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炭黑的基本结构
作者: 小晓    日期: 2021-03-15 18:31    点击量:     文字大小:      
炭黑的基本结构
 
 
炭黑
 
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。
 
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