[精品]导电炭黑填充材料的导电机理.doc

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1、导电炭黑填充材料的导电机理炭黑填充在高聚物屮又是怎样实现导电功能的呢？弄清楚这一点就可以为我们在制造导电材料时进一步掌握理论根据，从而在成熨T艺上设法考虑对不同导电要求，采取相应措施来得到所要求的导电材料。一般洪黑在聚合物屮的导电机理有两种说法，即链锁式导电通路和隧道效应，但这两者的最终结论都支持导电性的好坏决定于炭黑的种类及川最这一说法。链锁式导电通路链锁式导电通路的机理认为，炭黑粒了必须在几A(lA=O.lnm)以内的距离靠近(如图11・5所示)，这样就可产生电压差，使炭黑粒了的口电了依靠链锁传递移动通过电流。聚合物屮洪黑粒了的分散状态如图11

2、・6所示，从这个等价冋路模型可以理解形成链锁必须有一定的炭黑用量，才能出现强的导电现象，因而支配高分了材料导电性的最主要原因是炭黑的川最。这是最经典的一种解释。隧道效应链锁式导电通路是建立在炭黑必须形成链锁的前提下提出来的。但是，最近用电了显微镜观察拉伸状态的橡胶不存在炭黑链锁，却仍有导电现彖，這就是隧道效丿'认其主要论点认为，导电性是由炭黑粒了的隧道决定的。同时并有试验证明，随着炭黑粒了间距的增大，体积电阻亦随之升高。还有电场放射导电机理，是因为在研究炭黑填充的高分了材料的电压，电流特性时，发现其结果不符合欧姆定律，认为其所以如此，是由于炭黑粒了

3、间产生高的电场强度而发生电流导致电场放射。综上所述，无论从哪种导电机理来理解，都认为炭黑的种类和配合量是支配材料最终所表现的导电性的主要因素。炭黑填充材料的导电化炭黑填充高分了材料的导电化，主要是由炭黑的品种，用量，复合技术决定的。前面讲了炭黑的品种，本节着重说明炭黑用量及复合技术于材料导电化的关系。①炭黑用量从导电机理可以看到,在保证其他性能符合要求时,为了提高导电性就应增加炭黑用量。但这种用量于导电性的关系并非呈线性，而是按指数规律变化，这种规律可用下式表示R=exp(a/W)p式屮R—材料的体积电阻；W—炭黑的质量分数；a,p-rtl炭黑的橡

4、胶种类决定的常数。图11・7和图11・8就是不同质最分数的乙规炭黑分别添加氯丁橡胶和天然橡胶示其体积电阻的变化。虽然图11・7和图11-8屮给岀了最佳导电性所对应的炭黑质量分数,但在实际过程屮炭黑用量的多少还应考虑对其他性能包括T艺性能的影响。表11・3〜表11・5分别表示乙规和炭黑的用最对导电特性和物理机械性能的影响。②复合技术如果把炭黑的结构，川量看作迅实现材料导电化的主要因素，那么复合技术就是实现材料导电化的客观条件。这两者的关系就如同鸡蛋一定要在适当的温度下才能孵出小鸡一样。复合技术主要有以下几个方血。炭黑的表面处理为提高炭黑的分散性和与树

5、脂的亲和力，需要采川适当的助剂进行表面处理。混炼当选川的高聚物与炭黑及其川量确定以后，材料的导电性能就决定于炭黑的分散状态及链锁的形成情况。在进行混炼时往往最容易破坏的结构而影响导电性。这就需要选择适当的加T设备和手段。混炼的目的，除了为保证示续加T的顺利进行外，从导电性来看还应保证炭黑在聚合物屮得到充分的分散。一般的混炼都是密炼机进行，而为达到充分分散H的，往往容易随意延长混炼时间和转速。因此，丿应认识到混炼时间与分散程度对导电性的影响，得到一个最佳混炼时间，以保证良好的分散性，从而也就得到了好的导电性。图11-9表示丁苯橡胶屮加入导电炭黑后，其

6、混炼时间与分散性及导电性的关系。然而对于可槊•性并的材料，短时间的混合难以达到均匀分散的程度，则可采取先将炭黑在溶液状态下进行混合（湿法），这样可以减少因混炼带來的炭黑结构破坏的现彖，使导电性显著增加。图11・10表示了不同的混合方法使导电性的变化有显著弄别。熟化经混炼后的半成品一般并不立即成型制品，而是要经过一定的时间存放或高温处理后才能成型，这种混炼后的处理过程称为熟化。图11・11表示不同的熟化条件对导电性的影响有显著不同。即经过熟化以麻体积电阻上刃・，而且这种上升是随肴时间的延长而不断增加，温度的影响则并不太大。成型时间成型时间不仅是决定导

7、电高分子材料的物理性能的重要工艺因素，而且也是决定其导电性能的因素。图11・12表示填加乙规炭黑的氯丁橡胶随肴硫化时间的延长导电性增加的试验结果。这一点可以这样来理解，当在一定的高温条件下，炭黑受高温作用，其不纯物和水分不断除去，结构也相对逐渐发达，随着时间的延长效果越好，最终使导电性能变好。当时间延长到一定值时，这种效丿W就减弱以致没有变化导电性基木不变。成型温度在高分了材料成型T艺屮，成型温度往往与成形时间一起综合考虑。一般升高温度就相应缩短时间，而降低温度则应延长时间。那么当时间一定时，随着温度分升高，导电性自然就会变好，其理由与时间延长的解

8、释是一致的。图11・13表示成形温度与导电性的关系。