文 献 综 述

0、前言

在聚合物中添加各种无机导电填料制备复合型导电聚合物 ,可以赋予复合材料持久稳定的导电性, 电阻率可在较大范围内调节, 成型加工容易 ,目前已被广泛应用于电子、 能源、 化工、宇航等领域[ 1]。炭黑( CB) 是最常用的导电填料, 原料易得、质轻, 其体积电阻率约为 0 . 1Ψ#183;cm , 根据填充量不同, 可以灵活调节复合材料的电阻率。聚合物/炭黑复合型导电材料可以实现多种功能, 成本低 ,具有永久导电性[ 2],对这种材料的研究进行得最早 ,也最为详尽。

1、炭黑导电机理

一般研究认为炭黑导电可用导电能带、隧道效应和场致发射来解释 , 在炭黑填充聚合物当中, 电传导是沿着相接触的粒子或被分离成很小的间隙进行, 这些内部聚集态空隙是电子通过隧道跳跃的潜在势垒 。内部聚集态平均距离受很多参数影响 ,包括浓度、 结构、 聚集体的大小和形态、尺寸分布、混合效果、 温度等 。内部聚集态空隙的减小将使电流增长率增大, 宏观电阻率降低。

2、炭黑物性及用量对塑料导电性的影响研究

炭黑根据制法、原料不同可分成几个种类,适宜做导电填充剂的只是其中的一部分 ,它们必须具备以下基本特性: ( 1) 结构高度发达; ( 2) 表面积大( 即多孔隙) ; ( 3) 捕捉电子的杂质要少 ; ( 4) 结晶化( 石墨化) 比较好。

2. 1炭黑的结构、粒径、表面状态对导电性的影响

炭黑的结构、粒径、表面状态不同 ,炭黑的物性也就差异较大。炭黑的结构性是表示非常细的炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度 , 由凝聚体的尺寸、 形态和每一凝集体中粒子数量所决定; 由大量支化和交联原生粒子构成的凝集体组成的炭黑称为”高结构”炭黑 。目前常用吸油值( DBP) 表示结构性,DBP 越大, 炭黑结构性越高。结构性高表示链状或串成葡萄状的结构越发达,容易形成空间网络通道,而且不易破坏。

高结构炭黑颗粒较细 , 具备紧密堆积网状链, 表面积大, 单位质量颗粒多 ,有利在聚合物中形成链式导电结构, 在众多炭黑品种中以乙炔炭黑为最佳 。人们还研究发现: 粒径分布宽的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更能赋于聚合物导电性, 并用统计方法解释这个现象。粒径分布宽的炭黑 ,少数大直径粒子需要数目巨大,直径更小的粒子给予补偿 ,相同平均粒径的分布宽的炭黑比分布窄的炭黑有更多的粒子总数 , 而黄锐认为 : 聚集体大,分布宽的炭黑品种,可以赋予炭黑填充导电塑料更优良的导电性能 。