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「碳黑」导电炭黑在塑料中的导电作用

来源:碳黑工业 | 作者:德隆导电炭黑 | 发布时间: 2023-04-27 | 1412 次浏览 | 分享到:

炭黑是一种半导电体,添加炭黑能使得通常具有高电阻率的塑料电阻率显著降低,而具有一定导电性炭黑的塑料的电阻率取决于所配炭黑的品种和配用量。表5-14为几种塑料和有关材料的电阻率。

配合料的电阻率取决于炭黑的配合量。当炭黑配合量很少时(如在着色性或紫外线防护性应用时),配合料的电阻率仍处于未加炭黑时聚合物的电阻率水平;当炭黑配合量增加到一定程度时,电阻率迅速降低8~10个数量级,这个迅速降低区被称为“穿透区”;当配合量继续增加到足够高时,电阻率降低到比干炭黑电阻率高1~2个数量级的水平,并趋于稳定。

炭黑在塑料中的导电作用来自于炭黑聚集体或附聚体之间的相互接触所形成的导电通道。

当炭黑在塑料中配合量较低时,炭黑聚集体在聚合物中分散,聚集体与聚集体之间相距约10nm或更远,这时配合料的电性能受聚合物相所支配是不导电。当配合量增多时,聚集体之间的平均距离将减少。假设炭黑都被分散到单个聚集体的水平,而且所有的聚集体在配合料中分布是均匀的,那么配合料的电阻率在炭黑配合量增加到聚集体能相互接触之前将保持不变,此后再增加微小的量就会迅速下降。然而,炭黑实际将被分散为1~10μm大小不等的聚集体或附聚体,在附聚体所在区域或其内部,炭黑的配合量将高于聚合物中炭黑配合量的平均值,因此其局部电阻率将较低,其次在配合料中聚集体和附聚体无序而非均匀分布的,因此配合料的电阻率变化将较为平缓而不会十分陡峭。

附聚体大小对电阻率的影响,可以从混炼时间对电阻率的影响间接地观察到,因为混炼时间愈长,附聚体的数量将增多,而大小将减少,见图5-18。

配有炭黑的配合料,通常是在低于聚合物软化点的温度下使用的,当温度上升时,配有炭黑的配合料的电阻率会上升,这种现象被称为此配合料具有正温系数(PTC),这是因为多数聚合物的热膨胀系数较炭黑为大,温度上升时,炭黑聚集体接触点间的间隙趋于增大。这种现象可应用于开关电路中,使电路因温度变化而开或关,或用以限制电路中功率大小。在这种应用中有两点很关键,一点是并用几种炭黑比单用一种炭黑在温度变化时,电阻率的变化更敏锐。另一点是配合料的电阻率在经历多次温度高低的周期性变化会发生变化,选用适当的炭黑品种、配合量和分散度可以降低这种温度滞后性。