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高导电碳黑
文件名称: 高导电碳黑
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上传时间: 2013-01-28 23:30:34
更新时间: 2013-01-28 23:30:34
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文件简介
一般研究认为,炭黑导电可用导电能带、隧道效应来解释,在炭黑填充聚合物当中,电传导是沿着相接触的粒子或被分离成很小的间隙进行。
详细介绍

高导电碳黑

炭黑(CarbonBlack)
  是以液体或气体碳氢化合物为原料,在氧气不足的情况下,经部分燃烧或热分解而得的产物。炭黑的主要组成元素是碳,另含有少量的氢和氧,是具有 “准石墨晶体 ”结构和胶体粒径范围的黑色粉末物质。炭黑的种类繁多,分类方法尚不统一。一般,按制备方法分成槽法炭黑、炉法炭黑和热裂法炭黑等三类。各类又根据性质等分成若干品种。炭黑可作为塑料和橡胶的填充剂和补强剂,尤其对橡胶有显著的补强作用;炭黑对紫外光有很大的遮蔽效应,又可作为聚乙烯、聚丙烯等塑料的紫外线稳定剂。另外,炭黑也可作为塑料的着色剂使用。炭黑在塑胶工业的一个重要应用就是导电性能,通过控制炭黑添加量能得到不同导电率的聚合物。

炭黑的导电机理
  一般研究认为,炭黑导电可用导电能带、隧道效应来解释,在炭黑填充聚合物当中,电传导是沿着相接触的粒子或被分离成很小的间隙进行。内部聚集平均距离受很多参数影响,包括浓度、结构、聚集体的大小和形态、尺寸分布、混合效果、温度等。炭黑根据制法、原料不同可分成几类,适宜用于导电填充剂的只是其中一部分,它们必须具备一些基本特性,如比表面积大、捕捉电子的杂质少、结晶度比较好等。炭黑的结构性是以炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度来表示的。由凝聚体的尺寸、形态和每一凝聚体中的粒子数量构成的凝聚体组成的炭黑称为高结构炭黑。目前常用吸油值表示结构性,吸油值越大,炭黑结构性越高,容易形成空间网络通道,而且不易破坏。炭黑表面若含有大量氧官能团会影响自由电子的迁移,从而影响导电性。如一些热裂法和槽法生产的炭黑除了结构性很差外,槽法炭黑表面还带有大量活性基团,所以这两种炭黑导电性都很差。


导电炭黑的特点

  随着炭黑填充量的增加,电阻值降低。一般在临界体积分数处,其电阻值急剧降低。国内外探讨填充量依赖性的种种研究,大部分都是探讨导电粒子接触的几何学研究。该理论认为,炭黑填充量越大,处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也越大,粒子间的平均距离越小,相互接触的几率越高,炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。具有良好导电性的炭黑具有以下特点:

(1)结构性高
  炭黑的结构性是表示非常细的炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度,由凝聚体的尺寸、形态和每一凝集体中粒子数量所决定;组成聚集体的粒子越多,结构性越高;形成网状结构的几率越大,导电性越好:由大量支化和交联原生粒子构成的凝集体组成的炭黑称为 “高结构”炭黑。结构性高表示链状或串成葡萄状的结构越发达,容易形成空间网络通道,而且不易破坏。高结构炭黑颗粒细,网状链堆积紧密,比表面积大,单位质量颗粒多,有利于在聚合物中形成链式导电结构。

  一般用吸油值 (DBP)来表征炭黑的孔隙度,即结构性,DBP越大,炭黑结构性越高。
国内通常称 DBP< 0.9ml/g为低结构; DBP在 0.9ml/g—1.2ml/g为中结构: DBP>1. 2ml/g为高结构;


(2)比表面积大
  比表面积越大,炭黑粒子尺寸越小,单位体积内的颗粒就越多,越容易彼此接触形成网状通路,因此导电性就越好

(3)表面化学特性
  在炭黑生产过程中,炭黑表面常形成一些活性含氧基团,这些官能团的存在影响电子的迁移,会使导电性下降,可采用PH值来表征该项指标表面官能团少的炭黑通常成弱碱性或中性。

  捷克爱格富集团的高导电炭黑是重油气化副产炭黑,与同类导电炭黑相比,具有以下优点:
  1)高导电性能:炭黑结构由中致高,导电性能依次增加。更低的负载量即可达到优异的导电性能。
  2)高分散性能:独特工艺生产出的柔软的片装颗粒,集高结构和低比表面于一体,易于加工混合,实现材料的电性能 /机械性能的均衡,终制品外观光洁流畅。
  3)高纯度:独特的生产工艺保证了炭黑产品的纯度,灰份、硫和金属等杂质含量都较低。

  一般而言,导电炭黑的主要功能集中在以下三各方面:
1)导电(
To conduct electricity)
2)防止电荷积聚
(ESD)
3)屏蔽电磁感应
(EMI)

导电炭黑在塑胶领域的应用

基于以上特点,导电炭黑在塑胶领域的应用主要集中在以下几个方面:

◆抗静电包装
——易燃品、军火、炸药、电子元件等
◆电子组件的操作
——运输箱、运输带、托盘
◆薄膜
——抗静电及导电薄膜,包装膜,行礼箱
◆电缆及配件
——绝缘
/导电屏蔽,可剥离电缆,电缆护套等
◆汽车工业
——燃料喷射系统,抗腐蚀系统,燃料箱导管
◆传输系统
——手机元件,升降机元件,
◆计算机、音响
——计算机抗静电配件,
CD播放机等
◆卫生健康
——医学应用,无菌室设备,工作场所的其它抗静电设施
◆抗静电地板、地毯、织物
◆地下暖气系统、加热元件、传感器、导电开关
◆硅氟橡胶补强导电填料
◆鞋材
◆轮胎、密封设施
——O型环、密封垫圈
◆建材
——涂料,门窗保安系统,水泥、油灰
◆电机内衬抗震动系统
加工工艺对炭黑填充导电材料的影响

技术指标

(A
)

性质参数

测试方法

单位

保证值

真实值

氮吸收值

ASTM D3037

/g

800

1012

碘吸收值

ASTM D1510

mg/g

900-1200

1133

DBF吸收值

ASTM D2414

ml/100g

340-420

393

PH

DIN ISO787/9

--

6.5-9.0

8.6

干燥失重

DIN ISO787/2

0.8

0.19

灰份

DIN 53 586

0.9

0.69

含硫量

ASTM D1619

0.5

0.20

电阻

Philips-Method

Ohm.cm

150

14

筛余物(0.045mm)

ASTM D1514

0.05

0.0008

颗粒硬度

ASTM D3313

g

10

2.5

堆积密度

ASTM D1513

g/l

115

137

1. 应用

1. 1在镍氢电池中的应用:用于镍氢电池负极,用量为负极干粉重的千分之三到五左右。

1. 2在锂离子电池中的应用:用于锂离子电池正极,用量约为正极干粉重的1%,也可用于负极。

2. 包装:牛皮纸袋,内衬PE袋,4公斤/

 

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