碳黑工業研究設計院前幾年曾開發的橡膠用導電爐法炭黑TD系列產品是基於降低炭黑粒子的粒徑,提高炭黑的比表面積來獲得較好的導電性,它們在橡膠中使用時可以藉助強勁的剪切力而獲得良好的分散,製得導電性好、力學性能好的導電橡膠製品。但當將其用於塑料製品時,依然存在力學性能差、使用效果不好的缺陷。這同樣是由於TD 系列炭黑不能在塑料中獲得良好的分散所致。

炭黑加入到塑料中後,由於炭黑的填充量和分散程度不同,使得炭黑在塑料中的導電機理是不相同的。一方面是由於炭黑髮達的結構,使炭黑粒子之間相互接觸形成導電通道;另一方面是由於炭黑粒子數量不足,或分散均勻後,炭黑粒子之間不能相互接觸,在炭黑粒子之間有一層薄的樹脂形成勢壘,電子不能直接流通,但當有電壓時,電子可以靠隧道效應導電,即電子要在勢壘處發生電子躍遷,形成隧道導電。實際上,在聚合物複合物導電過程中,這兩種導電機理是同時存在的,只是導電的效率不同而已。由於導電複合物在使用時的條件不同,如交流、直流、高頻、低頻、電磁波屏蔽等等,炭黑在其中的作用有所區別。

理論上,炭黑的粒徑越小,單位體積中的粒子數越多,有利於提高導電性。這在橡膠用導電製品中是正常的。但在用於導電塑料製品時,若炭黑粒子過小,因塑料塑化後剪切力小,故分散性差,炭黑以大量的小團塊存在於基料中,使導電塑料製品的力學性能降低,失去實用價值。所以要把炭黑的粒徑控制在一定範圍內,才能保證炭黑既可在塑料中獲得良好的分散,又可大大增加塑料中單位體積內的炭黑粒子數,提高塑料製品的導電性能,同時不破壞或少破壞製品原有的力學性能。

 

炭黑在聚合物中用作導電材料時,由於它可以不同的比例填充到聚合物中,使聚合物複合物的電性能可以在10^1 - 10^14Ω Ohm 之間選擇,如防靜電聚合物電阻率在10^5 - 10^6Ω Ohm ;導電聚合物電阻率在10^3 - 10^5Ω Ohm ;高導電聚合物電阻率在10^2 - 10^3ΩOhm ;超導電聚合物電阻率在1 - 10^3ΩOhm。

和國外塑料導電專用炭黑品種系列相比,我國現在還沒有國產的塑料導電專用炭黑,許多塑料廠在需要該產品時,只得高價進口,或者採用橡膠用導電炭黑以及橡膠用炭黑來代替。從國外塑料導電專用炭黑的技術指標來看,適於塑料的品種主要是一些粒徑比較大的高結構炭黑,這在技術上對我們是一個挑戰,開發塑料導電專用炭黑是我國炭黑工業的當務之急。

塑料導電專用炭黑在塑料行業中廣泛用於高壓交聯電纜的半導電屏蔽料以及其它需要進行靜電防護的地方。由於塑料是一種高絕緣性材料,表面富聚的靜電電荷不易排除,會形成高達幾萬伏的靜電高壓,所以像用於包裝電子器件或電器產品的塑料薄膜,需具有導電性,否則其表面的靜電將會使其包裝的電子產品發生損壞。​

現在急需使用塑料導電專用炭黑的導電塑料製品主要有100000 kV 以上高壓電纜的半導電屏蔽料。從調查的結果看,目前用於高壓交聯電纜的內、外半導電屏蔽電纜生產線有60 多條(從國外引進30 條,國內製造20 多條) ,生產能力約為50 Mm/ a ,約需半導電屏蔽料25 kt 。

實際上,每條生產線都開工不足,但即使按10 kt/ a 計,其中塑料導電專用炭黑的填充量一般為30 % ,則半導電屏蔽料中塑料導電專用炭黑的用量也可達3 kt/ a左右。由於進口塑料導電專用炭黑價格太高,國內塑料生產廠家難以承受。電纜廠的高壓交聯半導電料也有20 %需進口。即使是生產35 kV電纜用半導電屏蔽料,合格的廠家也不多。提高炭黑的導電性能,促進半導電屏蔽料的國產化,可大大降低電線電纜成本,並節約大量外匯。

導電防靜電PVC是以PVC原料為基料,添加炭黑、金屬纖維、永久性抗靜電母粒等混煉而成,可達到抗靜電,靜電消散、導電和電磁波干擾(EMI)屏蔽等功能,導電防靜電PVC具有硬度變化範圍比較寬、力學強度高、印刷和焊接性好、阻燃、吸水率、透氣性很小、耐化學腐蝕性好、耐大多數無機酸、多數有機溶劑和無機鹽等性能。

黑色,本色,炭黑防靜電,碳纖防靜電,防靜電指數10(6-11)次方

黑色,本色,黑色,本色(可代客配色)導電係數10(1-5)次方

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