导电炭黑微观结构及其应用性能_陈薄.pdf

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1、第２７卷第８期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．８２０１５年８月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＡｕｇ．，２０１５＊导电炭黑微观结构及其应用性能陈薄，古忠涛（西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室，四川绵阳６２１０１０）摘要：以乙炔炭黑、副产炭黑和炉法导电炭黑为研究对象，较为系统地分析了与导电炭黑应用性能密切相关的微晶结构、表面性质、颗粒形貌和粒度分布特征，探讨了导电炭黑微观结构对应用性能的影响。研究结果表明，导电炭黑的微观结构决定了其应用性能，而决定应用性能的关键在于其与基体材料的匹配性。副产炭黑在橡胶

2、和塑料中导电性能较好，乙炔炭黑在锂离子电极材料中的导电性能较好。关键词：导电炭黑；微观结构；应用性能；导电添加剂中图分类号：ＴＢ３３２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１８８４／ＨＰＬＰＢ２０１５２７．０８９００３炭黑是一种用途广泛的化工原料，其颗粒尺寸在１０～１００ｎｍ之间，是人类较早研制和应用的纳米材料。根据炭黑的用途和使用特点，可以分为橡胶用炭黑和非橡胶用炭黑（亦称专用炭黑或特种炭黑）两类。导电炭［１－３］黑是一种典型的特种炭黑，因其良好的导电性能和较高的性价比，广泛应用于导电和防静电制品中。炭黑填充型导电高分子材料，包括功能高分子材料、新型涂

3、料、辐射交联材料和新型橡胶塑料制品等，已广泛应用于矿用管材、电缆屏蔽、航天航空、电子电器、石油化工以及交通车辆等诸多领域。此外，导电炭黑在能源领域，如［４－５］（动力）锂离子电池、铅酸电池和超级电容器中也越来越受到青睐。［６］导电炭黑产品主要有副产炭黑（重油造气副产炭黑）、乙炔炭黑和炉法导电炭黑三大类型。导电炭黑特殊的性能和应用前景，使其已成为炭黑技术领域研究的重点。目前，世界著名的炭黑公司均有各自的导电炭黑产品，基于商业利益，各公司对相关技术资料严加保密，导致产品之间技术指标差异较大，甚至出现某些产品技术指标相似，但应用性能却相差很大。因此，开

4、展有关导电炭黑宏／微观结构及其应用性能的研究，可探索其应用性能差异的本质，为合理选用提供技术支持。基于此，本文以乙炔炭黑、副产炭黑和炉法导电炭黑为研究对象，在对其进行微观结构分析基础上，开展微观结构与应用性能内在关联的探讨。１试验以乙炔炭黑、副产炭黑和中橡集团炭黑工业研究设计院（ＣＣＢＩ）生产的炉法导电炭黑为研究对象。按照国家标准ＧＢ／Ｔ３７８０－２００７测试三种导电炭黑理化性能参数；采用Ｘ′ＰｅｒｔＰｒｏ型Ｘ－射线衍射仪对三种导电炭黑样品进行晶体结构表征，其测试条件为工作电压４０ｋＶ、工作电流３０ｍＡ、扫描角度１０°～９０°、扫描速度０．０４（

5、°）／ｓ；采用ＮＩＣＯＬＥＴ６７００ＦＴ－ＩＲ系统进行三种导电炭黑样品红外光谱分析；采用ＪＥＭ－１００ＣＸ型透射电镜和ＢＴ－９３００Ｈ激光粒度分析仪检测三种导电炭黑样品的微观形貌和粒度分布；采用Ｓ４Ｅｘｐｌｏｒｅｒ型Ｘ射线荧光光谱仪检测三种导电炭黑样品的成分。２结果与讨论２．１理化性能表１给出了乙炔炭黑、副产炭黑和炉法导电炭黑三种导电炭黑的主要理化指标。从表中可以看出，三种导电炭黑理化指标差异较大：乙炔炭黑和副产炭黑邻苯二甲酸二丁酯（ＤＢＰ）吸收值较高；副产炭黑和炉法导电炭黑比表面积较大，较大的比表面积使得副产炭黑和炉法导电炭黑在生产过程中易于吸

6、收水分，从而导致其加热减量也较高。表中还可以看出，由于乙炔炭黑采用乙炔气体为原料，因此纯净度较高，灰分含量较低；与之相反，副产炭黑则杂质含量较大，灰分含量较高。通常，具有高比表面积和高ＤＢＰ吸收值的导电炭黑具有较为良好的导电性能，而这两个宏观的指标都与导电炭黑的微观结构密切相关。＊收稿日期：２０１５－０５－０７；修订日期：２０１５－０６－２５基金项目：西南科技大学自然科学基金项目（１４ｚｘ７１０９）作者简介：陈薄（１９７８—），男，博士，讲师，从事纳米材料技术和现代机械设计理论与方法的研究；ｃｈｅｎｂｏ＠ｍａｉｌ．ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。强激光与

7、粒子束表１三种类型导电炭黑的主要理化指标Ｔａｂｌｅ１ＭａｉｎｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｂｌａｃｋｎｉｔｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓＤＢＰｈｅａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ／ｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ／ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ／ａｓｈ／％ｉｍｐｕｒｉｔｙ／％ｄｅｃｒｅａｓｅ／％（ｍ２·ｇ－１）（ｍ２·ｇ－１）［ｍＬ·（１００ｇ）－１］ａｃｅｔｙｌｅｎｅｂｌａｃｋ６６６１３６

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