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DL CARBON BLACK

高性能导电炭黑制造商

High Performance Conductive Carbon Black Manufacturer

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如何提高导电炭黑和碳纳米管复配技术的稳定性和可靠性?

德隆化工有限公司 | 为世界贡献一流导电炭黑 | 发布时间: 2024-10-22 | 98 次浏览 | 分享到:

为提高导电炭黑和碳纳米管复配技术的稳定性和可靠性,可以从以下几个方面入手:


一、原材料选择与优化


导电炭黑选择

挑选具有高纯度、合适粒径和结构的导电炭黑。高纯度可减少杂质对性能的不良影响;合适的粒径能确保良好的分散性,粒径过小可能导致团聚,粒径过大则可能影响导电网络的形成。例如,选择粒径在几十纳米范围内的导电炭黑,既能保证与碳纳米管良好结合,又能在基体中均匀分散。

考虑导电炭黑的结构特性,高结构的导电炭黑通常具有更多的链枝状结构,能够增加与碳纳米管及基体的接触点,提高导电性能和稳定性。

碳纳米管选择

选用高质量、高纯度的碳纳米管。杂质含量低的碳纳米管能减少对复配体系的干扰,提高稳定性。同时,关注碳纳米管的管径和长度分布,较均匀的管径和长度有助于形成更规则的导电网络。

对碳纳米管进行表面处理,如接枝特定官能团,可以改善其与导电炭黑和基体的相容性,增强界面结合力,提高复配体系的稳定性。例如,通过化学修饰在碳纳米管表面引入羧基、羟基等官能团,增加其在极性基体中的分散性。


二、分散工艺改进


机械分散

采用先进的机械分散设备,如高速搅拌机、三辊研磨机等,对导电炭黑和碳纳米管进行预分散。通过控制搅拌速度、时间和压力等参数,确保两种材料在基体中初步均匀分散。例如,在高速搅拌机中,以适当的转速和搅拌时间进行预分散,可有效打破团聚,提高分散效果。

结合超声分散技术,利用超声波的空化作用进一步细化颗粒,提高分散均匀性。超声分散过程中,控制超声功率和时间,避免过度超声导致材料结构破坏。例如,在特定功率下超声处理一定时间,可使导电炭黑和碳纳米管在基体中更加均匀地分散。

表面活性剂辅助分散

选择合适的表面活性剂,如阴离子型、阳离子型或非离子型表面活性剂,根据基体的性质和导电炭黑、碳纳米管的表面特性进行选择。表面活性剂能够吸附在材料表面,降低表面能,防止团聚,提高分散稳定性。

确定表面活性剂的最佳用量,通过实验优化表面活性剂与导电炭黑和碳纳米管的比例。用量过少可能无法达到良好的分散效果,用量过多则可能影响材料的性能。例如,通过系列实验确定表面活性剂的用量范围,找到既能保证分散效果又不影响性能的最佳值。


三、复配比例优化


理论计算与实验验证相结合

通过理论计算,如基于导电网络模型和渗流理论,预测导电炭黑和碳纳米管的最佳复配比例范围。考虑材料的导电性能、力学性能和稳定性等多方面因素,确定理论上的优化比例。

进行大量的实验验证,制备不同复配比例的样品,测试其性能指标。如通过四探针法测量电阻率,测试力学性能如拉伸强度、弯曲强度等,观察复配体系的稳定性和可靠性。根据实验结果调整复配比例,找到性能最优的组合。

考虑应用场景需求

根据具体的应用领域和要求,调整导电炭黑和碳纳米管的复配比例。例如,在对导电性能要求极高的电子器件领域,可能需要较高比例的碳纳米管来提高导电性能,但同时要兼顾稳定性和成本。而在一些对力学性能要求较高的工程应用中,可能需要适当调整比例以平衡导电性能和力学性能。


四、加工工艺控制


温度和压力控制

在加工过程中,严格控制温度和压力参数。合适的温度和压力可以促进导电炭黑和碳纳米管在基体中的分散和融合,提高复配体系的稳定性。例如,在熔融共混过程中,控制温度在材料的熔点附近,避免过高温度导致材料分解或性能下降。

对于不同的加工工艺,如注塑、挤出、压延等,根据工艺特点调整温度和压力参数。例如,在注塑过程中,控制注塑温度和压力,确保材料在模具中充分填充,形成均匀的导电网络。

加工速度和时间控制

优化加工速度和时间,避免过快的加工速度导致材料剪切力过大,破坏导电网络结构。同时,过长的加工时间也可能导致材料性能下降。例如,在挤出过程中,控制挤出速度和螺杆转速,确保材料在挤出机中受到适当的剪切力和混合作用。

根据不同的材料体系和加工工艺,通过实验确定最佳的加工速度和时间范围。例如,通过改变挤出速度和时间,观察材料的性能变化,找到最优的加工参数。


五、质量检测与监控


建立完善的检测方法

制定全面的质量检测标准和方法,包括对导电性能、力学性能、分散性和稳定性等方面的检测。例如,采用四探针法、万能试验机、扫描电子显微镜等设备对材料进行检测,确保产品符合质量要求。

定期对原材料和成品进行检测,监控材料性能的变化。及时发现问题并采取措施进行调整,保证产品质量的稳定性和可靠性。

在线监测与反馈控制

在生产过程中,采用在线监测技术,如实时电阻率监测、红外热成像等,对复配体系的性能进行实时监测。通过监测数据及时调整加工参数,确保产品质量稳定。

建立反馈控制机制,根据监测结果自动调整加工工艺参数,实现生产过程的智能化控制。例如,当监测到电阻率超出设定范围时,自动调整导电炭黑和碳纳米管的添加量或加工温度等参数。