橡胶的导电原理和导电填料的选择
图8-18 不同炭黑在PE中的体积祖率 图8-19 乙炔炭黑和超导炭黑填充的NR、SBR和EPDM胶料电阻率岁炭黑用量的变化
橡胶材料的最大特点之一是具有高电阻率,所以橡胶是比较好的绝缘材料,被用来制造各种电绝缘制品。用作电防护制品时,还应有耐高电压性能。此外,合理选用生胶和配合剂还可以制出低电阻率的橡胶制品,甚至制造出具有一定导电性的橡胶制品。如纺织皮辊,为防静电蓄积,应具有一定的导静电性能,其他如抗静电医疗用橡胶制品和电极等,也都要求有一定的导电性能。所以,经过配方设计,能够制得具有1016~10g·cm电阻率范围的多种电性能制品,电阻率在1059·cm以下的,称为导电橡胶。
复合型导电高分子材料的导电机理有如下两种理论:一种是隧道效应,也即是在导体材料中夹入非常薄(10mm以下)的非导体材料时,在电场的作用下,电子仅需越过很低的势垒而移动;另一种是粒子导电,即导电是通过接触的粒子链来实现的,因此粒子之间的接触电阻与接触的粒子数目是决定导电的主要因素,对导电橡胶而言,后者是起主要作用的。橡胶促进剂生产厂家东莞欧文新材料有限公司为您提供最优质的产品及服务。
当导电性填料粒子在橡胶中的分布形成链状和网状通路时,则产生导电作用。导电橡胶用的导电填料主要是炭黑,此外还有碳纤维、金属粉、金属箔、石墨、不锈钢细丝等,导电炭黑不仅能赋予橡胶优良的导电性,而且还能赋予橡胶良好的力学性能,如强伸性能、弹性、耐磨性;另外,炭黑的价格相对便宜,与橡胶的混溶性好,便于加工成型,因此炭黑是导电橡胶最主要的导电填料。各种炭黑在聚乙烯中的体积电阻率如图8-18所示。
由图8-18可见,具有中空结构的壳质炭黑,其导电功能优异中国近年来生产的华光导电炭黑,即是一种中空结构炭黑,因面其粒子质轻,与同样质量的N472(BET法比表面积为225m2/g,粒径为35.9mm)相比,华光导电炭黑的粒子数是N472的4~5倍。另外,其比电阻只有0.270·cm(N472的比电阻是1.920·cm),可见华光导电炭黑良好的导电性是由其本身结构决定的。
在橡胶中添加导电填料时,随着导电填料粒子的增加,开始时电导率提高不明显,当导电填料粒子达到某一数值后,电导率就会发生一个跳跃,剧增几个或十几个数量级,导电填料用量达到或超过某一临界值之后,导电填料填充的橡胶就成为导电橡胶了,该临界值相当于复合物材料中导电填料粒子开始形成导电通路的临界值,不同导电填料在同一种橡胶中,或同一种导电填料在不同的橡胶中,该临界值是不同的,图8-19所示为乙炔炭黑和超导炭黑填充的天然橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶硫化胶的电阻率,随炭黑用量而变化的情况。当导电炭黑加入橡胶后,能形成导电通道。
导电炭黑以分散状态填充于橡胶绝缘体中,其导电性主要取决于炭黑的用量。随炭黑用量增加,橡胶绝缘体的电阻率减小。炭黑用量对导电性的影响,可用图822所示的等效电路加以说明。炭黑用量不同会形成以下三种情况是当炭黑用量较大,有足够的炭黑粒子形成一个连续的导电链状结构时,电阻很小,相当于等效电路,例如在100质量份天然橡胶中加入90质量份炭黑,其体积电阻率仅为3.6~4.89·cm;二是炭黑用量不够,炭黑粒子只能形成部分连续的链状结构,各个链段之间有一定的间隙,在等效电路中相当于增加了部分电容,故电阻率较大],例如在100质量份天然橡胶中加入70质量份炭黑时,其体积电阻率为13g·cm;三是胶料中炭黑粒子较少,各个粒子之间间距较大,相当于等效电路所以此时的电阻率很大,如炭黑用量在50质量份以下时,其电阻率比第一种情况大60倍以上。石墨为结晶的层状结构,化学性质稳定纯度高,导电性强,体积电阻率可达100·cm以下,但石墨与橡胶的结合能力差,多次弯曲会使橡胶导电性能下降,其加工性能亦不好,故宜与导电炭黑并用。
在橡胶中添加导电填料时,随着导电填料粒子的增加,开始时电导率提高不明显,当导电填料粒子达到某一数值后,电导率就会发生一个跳跃,剧增几个或十几个数量级,导电填料用量达到或超过某一临界值之后,导电填料填充的橡胶就成为导电橡胶了,该临界值相当于复合物材料中导电填料粒子开始形成导电通路的临界值,不同导电填料在同一种橡胶中,或同一种导电填料在不同的橡胶中,该临界值是不同的,图8-19所示为乙炔炭黑和超导炭黑填充的天然橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶硫化胶的电阻率,随炭黑用量而变化的情况。当导电炭黑加入橡胶后,能形成导电通道。
导电炭黑以分散状态填充于橡胶绝缘体中,其导电性主要取决于炭黑的用量。随炭黑用量增加,橡胶绝缘体的电阻率减小。炭黑用量对导电性的影响,可用图822所示的等效电路加以说明。炭黑用量不同会形成以下三种情况是当炭黑用量较大,有足够的炭黑粒子形成一个连续的导电链状结构时,电阻很小,相当于等效电路,例如在100质量份天然橡胶中加入90质量份炭黑,其体积电阻率仅为3.6~4.89·cm;二是炭黑用量不够,炭黑粒子只能形成部分连续的链状结构,各个链段之间有一定的间隙,在等效电路中相当于增加了部分电容,故电阻率较大],例如在100质量份天然橡胶中加入70质量份炭黑时,其体积电阻率为13g·cm;三是胶料中炭黑粒子较少,各个粒子之间间距较大,相当于等效电路所以此时的电阻率很大,如炭黑用量在50质量份以下时,其电阻率比第一种情况大60倍以上。石墨为结晶的层状结构,化学性质稳定纯度高,导电性强,体积电阻率可达100·cm以下,但石墨与橡胶的结合能力差,多次弯曲会使橡胶导电性能下降,其加工性能亦不好,故宜与导电炭黑并用。
在碳纤维中,端头稍蜷缩的沥青系的碳纤维导电性较为优异。这些碳纤维被分散于橡胶基体内,相互缠结而形成有效的导电通路。胶料基体内形成高次结构,对体现导电功能极为有益。因此导电填料的长径比适当地大些,对导电性有利。例如,对于ABS为基质的导电材料,使用银粉作为导电填料时,其配合量低于20质量份时,复合体的电阻率就达不到10-1~10-20·cm,而使用银箔其配合量仅为5质量份即可达到这一电阻率。当基体材料为橡胶时,混炼中剪切力大,往往会因剪切作用而使填料的长径比降低,此时可以考虑采用抗剪切力强的不锈钢细纤维作导电填料。
上一篇：提高硫化胶耐磨耗性的其他方法
下一篇：导电填料的选择
