭黑的选择

导电炭黑的导电性能与炭黑的粒径和结构有关，分别由吸腆值和吸油值来指示出来：吸腆值越大，代表粒径越小；吸油值越高，代表炭黑的结构越高；小粒径和高结构是导电炭黑的zui根本特点。炭黑导电的原因主要在于，高结构细颗粒炭黑所形成的网状链堆积紧密，比表面积大，单位质量颗粒多，这样形成了链式导电结构。另外，高结构细粒径炭黑，在橡胶和塑料中添加能明显改善橡胶和塑料的抗压、耐磨等力学性能。因此，具有高吸腆和高吸油值的炭黑，是塑料工业导电制品的选择。

2． 炭黑分散剂的选择

导电炭黑中添加分散剂，既要求改善炭黑的分散性，又不能破坏导电炭黑的高结构，还要求不影响炭黑表面纯洁度。

用钛酸酯类偶联剂处理炭黑表面，既可改善抗静电性能，又可提高熔体流动性和材料力学性能，而分散剂和非表面活性剂可以防止炭黑粒子的聚集，使其在聚合物当中能够均匀分散。此外将炭黑与陶土、滑石粉等物质并用，也可以提高改性效果。

　　在炭黑中加入低分子蜡，体系的粘度下降，导致体系所受剪切力作用减小，同时低分子蜡包容、浸润炭黑粒子，使炭黑粒子内聚力下降。这两种力下降幅度随着分子蜡用量不同而不同。当剪切力的下降幅度大于内聚力的下降幅度时，炭黑就不能均匀分散，导电性能较差。

3． 混炼过程注意事项

混炼条件影响导电性的研究有很多，国外科学家通过调节混炼时间分别测定对应的电阻值、力学性能及分散性结果表明，电阻值随着混炼时间增加急速下降，达到一个zui低值后，又逆向升高。

这种混炼影响不同炭黑种类、含量及不同基体时有所不同，结构发达的乙炔炭黑易受长时间剪切的破坏，因而电阻值上升较快，而结构不发达的烯酮ec炭黑受时间影响就较小。在低含量炭黑的情况下，这种影响也不明显，但在临界含量时，由于剪切对少量链接成通路的炭黑破坏严重，这时影响就十分敏感，而高含量时，由于链接作用的炭黑将会很多，在遭受链式破坏时，又会形成新的链式结构，这时受混炼条件影响又重新减弱。

4． 加工成型工艺的选择

不同成型方法对材料导电性影响很大。热敏导电材料在采用不同的成型方法时就显示不同导电特征，压制成型过程中，对材料的导电特性影响不大。注射成型过程中增加一个熔融混合过程，使炭黑粒子在注射过程中纵向和横向重新分布，使电阻增大。挤出成型时，在一定剪切力作用下，使炭黑粒子进一步分散，材料导电性提高。因此许多研究认为zui适合采用的成型方法为挤出成型。
　　成型温度、压力及延伸率对电阻值都有影响，在导电塑料加工成型时，为了取得分散成各向异性的效果及把由于剪切力造成的炭黑结构破坏减小到zui低限度，对一些加有弹性体、橡胶作为基体的导电塑料，往往需要交联或加硫硫化，这时交联、加硫条件、混合料的熟化及存放时间等都会影响材料导电性。
　　通过热处理成型工艺，可使在加工中链状结构发生变化的炭黑粒子有序化排列，形成更有利于导电的排列方式。热处理使基体结晶趋于完善，结晶度提高使基体熔阻范围变窄，在极窄的温度范围内电阻率迅速提高，同时结晶度提高。

5． 基体树脂和橡胶对导电性能的影响

不同极性的高聚物与炭黑组成共混体系的极性越大，炭黑临界体积分数就越大，意味着体系的导电性下降，因为炭黑表面含有很强的极性基团，基体极性大，作用增强，这时强度增加，却妨碍导电粒子自身的凝集，以致导电性差。聚苯乙烯比聚丙烯、聚乙烯极性要强些，与炭黑极性更相近，所以达到相同的导电率需要更多的炭黑。