1概述
隨著經濟發展和技術進步，對導電性功能高分子材料的需求顯著增長，而且其應用領域不斷擴展，日益受到人們廣泛的關注。本文著重討論高分子材料用導電炭黑的應用及選擇的一般原則。
2導電炭黑類型
普通碳黑本身就具有一定的導電能力。DBP值一般在30～80。導電碳黑是一個統稱，它泛指導電能力強于普通炭黑、色素炭黑的特殊炭黑品種。根據導電能力大小，從低到高以此可分為CF導電碳黑（Conductive Blacks），SCF超導電碳黑（Super Conductive Blacks），XCF特導電碳黑（Extra Conductive Blacks）。如果以DBP衡量，普通炭黑DBP值在100以下，CF導電碳黑在100～160，SCF超導電碳黑在160～260，XCF特導電碳黑可以達到300～350。
導電炭黑從生產方法來講，可以分成乙炔炭黑，重油爐法炭黑，重油造氣副產炭黑三大類。
3導電炭黑應用
導電炭黑的應用主要有兩方面，一是作為導電填料加入橡膠，塑料等聚合物中；另一是用在電池中。這里主要討論導炭黑在橡塑膠及其復合材料中的應用。導電炭黑作為填料加入橡膠，塑料等聚合物中，形成炭黑-聚合物復合材料。炭黑-聚合物復合材料的導電性能取決于炭黑的導電性。不同的導電性能下，可以分別發揮導電，防靜電，電磁屏蔽等作用。
導電塑料和橡膠的填充物主要是導電炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉末、金屬纖維和玻璃纖維。其中炭黑填充是主流，炭黑填充型導電聚合物應用泛，這是因為導電炭黑密度小，成本低，在高分子材料中易于分散加工，且炭黑能根據不同的導電性需求有較大的選擇余地，它的制成品的電阻值可在100 -109Ω•cm之間的寬廣范圍內變化；而且導電性持久、穩定。但是它的制成品于黑色，并對材料性能影響較大，需要配套改性技術。
一般根據其體積電阻率的大小分為防靜電、半導電和導電三類。各類用途的體積電阻率列于表2
表2高分子材料各類用途的體積電阻率
類別 體積電阻率／Ω•cm
半導電 10^7～10^10
防靜電 10^4～10^7
導電 10^2～10^4
高導電 10^-3～10^2
普通橡膠的體積電導率10^7 -10^12Ω•cm，防靜電產品，要求體積電導率10^4 -10^7Ω•cm，導電，電磁屏蔽領域要求體積電導率100 -10^4Ω•cm。
導電塑料的應用實例有：導電薄膜，用作計算機鍵盤，手機面板等面狀發熱體。導電塑料還可以作為熱源被利用。這是利用在導電塑料上施加電壓，電流通過后電阻產生焦爾熱量的原理。國內碳黑填充導電塑料業已形成工業化生產，但在品種、質量穩定性等方面與國外有較大差距。特別是與集成電路相關的導電塑料的工業化生產基本空白。目前使用的材料大部分為進口。
導電橡膠的應用實例有：煤礦的運輸膠帶、礦山的導風筒、激光打印機、靜電復印機的抗靜電膠輥、醫院手術室的抗靜電膠板、醫用機械中的膠管、電子生產中的抗靜電地板、手套、護腕、防靜電地板、地毯、航空（飛機）輪胎的胎面、勞動保護用品，抗靜電安全帽、安全鞋等。
抗靜電塑料、導電塑料橡膠的應用實例還有：電子產品的抗靜電塑料包裝袋、周轉箱、中空板、防爆電纜、電子元器件的防靜電套管、防靜電熱縮管、防靜電地板，地毯、礦山的井下臨時包裝袋，尼龍輸送帶、礦山的井下排水排氣排漿管（LDPE）等等。
總結起來，抗靜電塑料，橡膠的主要應用領域在以下幾個方面：
(1)與集成電路相關的領域：
集成電路塊、場效應管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運輸等生產過程中，常常會因震動、摩擦產生的靜電而損壞，甚至造成整臺機器的報廢。這些電子元器件對靜電的敏感程度小至100伏，大至上萬伏不等。幾百伏以至上千伏的靜電是非常容易產生的，有實驗表明：人在低溫度環境中的干燥地毯上行走時，可產生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時，可產生6000伏的靜電，即使是不戴手套用手直接與塑料容器接觸，也會產生200伏的靜電。
由此可見，在這一領域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導電塑料可以滿足這類材料的防靜電、除靜電需求。其主要產品有：電子元器件在周轉、保管、搬運過程中使用的周轉箱、托盤、支架、封裝薄膜等。此外還有防靜電地毯，復印機輥等。
(2)醫療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環境:
導電塑料在這些場合用作電器設備的外殼或結構件。橡膠制品則需要有導靜電的要求。
目前世界上大部分國家對礦用橡膠制品都增加了導靜電的要求。因為火花放電會引起粉塵或煤氣與空氣的混合物發生爆炸燃燒。我國80年代先后發布的礦用橡膠管，礦用阻燃輸送帶的標準都明確規定了導電性的要求。如礦用阻燃輸送帶MT147－87標準中的導電性要求，試樣上下表面層的表面電阻值不得大于3x10^8Ω。礦用橡膠管MT191—89標準中導電性要求試樣的電阻值為：
-排水，給水用管：其管外壁表面電阻值不得大于1 x10^8Ω。
-正壓風管：其外壁表面電阻值不得大于1 x10^8Ω。
-噴漿用管：其管內，外壁表面電阻值不得大于1 x10^8Ω。
-井下液壓用管：其管內，外壁表面電阻值不得大于1 x10^8Ω。
-負壓風管及抽放瓦斯管；其管內，外壁表面電阻值不得大于1 x10^6Ω。
塑料的電阻率一般在10 ^12-10 ^15Ω:0;cm之間，是良好的絕緣體，但容易積累靜電荷，不僅容易招惹灰塵，而且當靜電電壓增高到一定程度時會產生放電，會引起易燃易爆物質的爆炸，損壞電子元器件，并對人身造成傷害，因此對礦井、、醫療設備和電子工業用的塑料制品要求具有抗靜電性能。
橡膠制品在動態應力及摩擦作用下常產生表面電荷集聚。為此，迫切需要采用各種消除靜電事故的措施。這種現象可通過膠料配以導電炭黑予以減少或消除。也可加入金屬粉和其它有機絡合物等抗靜電劑使橡膠制品表面電荷定向排列很快導出。但后者由于價格較貴，而且無補強作用，一般只適用于含淺色或自補強制品。而炭黑作為橡膠制品內部抗靜電劑既能獲得較好的補強性能，使得阻燃抗靜電橡膠制品的強度，耐燃性、耐磨性，彈性均比其它抗靜電劑要好得多。而且選擇合適的炭黑品種和控制炭黑的添加量可以得到不同程度的導電性。含炭黑的膠料加工方面、成本低。由于有此優點，所以炭黑被廣泛應用于導靜電的橡膠制品。
(3)電磁屏蔽橡膠，塑料:
電磁屏蔽塑料的應用實例有：
1）電力電纜護套，附件
國內高壓交流電纜普遍使用交聯聚乙烯絕緣電纜，其中有的半導電屏蔽層。以盤錦電纜廠為首的國內骨干企業已經摒棄乙炔炭黑，轉而使用特種導電炭黑。據統計，中、高壓電纜的半導電層屏蔽料，國內的市場需求約為數千噸，其中高壓電纜料基本依靠進口。八十年代后，國內電力電纜普遍開始使用EVA/HDPE輻射交聯收縮電纜。該附件的重要組成部分之一—導電三支套，其導電性能通常是加入乙炔炭黑實現的。但乙炔炭黑的加入量大，對制件機械性能影響大。九十年代后期，國內企業開始逐步用謝爾法副產炭黑替代乙炔炭黑。一般都是把謝爾法副產炭黑和乙炔炭黑并用，可以發揮謝爾法副產炭黑導電性能好和乙炔炭黑加工性能好的優勢。
2）用HDPE導電塑料制成的電磁屏蔽薄膜可以在很快的電磁頻率內發揮屏蔽效果，用作電子產品中和需要電磁屏蔽的場合。
總結下來，按照應用領域，導電炭黑的應用實例如下：
－電子器件，易燃產品，爆炸物的抗靜電/導電包裝物，爆炸區域抗靜電/導電包裝物等，膜類（包裝膜，包裝袋，粘結膜，垃圾袋，管內襯涂膜）
－電子元件包裝物，電子封裝的處理，運輸，存儲器具，包括載盒，載盤，集成電路托盤，載體，防震泡沫塑料，硬盤盒等運輸容器，支架，箱盒等
－電力電纜（絕緣屏蔽，導電屏蔽，可剝型電纜，護套等）
－汽車工業（燃油噴射系統，抗腐蝕系統，燃油箱軟管，型材等，柴油機啟動裝置）
－通信交通（移動通訊零件，電梯零件，飛機輪胎，油罐車車輪等）計算機，家電（計算機、，家電中的抗靜電器件，零部件）
－衛生領域（醫療用途，無菌設備，抗靜電工作場合的抗靜電制品，安全開關，抗靜電包裝等）抗靜電地板，地毯，地磚，導電臺面墊，地板下加熱器，紡織品（電熱毯，電磁屏蔽服裝）
－敏感元件
－PTC元件
－石化礦山（地下輸送帶，排風，排水管道，油井加熱裝置，加熱輸油裝置）
4導電性的影響因素
4.1炭黑性能的影響
將炭黑填充到高分子材料中，都會降低其體積電阻率，其降低程度取決于炭黑粒子性能及其填充量。當炭黑的其他特性相同時，其原生粒子越細，原生聚集體越小，高分子混合物的體積電阻率就越低。
炭黑結構的增加，高分子混合物的體積電阻率將減小。
高導電性的炭黑基本性能必須是粒徑小，比表面積大，結構高度發達，浮獲π電子的雜質少，石墨化程度高和具有多孔性。
高分子材料中，炭黑含量的多少，直接影響到導電網絡的形成，要賦予高分子材料導電性，其炭黑含量必須達到臨界濃度。不同的導電炭黑在同一高分子材料中的臨界濃度不同。
4.2高分子材料的影響
橡膠的種類不同，其炭黑復合材料的導電效果也有差異。容易獲得導電性的順序為：三元乙丙橡膠、氯丁橡膠、天然橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠。硅酮橡膠適合大量用做導電橡膠材料。
4.3加工條件的影響
炭黑填充到高分子材料中，受加工條件影響，造成炭黑的分散狀態和結構破壞程度的不同，致使其導電性出現很大的差異。因此，炭黑在高分子材料的分散過程應避免分散不足或分散過度，以達到分散狀態。
對導電性影響由大到小的順序為：注射成型、擠出成型、壓延成型、加壓成型。加壓硫化、延長硫化時間會使電阻率較低
色素炭黑， 棗莊鑫源化工有限責任公司
