導(dǎo)電塑料化合物有多種用途，包括電線和電纜的導(dǎo)體和絕緣屏蔽、抗靜電、靜電消散（ESD）、電磁干擾（EMI）屏蔽和金屬更換。塑料是典型的電絕緣體。通常使用導(dǎo)電添加劑來調(diào)整塑料的導(dǎo)電性以適應(yīng)特定應(yīng)用。與碳納米管、碳纖維、石墨烯和金屬薄片或金屬絲相比，炭黑在制造導(dǎo)電化合物方面是最具成本效益的添加劑。這是由于炭黑的高度工程化工藝技術(shù)和易分散性。

本篇博客討論了炭黑的關(guān)鍵特性，以及它們與導(dǎo)電性能的關(guān)系，特別是與電線電纜應(yīng)用相關(guān)的特性。

1. 炭黑的導(dǎo)電性

在導(dǎo)電塑料應(yīng)用中，炭黑主要用于提高加塑料材料的導(dǎo)電性或消散電流以防止靜電放電。這些塑料的導(dǎo)電性是由炭黑的類型和負(fù)載以及成品零件的合成和制造過程決定的。塑料樹脂類型和添加劑也會影響電導(dǎo)率，但在此討論中，我們將重點關(guān)注炭黑。炭黑由初級納米粒子聚合而成，具有三維鏈狀結(jié)構(gòu)。炭黑的測量特性，例如，比表面積、結(jié)構(gòu)、孔隙率和表面活性，都會對塑料材料的導(dǎo)電性能產(chǎn)生影響，如表1所示。導(dǎo)電炭黑往往具有較高的比表面積，較高的結(jié)構(gòu)，較高的孔隙率，但表面活性較低，即，化學(xué)潔凈度較高。此外，炭黑的負(fù)載量和分散性也會影響導(dǎo)電性（表2）。

表1、炭黑的基本特性和導(dǎo)電性

比表面積（初始粒徑）

· 高比表面積（較小的初始粒徑）炭黑為電子轉(zhuǎn)移提供了更大的比表面積。

結(jié)構(gòu)（總尺寸）

· 總尺寸較高，會在較低負(fù)載下形成導(dǎo)電路徑。

孔隙率

· 具有高孔隙率的炭黑每單位重量包含更多的聚集體。

表面活性

· 較低的表面活性（化學(xué)潔凈度較高）顯示出較高的內(nèi)在導(dǎo)電性，有助于形成導(dǎo)電路徑。

表2、炭黑負(fù)載和分散對電導(dǎo)率的影響

炭黑負(fù)載

· 較高的炭黑負(fù)載會形成導(dǎo)電路徑。

分散

· 分散較好的炭黑減少了炭黑之間的距離，并導(dǎo)致導(dǎo)電路徑的形成。

2. 電線電纜的應(yīng)用

電線電纜行業(yè)消耗的導(dǎo)電炭黑量最大，其中大部分用于中高壓電纜的導(dǎo)體和絕緣屏蔽。圖1顯示了電力電纜

典型結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體屏蔽層可與金屬導(dǎo)體結(jié)合，以向絕緣層提供平滑的界面和均勻分布的電場。絕緣屏蔽層保

絕緣層免受電暈損壞，并提供安全保護。炭黑的導(dǎo)體和絕緣屏蔽對電纜的長期使用壽命起著至關(guān)重要的

用。

根據(jù)具體應(yīng)用和炭黑類型，炭黑負(fù)載量可能在約22%到約44%（按重量計）之間變化。雖然不需要導(dǎo)電，但炭黑也用于電纜護套中以加強紫外線防護。

3. 電線電纜應(yīng)用中炭黑的要求

炭黑是導(dǎo)體和絕緣屏蔽中的一種基本成分，用于提供所需的導(dǎo)電性能。選擇炭黑時，我們要查看所需的炭黑負(fù)載量。然后決定是使用在較低負(fù)載下提供更高電導(dǎo)率的炭黑還是在較高負(fù)載下使用具有較低電導(dǎo)率的炭黑。然而，炭黑的選擇不僅取決于所需的電導(dǎo)率規(guī)格，還取決于其他要求，包括分散性、流變性、機械性能和表面光滑度。

如前所述，炭黑化合物的電導(dǎo)率不僅取決于炭黑的類型和負(fù)載，還取決于包括合成和最終電纜擠壓在內(nèi)的其他工藝條件，只有充分了解所有這些方面，才能確保優(yōu)化導(dǎo)電性能。

3.1. 分散性

隨著比表面積的減小、孔隙率的降低和結(jié)構(gòu)的增加，炭黑表現(xiàn)出更高的分散性。如表1中的用途及性能關(guān)系所示，除結(jié)構(gòu)外，在易于分散和提供高水平電導(dǎo)率之間存在明顯的權(quán)衡。

因此，當(dāng)需要高導(dǎo)電性炭黑時，在分散性和導(dǎo)電性之間找到平衡是很重要的。具有不同分散程度的炭黑如圖3所示。

我們可以看幾個場景：

場景1：

高比表面積和中等結(jié)構(gòu)炭黑：須具有足夠的分散能量以允許單個聚集體完全解聚，進而提供最佳的導(dǎo)電性能和其他次要屬性。

場景2：

低比表面積和高結(jié)構(gòu)：在這種性能平衡下，炭黑具有高度的分散性，并且會產(chǎn)生導(dǎo)電性能，但與場景1中描述的炭黑相比，其負(fù)載量略高。這意味著，即使色散能量較低，也足以為期望的導(dǎo)電性能提供良好的色散。值得一提的是，與此類炭黑的過度混合或過多的能量輸入會導(dǎo)致骨料的分解（更高的結(jié)構(gòu)=更脆弱的骨料），從而產(chǎn)生低于預(yù)期性能的性能。