炭黑的基本结构
 

 

 

炭黑的基本结构是以炭黑粒子之间集聚成链状或葡萄状形状表示的，由凝聚体形成的尺寸、形态和粒子构成的凝聚体组成的炭黑称为高结构炭黑，目前常用吸油值表示结构性，吸油值越大，炭黑结构性越高，更加容易形成空间网络通道，并且不容易破坏。高结构炭黑的颗粒较细，网状链堆积紧密，比表面积大，单位质量颗粒多，有利于在聚合物中形成链式导电结构。其中在众多炭黑品种中以乙炔炭黑为最佳，粒径分布宽的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更具有导电性。

 

一、炭黑的微观构造

炭黑粒子属于微晶结构，在炭黑中，碳原子的排列方式与石墨十分相似，是由六角形组成的平面，通常由3~5个这样的平面组成一个微晶。炭黑中的微晶每个石墨层面中，碳原子的排列是有序的，而相邻层面间碳原子的排列又是无序的，所以又叫准石墨晶体。

 

二、炭黑的粒径

炭黑的粒子可低至5nm细度，通常炭黑粒子不是孤立存在的，而是由多个粒子通过碳晶层互相穿插，形成链枝状。不同生产方法生产的炭黑粒子的粒径范围极广的，灯黑生产得到的产品相对粗糙，而气黑生产的的产品相对精细。

用炉黑生产工艺得到的炭黑几乎所有粒径范围相同，同一品种的炭黑，其粒子大小并不完全相同，呈现一个粒径分布范围，通常粒子较细的品种，粒径分布都比较窄。

 

三、炭黑的表面化学结构

炭黑的生产工艺不同，则表面的化学性能也是有所差别的。大多数炭黑真实表面积大于由粒径计算出的几何表面积，这是由于炭黑特别是粒径小于25nm的炭黑表面存在着许多微孔，导致大多数炭黑真实表面积较大。

 

据分析，在炭黑的表面检测到酚基、醌基、羧基等一些基团，这些酸性基团在气黑和氧化炉黑的表面浓度特别的高，在炉黑中可检测到吡喃酮结构，这种结构决定了炉黑的碱性性质。挥发其含量可判断表面官能基的浓度，也可测到炭黑的极性。另外由于炭黑的表面积较大，容易吸附挥发环境中的水分，所以炭黑在运输、贮存以及使用过程中要特别注意吸湿问题。

 

大部分探讨导电粒子接触几何的研究理论认为，炭黑填充量越大，处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也就越大，粒子之间的平均距离越小，相互接触的几率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。

 

不同极性的高聚物与炭黑组成共混体系的极性越大，炭黑临界体积分数就越大，这就意味着体系的导电性下降，因为炭黑表面含有很强的极性基团，基体极性大，作用增强，这时强度增加，却妨碍导电粒子自身的凝集，以导致导电性变差。 

 

但是在多组分基体树脂与炭黑组成的共混体系中，由于不同基体的极性不同，填充炭黑会产生偏析现象，这时导电性能取决于炭黑粒子在偏析相中的浓度和分布状态，还取决于偏析相高聚物所占比例。