导电炭黑

导电炭黑是一种特种炭黑，因其良好的导电性能和较高性价比，广泛应用于导电和防静电制品。炭黑填充型导电高分子材料，包括功能高分子材料、新型涂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（动力）锂离子电池、铅酸电池和超级电容器中也受到青睐。

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。三种导电炭黑差异较大：乙炔炭黑和副产炭黑DBP吸收值较高；副产炭黑和炉法导电炭黑比表面积较大，易吸收水分和热减量较高。此外，乙炔炭黑纯净度高，灰分含量低，而副产炭黑杂质含量大，灰分含量高。
导电炭黑应用性能与自身的导电性能密切相关。而其自身导电性主要取决于微晶结构、表面结构、聚集体结构和粒度分布等四个方面。形态：黑色粉末
参数
粒径：30-45nm
比表面积：120-130m2/g
压实密度：280-300g/L炭黑是碳元素的一种存在形式，为无定形态。按用途可以分为橡胶用炭黑和非橡胶用炭黑，非橡胶用炭黑又称为特种炭黑，包括色素炭黑、导电炭黑、塑料用炭黑以及专用炭黑等。其中导电炭黑（conductive carbon black）是具有低电阻或高电阻性能的炭黑，可赋予制品导电或防静电作用，其特点为粒径小、比表面积大且粗糙、结构高、表面洁净(化合物少)等，其体积电阻率约为0.1Ω·cm。
石墨粉的导电性主要取决于纯度（即含碳量），石墨化度（石墨化度是衡量炭素物质从无定形炭通过结构重排,其晶体接近完善石墨的程度）以及粉体颗粒大小、形态等因素。一般来讲，粉体纯度越高、石墨化度越高、粒径分布越宽、长径比越高，则导电性越好。
导电碳黑是一个统称，它泛指导电能力强于普通炭黑、色素炭黑的特殊炭黑品种。根据导电能力大小，从低到高以此可分为CF导电碳黑（Conductive Blacks），SCF超导电碳黑（Super Conductive Blacks），XCF特导电碳黑（Extra Conductive Blacks）。从生产方法来讲，可以分成乙炔炭黑，重油炉法炭黑，重油造气副产炭黑三大类。
由于真正导电性优异的是石墨化的碳，石墨化程度越高，导电性越好。所以一般来讲，石墨的导电性优于碳黑（两者均纯度很高的情况下，如果纯度不高，没可比性）。1、炭黑粒子互相连接成链，通过链原子移动产生导电现象。这就是导电通道学说。
2、除了粒子之间接触，而且又由于电子在分散于基体中的炭黑粒子间隙里迁移所产生的电子导通，即称隧道效应学说。或者由于炭粒子之间的高强度电场产生发射电流，即所谓电场发射学说。导电炭黑的性能主要由结构性、比表面积、磁性杂质含量决定。
1、炭黑粒径
理论上，炭黑的粒径越小，单位体积中的粒子数越多，有利于提高导电性能。这在橡胶制品中是正常的。但在用于导电塑料制品时，若炭黑粒子过小，因塑料塑化后剪切力小，故分散性差，炭黑以大量的小团块存在于基料中，使导电塑料制品的力学性能降低，失去实用价值。所以要把炭黑的粒径控制在一定范围内，才能保证炭黑既可以在塑料中获得良好的分散，又可以大大增加单位体积内炭黑粒子的数量，提高塑料制品的导电性能，同时不破坏或少破坏塑料制品的力学性能。
2、炭黑结构
DBP值的大小代表了炭黑聚集体结构的高低，一般来说，DBP值高时炭黑呈现链支状结构，导电性较好。各种重油造气副产品炭黑的DBP值都非常高，而从电子显微镜发现它们是空壳形态微观结构，说明其结构并非很高。它的高导电性可能一是由于其单位质量下体积更大的结果，二是剪切破坏了部分一次结构，产生了大量的新微粒。要获得在塑料中好的导电性能，炭黑必须是粒径较大，结构不宜太高，最好使炭黑的结构成线状结构。一方面可促使炭黑在塑料中的分散，另一方面有利于形成导电网络，用少量炭黑即可以达到导电作用。

结构性：通常用吸油值表征，表明了炭黑粒子与粒子之间聚结成链状的程度，结构性越高，越容易形成难以破坏的导电网络通道，导电性越好。但是吸油值高的导电炭黑对聚合物粘结剂、液态和聚合物电解质的吸附能力比较强，分散性较差。
3、炭黑粗糙度
由于炭黑的导电需要有一定的粗糙度，使炭黑形成导电通道，故要求炭黑的氮吸附表面积和CTAB表面积的差值较大。
4、表面挥发份
炭黑表面的挥发份主要是有一些有机基团和未能完全裂解的油膜结成，形成一层绝缘层，增加炭黑粒子之间的势垒，严重影响导电性，必须将挥发份控制在较低范围内。
5、灰分和水分
炭黑中灰分和水分含量高，实际上降低了炭黑的含量，同样对导电性有不利的影响，在生产中要注意控制炭黑中灰分和水分的含量。导电碳黑具有较低的电阻率，能够使橡胶或塑料具有一定的导电性能，用于不同的导电或抗静电制品，如抗静电或导电橡胶、塑料制品、电缆料；还可以做干电池的原材料。炭黑的制备工艺可以分为“不完全燃烧法”和“热裂解法”两类。不完全燃烧法（热氧化分解法）包括油炉法、气炉法、喷雾法、灯烟法、槽法、滚筒法、混气法；热裂解法包括热裂法、乙炔法和等离子法。其中，油炉法具有工艺调节方法多、热能利用率高、能耗小及成本低等特点，是炭黑的主要生产工艺。

生产工艺方面，导电炭黑的主要壁垒在于反应炉设备的设计。较高性能要求下，锂电级导电炭黑的生产工艺较普通炭黑需要特别设计。主要体现在以下两个方面：
（1）设备精度：导电炭黑的设备精度要求高，反应炉的设计为制备导电炭黑的关键。生产导电炭黑所用的反应炉一般在普通炭黑的基础上进行改造。反应炉主要包括燃烧段、喉管段、反应段、急冷段、气化停留段。燃料在燃烧段燃烧为炭黑裂解反应提高能量，喉管段为原料注入段，反应段是炭黑不完全燃烧和裂解的区域，急冷段通过水终止炭黑生产反应（炭黑在此阶段进行表面氧化反应），气化停留段为炭黑烟气形成区。
影响炭黑质量主要集中在燃烧室和喉管段，炉头中的喷油嘴等部件精度非常关键。燃烧室内燃料燃烧不充分，燃烧气流温度不高、流速低，喉管段内的原料油雾化程度不佳，反应温度和压力不均，以及喉管原料油喷入位置布局不佳，均会影响炭黑产品品质、品种的生产，导致效益不佳。
（2）后处理水平：
锂电级导电炭黑需要控制磁性杂质含量，在生产过程中需要处理金属离子，对金属离子含量要求较普通炭黑高。为降低金属离子含量，需要借助除磁等辅助设备，同时消耗较长时间。