炭黑填充导电塑料的研究

1、炭黑填充导电塑料的研究陆长征 杨明锦摘 要：通过对几种炭黑性能进行分析，选择了结构性高、比表曲积大及灰份含量少的 超导炭黑做为主要导电填料进行配方系列化实验，又对其共混方法进行比较，选择合理的工 艺路线使产品的电性能均匀稳定。关键词：炭黑；填充；导电性能分类号：tq324. 8文献标识码：a文章编号：1001-9456 (2000) 01-0032-03study on conductive plastics filled by carbon-blacklu chang-zhcng,yang ming-jinbeijing plastics research institute,beijing

2、 100009)abstract： several kinds of carbon-bl ack were compared.superconductive carb on-black of ideal structure, larger specific surface area and fewer ash were selected as main conductive filler.at the same time experiments were made on the different formulations ,and the methods of mixing were com

3、pared.finally,a reasonable processing met hod, which kept a stable and even conductivity of the plastic product, was confirmed.keywords： carb on- black;filling;conductivity1前言随着现代化工业的发展，特别是电子工业发展迅速，导电性高分子材料被广泛应用。以 日本为例，19801986年间导电槊料的需求量增加了 4. 3倍。导电性塑料具有防止带电， 除去静电等用途，广泛用于半导体材料、防静电材料、导电性材料等很多领域。导电塑料一

4、 般可分为结构型和复合型两种。复合型导电塑料乂以炭黑为主要导电填料。要得到电性 能均一稳定，h材料机械性能受损小的导电塑料，关键在于：一是导电填料的选择；二是共 混方式的选择。本文就这两点进行了研究探讨。2 实验原料2.1原料乙烘黑：河北下花园炭黑厂超导黑-1、超导黑-2：四川自贡炭黑厂超导黑-3:邯郸永年炭黑厂超导黑-4：德国迪高萨公司提供pp-1600：北京向阳化工厂abs 747：台湾奇美公司sbs：岳阳化工厂瞅酸酯偶联剂：南京曙光化工厂2. 2实验设备双银开炼机、高速捏合机、双螺杆造粒机、45吨压机。23测试内容(1) 炭黑的吸油值(dbp),比表面积，ph值。(2) 导电粒料的熔体指

5、数(astm d1238)(3) 导电粒料的电性能3结果与讨论3.1影响导电性的因素(1) 炭黑的结构对导电性的影响作为导电填料的炭黑应具备以下儿点要求：一是结构性髙。炭黑的结构性是指炭黑 粒子与粒子之间聚结成链状的程度，组成聚集体的粒子越多，结构性越高；形成网状结构的 儿率越人，导电性越好。一般川吸油值(dbp)来表征炭黑的孔隙度，即结构性。国内通常称 dbp<0. 9ml/g为低结构;dbp在0. 9ml/g1. 2ml/g为中结构;dbp>1. 2ml/g为高结构 ； 二是比表|侨积大。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

6、导电性就越好；三是炭黑的表血化学。在炭黑牛产过程中，炭黑 表而常形成一些活性含氧基因，这些官能i才i的存衣影响电子的迁移，会使导电性下降，对采 用ph值來表征该项指标。衣而官能团少的炭黑通常成弱碱性或中性。根据以上要求选用來 源广泛的乙烘炭黑，国内的超导黑以及进口超导黑进行对比分析，结果见表1。从炭黑的性 能指标及价格两方而综合考虑，选择超导黑-3做为主要导电填料。衣1 儿种炭黑的物理-化学性能项目乙烘黑超导黑t超导黑-2超导黑-3超导里一4吸油值/ (mlg_1)3.41. 111. 121.454.2比表面积/ (m2'g_l)60177.421&635&2440.

7、8pii值7.526.85& 37.5& 8(2) 炭黑的添加量与种类对电性能的影响导电塑料的导电性是由塑料屮导电填料的粒子相互连接形成导电通路得到的。因此 炭黑的添加量是研制导电塑料关键之一，以超导黑-3为例，见图1。炭黑含量低时，导电率 小。随着炭黑含量的增加，粒子间接触增多，形成网状儿率加人，导电性增加。达到一定含 量后导电率变化加大。在此种情况下控制炭黑添加量，可以方便地调节导电塑料所需的导电 率。若再继续増加炭黑含量，导电率上升平缓并趋于一定值。图2为儿种不同种类炭黑的含 量与电性能的关系曲线。川户可根据需要选择不同超导黑。体积电阻率在10bqcm以上时可 选用乙块黑

8、。体积电阻率要求在103q-cm以卜时可选川超导黑-4。510132025图1超导黑-3的填加量与导电率关系(eu)、暮遷赶10 15 20 2530图2不間种类炭黑添加量与电性能关系a-超导黑-4； 13-超导黑-3； c-乙烘炭黑(3) 棊体树脂的选择选定一种炭黑后，所用聚合物的结构、形态、导电性也有差异。在实验过程中选择了abs和pp作为基体树脂，采用超导黑-3作导电填料。在abs原料中，乙烘黑含量为25份时, 体积电阻率为104q cm；而在pp料中炭黑含量为21份时，体积电阻率就可以达到1095。 这是山于pp是部分结晶形聚合物，球品的存在对炭黑的分散有利。同时山于pp的mt比abs

9、 的高,熔融状态下炭黑易与pp混合，且pp价格更便宜。3. 2共混方法的选择导电塑料的配方确定之后，共混方法的选择和工艺控制是影响电性能的关键。为了得到 电性能均匀的产品，炭黑填充导电塑料的加工采取如卜儿种方式。(1) 双螺杆造粒工艺过程均匀舉育一丽及其它助拘i-双螺杆造粒时采用了强制下料，市于炭黑含量多，体积大，下料不均匀，有时局部炭黑 过多，使下料困难其至堵塞出料孔，这些现象造成制品导电性不均匀，为此采取如下措施: 第一，反复造粒对提高混合料的熔体指数是很有效的。炭黑含量为21份时，不同的加工次 数对山的彩响，见表2；第二，采取炭黑分次加入方法，-般采取两次加入造粒可使加工 性能得到改善，

10、h制砧均匀性好；第三，加入流动性好的组份改善其熔体的流动性。例如: 在含有21份炭黑的pp导电粒料中加入高压聚乙烘，可使熔体指数由2. 5g/10min增至 5.4g/10mi no表2造粒次数对应的影响造粒次数次次次mi值/(g lomin-1).5.15.95(2) 开炼机碾压混合这种方法有利于在配方中混入更多的炭黑。用此方法应注意的是碾压次数及时间要加以 控制，否则炭黑结构会被破坏，影响其导电性。(3) 双馄压延与双螺杆造粒配合应川由于炭黑易飞扬且同粒料混合时下料不均匀，为改善环境,根据试验得出以下较理想的 工艺路线。川该工艺路线生产的破碎料是浓缩的，可根据需要调整浓缩料的含量来达到生产

11、电阻值不同 的系列化产品。这样改善了造粒时的牛产坏境，使颗粒料电性能均匀。用该工艺路线作出的 样品体积电阻率测试结果见表3o|部分树脂|m -呼诬hi部分炭黑ii其余炭黑其余树圖www表3炭黑填充导电粒料电性能测试项目体积电阻率/(q5)1 /b点c点样片4. 9x1025. 1x102如表3所示，在样片上取a、b、c不同点的测试结果证明，炭黑的混入是均匀的。另外 通过增韧改性使导电塑料冲击强度有所捉高，见表4。农4不同配方导电粒料的物理机械性能配方编号体积电阻 率 /(q-cm)拉伸强度/mpa弯曲强度/mpa冲击强度/e)备注8-0#101641.447.532纯pp8-3s104334& 625超导黑-38-4h10436.457.922超导黑-48-c1043035.845.2超导黑-3增韧改性4结论(1) 超导黑的使用以及炭黑填充导电頰料的技术有了较大的提高，使导电性材料技术水平上了一个新台阶，为今后开发新产品打下了基础；导电填料含量配比的系列化研究为实际加工生产提供方便;共混方式的改进使制品的电性能基木均匀，保证了复合材料的机械性能。作者单位：陆长征(北京市蜩料研究所，北京100009)杨明锦(北京市塑料