导电炭黑的应用领域

导电炭黑的使用领域

    导电炭黑是指使用某些炭黑的低电阻或高电阻功能，使其使用不同的产品，如导电橡胶，无线电元件等等。乙炔炭黑是导电炭黑的一个重要品种，多用于电池工业中，此外，尚有炉法导电炭黑，槽法导电炭黑等。 

     1.炭黑的导电性 

    炭黑的导电功能与炭黑粒子的内部微观结构的改变、外表性质、粒子大小和结构密切相关。炭黑粒子的内部微观结构的改变对他的导电功能有显著影响，石墨化的炭黑具有较高的导电率。当炭黑的外表含有挥发份或焦油状杂质（即溶剂抽出物）时，由于炭黑外表掩盖一层含氧化合物的膜，使炭黑粒子外表构成一层绝缘层，这种绝缘层的存在会显著地添加炭黑的电阻。当把炭黑在真空或惰性气体加热除掉含氧挥发份和油状杂质后，其电阻会显著减小。当炭黑粒径减小，即他的涣散度添加时，由于在单位体积内粒子数目添加，也会是电阻减小。因而可以说，较细粒子的炭黑具有较好的导电能力，炭黑的结构是影响炭黑的导电功能的重要要素，这显然是由于炭黑链枝结构或纤维结构的存在。 

    炭黑导电功能的测定，通常是测定干炭黑的粉体电阻比。也就是把炭黑在一个绝缘的圆筒顶用金属柱塞电极紧缩大恒压或恒体积是，测定其电阻值并算出比体积电阻。前者称为定压法，后者成为定容法。定压法用的压力位100-130公斤/立方厘米。对高结构的炭黑，采用定容法所测得的比电阻更能反映出与使用的联系。 

    2.炭黑的导电功能 

     炭黑是一种半导体资料，常用导电率或他的倒数电阻率表明他的电功能。炭黑的导电功能与其微观结构，粒子大小，结构，外表性质等密切相关。 

   炭黑的微观结构赋予炭黑导电功能。天然石墨单晶或高度定向的热裂解石墨的电功能类似于半金属性质。即他的阶电子与导电电子带之间的能带很低，小于0.04eV。而且由于石墨层的取向，在电功能方面也存在显着的各项异性。石墨单晶在横向上比电阻为5*10-5，纵向电阻为5*10-1。高出10000倍。关于炭黑聚集体而言，由于炭黑石墨层的同心取向圆性质，绝大部分为纵向，所以电阻率要高于石墨。从微观方面解释。从最微观的视点讲，炭黑原子与炭黑原子构成共价键，碳原子通过共价键在电势上发生通路，电阻很小，所以每个微晶的由碳原子组成的每个六角形网片层在导电上是很好的。可是每个片层与片层之间的是有间隔的，这种间隔虽然只要0.433nm，但没有像片层原子之间导电性好。扩大一些倍，这类微晶与微晶之间，要是片与片横向排开并触摸的话，可构成杰出的导电通路，但要是一层压一层办法排列的话，层与层之间导电功能又会差一大块出来。再扩大一些。碳炭黑据熔体与炭黑据熔体触摸，导电的办法是层与层之间的导电，所以导电性质并不是太好（比金属），当然炭黑的导电性并不全是上述办法的导电，有一部分错综复杂微晶也无序中构成横向通路，然后添加导电性，这种办法是少数的，并且是随机的。最终阐明，炭黑在胶猜中的方式并不是想我们想象中的那样均匀分布，大部分炭黑炭黑粒子仍是有数个或数十个炭黑聚集体抱到一块构成炭黑附聚体存在于橡胶中，混炼次数越多，炭黑附聚体的聚集体数量就越少，相应的涣散到胶猜中的炭黑就越显得均匀，可是混炼次数过多，会引起胶烧或破坏炭黑根本粒径，下降炭黑结构，反而下降了导电功能。所以导电炭黑如安在胶猜中均有的涣散是橡胶工作者需要解决的问题。如果能添加涣散剂，就是说，既能改善涣散性，又不会破坏炭黑的结构，还不影响炭黑外表纯真度。可起到最好的导电作用。 

    3.导电炭黑的使用

    上述是炭黑导电的根本机理，下面介绍炭黑在胶猜中导电的影响要素。炭黑的物化性质与导电性有关。一般来说，粒子越小，导电功能越好，这是由于单位体积内添加了炭黑的粒子数目。然后添加了触摸点或在涣散体中减小了粒子间间隔。使电阻减小，导电性添加。所以细粒子具有较高的导电功能。炭黑的结构也是影响炭黑导电性的重要要素，高结构的炭黑比正常结构的炭黑或低结构的炭黑具有更高的导电性。这显然是由于高结构的炭黑存在的链枝结构（纤维结构）的存在，交织连接构成更多的通路所造成的。炭黑外表的挥发物或残留的焦油状物质，（即溶剂抽出物），使炭黑外表掩盖一层含氧化合物的膜，或油状烃分子薄膜，构成了绝缘层。添加了炭黑的电阻，使导电性下降。将炭黑在真空或惰性气体中加热除掉含氧基团或油状物质以后，导电性添加。炭黑外表的粗糙度，即空地性也影响炭黑的导电性。外表粗糙多孔的炭黑其导电性添加，这是由于当填充量一守时，粗糙多孔的炭黑粒子比实心粒子间隔要小。所以，导电功能好的炭黑具有粒子细，结构高，外表纯净，粗糙多孔等特色。 

    4.炭黑的电阻率

    炭黑的电阻测量一般在紧缩状态下进行，由于未紧缩的粉状炭黑体积多变，并含有高达90%以上的空地。经造粒密实的炭黑中仍有80%左右的空地，大多数炭黑如按粒子堆积核算，其空地体积为40%左右。炭黑中存在这么多孔隙，并易变，如不通过一定程度的紧缩者无法精确测量器其比电阻。紧缩主要是消除炭黑中过多的空地，并添加聚集体间触摸或缩小粒子间间隔，因而在一定压力下才能比较不同炭黑的导电性。总得来说，炭黑的电阻率随所施加压力或压强的添加而减小。 

     通过试验得知，炭黑的电阻率不是有导电粒子的长度决议的，而是由链与链之间的空隙决议的，这些空隙在所施加压力不到1nm，因而，在这些局部的空隙可能出现高电场，在足够高的电势差下会引起场内致发射使电子穿过势垒。而在这种情况下，发生电子地道效应，通过很多的导电通路（地道）导电。在很多填充情况下任何一种炭黑的导电率接近同一水平。 

    5.后处理的影响

     热处理后的炭黑对导电性有一定影响，当温度到达1200度，炭黑外表的含氧基团和溶剂抽出物消失，炭黑的导电性添加，温度高于1200度后电阻添加，这是由于炭黑外表被石墨化的成果。炭黑的石墨层构成关闭的层壳，并构成同心取向。这样沿着顺导的方向减少，然后构成炭黑导电功能减弱。 

    总结：炭黑导电的根本原理是炭黑附聚体（多个聚集体构成的团）中碳粒子之间间隔的远近和数量的多少觉得炭黑的胶料的导电性，就像金属导电，线号越粗的电线，越具有杰出的导电性。所以可以从下面几种办法挑选导电炭黑。 

    1. 吸油值，即炭黑的结构，高结构的炭黑导电功能好。 

    2. 灰分、杂质、筛余物等非碳物，减小非碳物的含量，相对添加炭黑在胶猜中的含量。 

   3. 粒径小，一般为20-40nm，一般导电炭黑的粒径都集中在这个区域。 

   4. 挥发份低，外表含氧基团少，表现是炭黑呈中性。 

   5. 溶剂抽出物低，不易构成绝缘层。 

   6. 高吸碘，空壳炭黑最好。 

   7. 涣散要好，炭黑涣散均匀对炭黑有效成分添加有直接联系。 

   8. 加热后处理炭黑更好。 

   9. 尽可能的多加量（在本钱和不影响胶料功能的情况下）