炭黑在塑料中的导电机理

点击数：1670次    发布时间：2016年1月24日

    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1-10um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，因此在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观察到，因为混炼时间越长，附聚体的数量将增多，而大小将减少。

    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。