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导电炭黑的分散性

来源:河南碳黑工业集团 | 作者:导电炭黑 | 发布时间: 2025-12-18 | 30 次浏览 | 分享到:

导电炭黑的分散性是决定其导电性能、力学性能及制品加工稳定性的核心因素,分散效果差会导致炭黑团聚,不仅降低导电通路的形成效率,还会影响材料的均匀性和使用性能。

一、影响导电炭黑分散性的关键因素

炭黑自身特性

粒径与比表面积:粒径越小、比表面积越大,表面能越高,越容易发生团聚,分散难度也越大;反之,粒径较大的炭黑团聚倾向弱,分散相对容易。

结构度:导电炭黑的 “链枝状” 结构(结构度)越高,颗粒间越易形成空间网络,但高结构炭黑的孔隙率大,分散时需要更多的基体树脂渗入孔隙,对分散工艺要求更高。

表面性质:炭黑表面的含氧基团(如羧基、羟基)数量会影响其与基体的相容性。含氧基团越多,亲水性越强,在极性树脂(如环氧树脂、聚氨酯)中分散性更好;反之,非极性表面更适合非极性基体(如聚乙烯、聚丙烯)。

基体材料的性质

基体树脂的黏度、极性与炭黑的相容性直接影响分散效果。黏度适中的基体既能包裹炭黑颗粒,又能在剪切力作用下打破团聚体;若基体与炭黑极性不匹配,两者界面结合力弱,炭黑易重新团聚。

分散工艺与设备

设备剪切力:常用分散设备有高速搅拌机、砂磨机、三辊研磨机、双螺杆挤出机等。剪切力越强,越容易破碎炭黑团聚体,砂磨机和三辊研磨机的分散效果通常优于高速搅拌机。

分散剂与助剂:添加合适的分散剂是改善分散性的关键手段。分散剂的锚固基团吸附在炭黑表面,溶剂化链伸展在基体中,可降低颗粒间的吸引力,防止团聚。常用分散剂包括脂肪酸盐、酯类、高分子型分散剂等。

工艺参数:分散温度、时间、炭黑添加方式也会影响效果。例如,分步添加炭黑(先少量预分散,再补加剩余量)比一次性添加更易分散均匀;适当提高温度可降低基体黏度,增强剪切作用,但温度过高可能导致树脂降解或分散剂失效。

二、导电炭黑分散性的评价方法

直接观测法

光学显微镜或电子显微镜观察:直接查看炭黑在基体中的分布状态,团聚体数量越少、粒径越小,分散性越好。

激光粒度仪:测定分散后炭黑颗粒的粒径分布,粒径分布越窄,分散越均匀。

间接性能法

电阻率测试:分散均匀的导电炭黑能形成连续的导电网络,材料电阻率更低且更稳定;若分散不均,电阻率波动大。

力学性能测试:分散性差会导致材料力学性能下降(如拉伸强度、冲击强度降低),通过测试力学指标可间接判断分散效果。

流变性能测试:分散均匀的体系黏度更稳定,且黏度随剪切速率的变化规律更符合预期。

三、改善导电炭黑分散性的实用措施

选择与基体极性匹配的炭黑型号,或对炭黑进行表面改性(如氧化处理、接枝改性)。

选用适配的分散剂,控制分散剂添加量(通常为炭黑质量的 5%~20%)。

优化分散设备与工艺,优先使用高剪切力设备,合理调整温度和时间。

采用预分散工艺,先制备炭黑母粒,再与基体树脂混合,可大幅提升最终制品的分散均匀性。