炭黑的结构性是指碳黑在生成过程中处于高温火焰区, 粒子连接成长链并熔结在一起而成为三度空间的聚集倾向[ ]。填充填料必须达到足够高的填充量才能达到渗域阀值从而导电。炭黑的结构性越高, 表示炭黑粒子间聚集成链状的倾向越强、结构越复杂,使炭黑越易形成导电通道,达到渗域阀值所需的填充量越低。
目前碳黑主要分为高耐磨炉法炭黑、半补强炭黑、喷雾炭黑和乙炔炭黑,其中乙炔炭黑结构性高具有优异的导电性能,因此乙炔炭黑在导电高分子材料中的应用也最为广泛,是目前制备导电橡胶最常用的导电填料之一。
刁广照[ ]认为,炭黑填充的导电硅橡胶都有一定的导电行为,由于炭黑自身结构的差异,表现出不同的导电能力。当填充的炭黑在硅橡胶中形成导电通路时,少量其他炭黑的并用能降低体积电阻率,减少炭黑的用量。用钛酸酯和硅烷偶联剂处理的BP2000超导电炭黑作为填料用量减少。
黄英[ ]等研究发现在100 份MVQ中加入30份乙炔炭黑时,导电性能迅速提高,体积电阻率迅速减小,当乙炔炭黑的用量为37份时,橡胶出现渗滤现象。通过乙炔炭黑用量和渗滤阈值可以预测导电硅橡胶的体积电阻率。
李周[ ]等研究发现,在双组份脱醇型RTV导电橡胶配方中,气相法白炭黑及乙炔炭黑对硅橡胶的导电性能和其他综合性能的影响显著。在100份107硅胶中加入75份乙炔炭黑,5份气相法白炭黑,2份新型交联剂,2份结构化控制剂的配方具有较佳的性能。
肖建斌[ ]等通过对硫化体系、导电炭黑、补强体系及软化体系的选择,制定出含DCP、乙炔炭黑、气相法白炭黑和羟基硅油的配方。研究发现,白炭黑与乙炔炭黑对硅橡胶导电性能影响巨大,其他因子影响不明显。
蒋红生[ ]等研究发现温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响。在温度场的作用下,体积热膨胀提高复合材料的电阻率,隧道效应降低复合材料的电阻率。
赵志正[ ]通过三种新牌号炭黑(ym-66、ym-76和ym-85)对比研究发现,新牌号炭黑适用于制造导电弹性体材料和制品。用ym-85 炭黑填充的橡胶具有最高的电气特性。
张继华[ ]等研究发现,炭黑在硅橡胶内部形成“球链”的导电通路,过量的炭黑在硅橡胶内部可形成“炭黑簇”结构, 进一步提高硅橡胶的导电性能。乙炔炭黑含量超过45 phr后, 其体积电阻率变化不明显。50 phr是乙炔炭黑填充导电硅橡胶的最佳耐热性填充量。填充50 phr乙炔炭黑导电硅橡胶随温度的增加, 拉伸强度下降; 在100 ℃下长期老化后的导电性能下降。
杨绪迎[ ]等研究发现,乙炔炭黑填充硅橡胶的体积电阻率明显高于炭黑N234 或N293 填充的硅橡胶;随着炭黑用量的增大,硅橡胶的体积电阻率呈现先增大后趋于稳定的趋势。随着炭黑用量的增大,导电硅橡胶邵尔A型硬度增大,拉伸强度和拉断伸长率先增大后减小。