定义与原理
导电炭黑是一种具有低电阻或高导电性的炭黑。在抗静电应用中,导电炭黑主要是通过在材料中形成导电通路来发挥作用。当材料中添加了导电炭黑后,炭黑粒子相互接触或接近,使得电子能够在炭黑网络中移动,从而将静电电荷快速导走,达到抗静电的目的。
主要特性
导电性:其导电性是最重要的特性。导电炭黑的导电性通常用体积电阻率来衡量,单位是 Ω・cm。一般来说,用于抗静电的导电炭黑体积电阻率在 10² - 10⁹Ω・cm 之间。例如,一些高性能的导电炭黑产品其体积电阻率可以低至 10²Ω・cm 左右,能很好地满足抗静电要求。
粒径和比表面积:粒径较小的导电炭黑比表面积较大。较小的粒径有利于炭黑粒子在材料中更好地分散,从而形成更有效的导电网络。比表面积通常在几十到上千平方米每克之间,例如,常见的导电炭黑比表面积可能在 100 - 500m²/g。
结构度:炭黑的结构度影响其在材料中的聚集状态和导电性能。高结构度的炭黑具有较多的分支和链状结构,能够更容易地形成导电通路。
生产方法
炉法生产:这是最常见的生产导电炭黑的方法之一。在炉法生产过程中,原料油(如重油、蒽油等)在高温(1200 - 2000℃)和部分燃烧的条件下,经过裂解反应生成炭黑。在反应过程中,通过控制反应条件(如温度、原料油的流量、空气的供给量等)可以调节炭黑的性能,如粒径、结构度和导电性等。
槽法生产:这种方法是让原料在槽钢内燃烧,炭黑在槽钢表面沉积收集。槽法生产的导电炭黑具有较窄的粒径分布和良好的导电性,但产量相对较低,而且由于生产过程中可能会产生较多的杂质,目前应用范围相对炉法较窄。
应用领域
塑料行业:在塑料中添加导电炭黑可以使塑料制品具有抗静电性能。例如,在电子设备的外壳塑料中,加入导电炭黑可以防止静电积累对电子元件造成损坏。一般添加量根据塑料的种类和对抗静电性能的要求不同而不同,通常在 10% - 30% 左右。
橡胶行业:导电炭黑用于橡胶制品,如抗静电橡胶输送带。在煤矿等有易燃易爆气体的环境中,普通输送带由于静电积累可能引发爆炸,而添加了导电炭黑的抗静电输送带可以将静电及时导走,保障生产安全。添加量在 15% - 40% 左右,具体取决于橡胶的配方和对抗静电等级的要求。
涂料行业:在涂料中加入导电炭黑可以制备抗静电涂料。这种涂料可以用于机房、电子车间等场所的墙面涂装,能够有效地防止静电吸附灰尘和对电子设备的干扰。涂料中导电炭黑的添加量一般在 5% - 20% 左右。
使用注意事项
分散性问题:导电炭黑在基体材料中的分散是非常关键的。如果分散不均匀,会导致局部导电性能过强或过弱,影响抗静电效果。为了提高分散性,可以采用高速搅拌、添加分散剂等方法。例如,在塑料加工中,使用双螺杆挤出机的高剪切作用可以使导电炭黑在塑料中更好地分散。
与其他添加剂的相互作用:在一些材料体系中,导电炭黑可能会与其他添加剂(如抗氧化剂、阻燃剂等)发生相互作用。这些相互作用可能会影响炭黑的导电性能或者其他添加剂的功能。因此,在配方设计时需要考虑这些因素,进行适当的相容性测试。