導(dǎo)電炭黑的使用領(lǐng)域

    導(dǎo)電炭黑是指使用某些炭黑的低電阻或高電阻功能，使其使用不同的產(chǎn)品，如導(dǎo)電橡膠，無線電元件等等。乙炔炭黑是導(dǎo)電炭黑的一個重要品種，多用于電池工業(yè)中，此外，尚有爐法導(dǎo)電炭黑，槽法導(dǎo)電炭黑等。 

     1.炭黑的導(dǎo)電性 

    炭黑的導(dǎo)電功能與炭黑粒子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變、外表性質(zhì)、粒子大小和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。炭黑粒子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變對他的導(dǎo)電功能有顯著影響，石墨化的炭黑具有較高的導(dǎo)電率。當炭黑的外表含有揮發(fā)份或焦油狀雜質(zhì)（即溶劑抽出物）時，由于炭黑外表掩蓋一層含氧化合物的膜，使炭黑粒子外表構(gòu)成一層絕緣層，這種絕緣層的存在會顯著地添加炭黑的電阻。當把炭黑在真空或惰性氣體加熱除掉含氧揮發(fā)份和油狀雜質(zhì)后，其電阻會顯著減小。當炭黑粒徑減小，即他的渙散度添加時，由于在單位體積內(nèi)粒子數(shù)目添加，也會是電阻減小。因而可以說，較細粒子的炭黑具有較好的導(dǎo)電能力，炭黑的結(jié)構(gòu)是影響炭黑的導(dǎo)電功能的重要要素，這顯然是由于炭黑鏈枝結(jié)構(gòu)或纖維結(jié)構(gòu)的存在。 

    炭黑導(dǎo)電功能的測定，通常是測定干炭黑的粉體電阻比。也就是把炭黑在一個絕緣的圓筒頂用金屬柱塞電極緊縮大恒壓或恒體積是，測定其電阻值并算出比體積電阻。前者稱為定壓法，后者成為定容法。定壓法用的壓力位100-130公斤/立方厘米。對高結(jié)構(gòu)的炭黑，采用定容法所測得的比電阻更能反映出與使用的聯(lián)系。 

    2.炭黑的導(dǎo)電功能 

     炭黑是一種半導(dǎo)體資料，常用導(dǎo)電率或他的倒數(shù)電阻率表明他的電功能。炭黑的導(dǎo)電功能與其微觀結(jié)構(gòu)，粒子大小，結(jié)構(gòu)，外表性質(zhì)等密切相關(guān)。 

   炭黑的微觀結(jié)構(gòu)賦予炭黑導(dǎo)電功能。天然石墨單晶或高度定向的熱裂解石墨的電功能類似于半金屬性質(zhì)。即他的階電子與導(dǎo)電電子帶之間的能帶很低，小于0.04eV。而且由于石墨層的取向，在電功能方面也存在顯著的各項異性。石墨單晶在橫向上比電阻為5*10-5，縱向電阻為5*10-1。高出10000倍。關(guān)于炭黑聚集體而言，由于炭黑石墨層的同心取向圓性質(zhì)，絕大部分為縱向，所以電阻率要高于石墨。從微觀方面解釋。從最微觀的視點講，炭黑原子與炭黑原子構(gòu)成共價鍵，碳原子通過共價鍵在電勢上發(fā)生通路，電阻很小，所以每個微晶的由碳原子組成的每個六角形網(wǎng)片層在導(dǎo)電上是很好的?？墒敲總€片層與片層之間的是有間隔的，這種間隔雖然只要0.433nm，但沒有像片層原子之間導(dǎo)電性好。擴大一些倍，這類微晶與微晶之間，要是片與片橫向排開并觸摸的話，可構(gòu)成杰出的導(dǎo)電通路，但要是一層壓一層辦法排列的話，層與層之間導(dǎo)電功能又會差一大塊出來。再擴大一些。碳炭黑據(jù)熔體與炭黑據(jù)熔體觸摸，導(dǎo)電的辦法是層與層之間的導(dǎo)電，所以導(dǎo)電性質(zhì)并不是太好（比金屬），當然炭黑的導(dǎo)電性并不全是上述辦法的導(dǎo)電，有一部分錯綜復(fù)雜微晶也無序中構(gòu)成橫向通路，然后添加導(dǎo)電性，這種辦法是少數(shù)的，并且是隨機的。最終闡明，炭黑在膠猜中的方式并不是想我們想象中的那樣均勻分布，大部分炭黑炭黑粒子仍是有數(shù)個或數(shù)十個炭黑聚集體抱到一塊構(gòu)成炭黑附聚體存在于橡膠中，混煉次數(shù)越多，炭黑附聚體的聚集體數(shù)量就越少，相應(yīng)的渙散到膠猜中的炭黑就越顯得均勻，可是混煉次數(shù)過多，會引起膠燒或破壞炭黑根本粒徑，下降炭黑結(jié)構(gòu)，反而下降了導(dǎo)電功能。所以導(dǎo)電炭黑如安在膠猜中均有的渙散是橡膠工作者需要解決的問題。如果能添加渙散劑，就是說，既能改善渙散性，又不會破壞炭黑的結(jié)構(gòu)，還不影響炭黑外表純真度?？善鸬阶詈玫膶?dǎo)電作用。 

    3.導(dǎo)電炭黑的使用

    上述是炭黑導(dǎo)電的根本機理，下面介紹炭黑在膠猜中導(dǎo)電的影響要素。炭黑的物化性質(zhì)與導(dǎo)電性有關(guān)。一般來說，粒子越小，導(dǎo)電功能越好，這是由于單位體積內(nèi)添加了炭黑的粒子數(shù)目。然后添加了觸摸點或在渙散體中減小了粒子間間隔。使電阻減小，導(dǎo)電性添加。所以細粒子具有較高的導(dǎo)電功能。炭黑的結(jié)構(gòu)也是影響炭黑導(dǎo)電性的重要要素，高結(jié)構(gòu)的炭黑比正常結(jié)構(gòu)的炭黑或低結(jié)構(gòu)的炭黑具有更高的導(dǎo)電性。這顯然是由于高結(jié)構(gòu)的炭黑存在的鏈枝結(jié)構(gòu)（纖維結(jié)構(gòu)）的存在，交織連接構(gòu)成更多的通路所造成的。炭黑外表的揮發(fā)物或殘留的焦油狀物質(zhì)，（即溶劑抽出物），使炭黑外表掩蓋一層含氧化合物的膜，或油狀烴分子薄膜，構(gòu)成了絕緣層。添加了炭黑的電阻，使導(dǎo)電性下降。將炭黑在真空或惰性氣體中加熱除掉含氧基團或油狀物質(zhì)以后，導(dǎo)電性添加。炭黑外表的粗糙度，即空地性也影響炭黑的導(dǎo)電性。外表粗糙多孔的炭黑其導(dǎo)電性添加，這是由于當填充量一守時，粗糙多孔的炭黑粒子比實心粒子間隔要小。所以，導(dǎo)電功能好的炭黑具有粒子細，結(jié)構(gòu)高，外表純凈，粗糙多孔等特色。 

    4.炭黑的電阻率

    炭黑的電阻測量一般在緊縮狀態(tài)下進行，由于未緊縮的粉狀炭黑體積多變，并含有高達90%以上的空地。經(jīng)造粒密實的炭黑中仍有80%左右的空地，大多數(shù)炭黑如按粒子堆積核算，其空地體積為40%左右。炭黑中存在這么多孔隙，并易變，如不通過一定程度的緊縮者無法精確測量器其比電阻。緊縮主要是消除炭黑中過多的空地，并添加聚集體間觸摸或縮小粒子間間隔，因而在一定壓力下才能比較不同炭黑的導(dǎo)電性?？偟脕碚f，炭黑的電阻率隨所施加壓力或壓強的添加而減小。 

     通過試驗得知，炭黑的電阻率不是有導(dǎo)電粒子的長度決議的，而是由鏈與鏈之間的空隙決議的，這些空隙在所施加壓力不到1nm，因而，在這些局部的空隙可能出現(xiàn)高電場，在足夠高的電勢差下會引起場內(nèi)致發(fā)射使電子穿過勢壘。而在這種情況下，發(fā)生電子地道效應(yīng)，通過很多的導(dǎo)電通路（地道）導(dǎo)電。在很多填充情況下任何一種炭黑的導(dǎo)電率接近同一水平。 

    5.后處理的影響

     熱處理后的炭黑對導(dǎo)電性有一定影響，當溫度到達1200度，炭黑外表的含氧基團和溶劑抽出物消失，炭黑的導(dǎo)電性添加，溫度高于1200度后電阻添加，這是由于炭黑外表被石墨化的成果。炭黑的石墨層構(gòu)成關(guān)閉的層殼，并構(gòu)成同心取向。這樣沿著順導(dǎo)的方向減少，然后構(gòu)成炭黑導(dǎo)電功能減弱。 

    總結(jié)：炭黑導(dǎo)電的根本原理是炭黑附聚體（多個聚集體構(gòu)成的團）中碳粒子之間間隔的遠近和數(shù)量的多少覺得炭黑的膠料的導(dǎo)電性，就像金屬導(dǎo)電，線號越粗的電線，越具有杰出的導(dǎo)電性。所以可以從下面幾種辦法挑選導(dǎo)電炭黑。 

    1. 吸油值，即炭黑的結(jié)構(gòu)，高結(jié)構(gòu)的炭黑導(dǎo)電功能好。 

    2. 灰分、雜質(zhì)、篩余物等非碳物，減小非碳物的含量，相對添加炭黑在膠猜中的含量。 

   3. 粒徑小，一般為20-40nm，一般導(dǎo)電炭黑的粒徑都集中在這個區(qū)域。 

   4. 揮發(fā)份低，外表含氧基團少，表現(xiàn)是炭黑呈中性。 

   5. 溶劑抽出物低，不易構(gòu)成絕緣層。 

   6. 高吸碘，空殼炭黑最好。 

   7. 渙散要好，炭黑渙散均勻?qū)μ亢谟行С煞痔砑佑兄苯勇?lián)系。 

   8. 加熱后處理炭黑更好。 

   9. 盡可能的多加量（在本錢和不影響膠料功能的情況下）