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炭黑在塑料中的应用

   时间:2021-08-13 来源:炭黑应用手册作者:吴立峰 丁丽萍发表评论

三、炭黑在电力电缆中的应用

输电或配电用的电力电缆构造是比较复杂的,以具有代表性的15kV地下电力电缆为例, 电缆的中心是金属芯线,其外覆盖一层充填有炭黑的聚乙烯半导电屏蔽层(亦称内屏藪层),然后覆盖由交联聚乙烯构成的绝缘层,内屏蔽层的作用是防止因在金属芯线和绝缘层之间形成间隙而产生电晕放电。绝缘层之外是一层由填充有炭黑的聚乙烯绝缘屏蔽层(亦称外屏蔽层),然后是由铜线构成的中性线,最外则是电缆护套。

内、外屏蔽层的基料常用EVA、EEA等交联聚乙烯的共聚物,炭黑则常用导电性能较好的乙块炭黑、油炉法导电炭黑或重油造气副产炭黑。不同电缆制造厂家采用的炭黑品种和配合料的性能可能不同,但都把延长电缆的使用寿命放在首位,因为电缆的初装费和发生故障后造成的损失和修复的费用相比要低得多。

内、外屏蔽料的质量对电缆的寿命有显著影响。一是屏蔽层必须十分光滑、平整,因为屏蔽层的任何凸出的疵点都会增强局部电场而导致绝缘层被击穿和电缆的过早损坏。炭黑中的杂质(焦粒、耐火材料、铁锈等),以及炭黑分散不均,常常是形成这种疵点的主要原因。当然,基料黏度过高时也容易形成这种疵点。因此必须选用筛余物很低的和容易分散的发黑,同时还应来用熔点和黏度适宜的基料,以及剪切力大并有筛网的混合和挤出设备。

漏入电缆护套的水气形成“水树”现象,可能导致电缆的过早损坏。“水树”意指高电应力下聚合物破裂时,水在电缆内形成的树状结构。发黑的无机杂质中的水溶性离子,可能是构成这种“水树”的原因。存在不同形式的“水树”,但最有客的是在内屏蔽层和绝缘层的界面间形成的。因此对屏戴料用炭黑要求有较高的化学清洁度,无机杂质要少。

电缆中所用聚合物配合料的力学性能也是很重要的。此材料必须能承受温度的周期性变化、臭氧的侵袭,以及其他环境因索的影响。电缆要在田野中安装,为同长度的电缆通过机械的方法连接在一起,并形成网络。连接时,要剩去电缆端部的材料,使金属导线之间在绞接后形成良好的接触。每层电缆料的定伸应力和撕裂强度,以及层和层间的附着力对于野外使用的电缆都很重要。电缆料的力学性能主要取决于所用基料的类型,但加工条件、炭黑品种和用量也有一定影响。 电缆料中炭黑配合量较多时,材料的力学性能趋于降低,故对内、外屏蔽料而言,采用导电性好的炭黑品种可以减少用量,从而能保持较好的力学性能。

四,炭黑在抗静电塑料制品中的应用

       塑料的电阻率一般在1012~1015Ω·cm,是良好的绝缘体,但容易积累电荷而带静电,不仅容易招惹灰尘,而且当静电压增高到一定程度时则会产生放电,静电放电时会产生火花使易燃易爆物质产生爆炸,损坏电子元器件,以及对人体产生伤害,因此对矿井、炸药、医疗设备和电子工业用塑料制品要求具有抗静电性能。

要使塑料制品具有静电性能,可以采用以下方法,一是添加导电性填充料即各种金属粉末纤维或炭黑,二是在塑料表面或层间涂覆或喷镀一层导电性材料,三是填充或涂覆抗静电剂,四是使用共轭型或离子型高分子,也就是本身就导电的塑料。然而金属粉末或纤维价格较高,涂覆或喷镀加工费用较高,抗静电剂通常为水溶性,其耐久性不好,本质型导电塑料价格也很高。由于炭黑价格较便宜,加工较方便,耐久性较好,因此是抗静电塑料制品最常用的杭静电剂,然而添加炭黑的塑料制品只能是黑色的,因此当要生产浅色或彩色抗静电塑料制品时只能采用其他方法。

矿井特别是煤矿井下作业时,需耗用大量通风、排水、压缩空气和抽放瓦斯的管道,而且矿井水常为酸性、管道腐蚀很快,而且安装维修时劳动强度很大。塑料管轻便且耐腐蚀,因此,“以塑代钢”是降低采煤钢材消耗,减轻劳动强度的良好途径。但是,为了防止瓦斯爆炸,必须采用抗静电阻燃塑料,其性能必须符合原煤炭工业部部标准MT181—88“煤矿井下用塑料管安全性能检验规范”要求,即负压风及抽放瓦斯用管;管内、外管表面电阻值不得大于1x106Ω,其他如给、排水、正压风和喷浆用管则不得大于1X108Ω(其测量距离为100cm, 故相应的表面电阻率分别为104 ~106Ω·cm)。目前煤矿以塑代钢尚处于起步阶段,国内已见开发和应用试验加有导电炭黑的抗静电阻燃PVC管和网带(代替金属网)的报道。

由于矿用塑料制品特别是负压风和抽放瓦斯用管的导电性要求较高,需要填充的炭黑量较多,这样就会降低管材的机械强度,为此必须选用导电性能较好的炭黑以降低填充量。

电子工业用抗静电塑料制品包括抗静电靴、地板、包装材料等。

在集成电路等电子元件的制造场所,适度降低人体带静电电压是必要的,操作人员穿着抗静电靴(<5X107Ω),室内铺以抗静电地板(<107Ω),可以有效地除去人体带电压,减轻对电子元件的损坏概率。

电子工业用抗静电包装材料,按其形态可分为为包装袋、托盘、容器、盒、元件槽/带、泡沫、薄板(条)等,由于填充炭黑可基本满足抗静电要求,价格又较便宜故多采用炭黑,只是在导电性要求较高,或透明度要求较好的场合,才采用金属膜或其他抗静电剂。

 
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