关于炭黑，你还有哪些不知道的知识呢?作为一个基本的工业原材料——炭黑身上可是存在着很多的宝藏用途，炭黑的这些用途也给我们生活提供了极大的便利，今天炭黑产业网小编就为大家详细讲讲炭黑的补强、炭黑着色、炭黑的导电功能以及炭黑这些功能是如何运用于我们生活的方方面面的。
炭黑的主要成分是碳，其基本粒子尺寸在10～100nm之间，因此具有优良的橡胶补强、着色、导电或抗静电以及紫外线吸收功能，是人类最早开发和应用的纳米材料。炭黑作为一种功能材料，能够赋予其他材料或制品一些特殊的使用性能，在许多领域中有着不可替代的作用。炭黑是橡胶补强填充剂，是仅次于生胶的第二位橡胶原材料。炭黑也作为着色剂、紫外光屏蔽剂、抗静电剂或导电剂，广泛用于塑料、化纤、油墨(包括复印机墨粉、喷墨打印墨水等)、涂料、电子元器件、皮革化工和干电池等很多行业的制品中。炭黑还可用于冶金及碳素材料行业中，作为高纯碳材料。
炭黑是我国最先制造和应用的，早在3000年前，就已掌握了烧烟制墨的技术，但长期停留在手工业生产方式的阶段。1872年在美国首先实现了槽法炭黑的工业化生产，20世纪初，在英国首先发现了炭黑在橡胶中的补强作用。随着世界汽车和轮胎工业的发展，炭黑工业也随之发展。市场报告预测，到2030年，全球对炭黑的需求将上升至每年1700万吨。
一、 炭黑补强功能
1、何为炭黑的补强
炭黑是橡胶工业的主要原料之一，属粉体材料。炭黑用量相当大，几乎与橡胶本身用量相当。在橡胶加工中又将填料分为补强剂和填充剂。 橡胶的补强是指在橡胶中加入一种物质后，能够提升硫化橡胶的耐磨性、抗撕裂强度、拉伸强度、模量、抗溶胀性等性能的行为。凡具有这种作用的物质称为补强剂。 常用补强剂：炭黑、白炭黑、短纤维、无机纳米材料等。
2、橡胶用炭黑
根据世界范围的统计，橡胶用炭黑的消费量约占炭黑总量的89.5%，其中轮胎用占67.5%，汽车橡胶制品用占9.5%，其他橡胶制品用占12.5%。非橡胶用炭黑(亦称专用炭黑或特种炭黑)约占10.5%，其中塑料用占4.5%，油墨用占3.8%，涂料用占0.9%，其他制品用占1.3%。
炭黑是橡胶工业中最重要的补强性填料，可以毫不夸张的说，没有炭黑工业就没有现在蓬勃发展的橡胶工业。 按炭黑在橡胶中的作用将炭黑分为硬质炭黑和软质炭黑。 硬质炭黑：粒径在40nm以下，补强性能高的炭黑，如超耐磨、中超耐磨、高耐磨炭黑等。 软质炭黑：粒径在40nm以上，补强性低的炭黑，如半补强炭黑、热裂法炭黑等。
橡胶用炭黑一般按照ASIM-1765-81标准来分类命名。命名系统由四部分组成。第一个英文字母代表硫化速度，N代表正常硫化速度，S代表缓慢硫化速度。后面跟着三个数字，第一个代表炭黑平均粒径范围，共分为0~9个等级。第二和第三个数字则是由美国材料试验协会负责炭黑和术语的D24.41委员会指定的，反映不同的结构程度，也就是炭黑大概的高低结构确定的，有一定的任意性。相对而言，数字越大，结构越高。 ASIM的炭黑分类命名。
炭黑的补强作用在于它的表面活性而能与橡胶相结合。橡胶能够很好地吸附在炭黑表面，润湿了炭黑。吸附是一种物理过程，即炭黑与橡胶分子之间的吸引力大于橡胶分子间的内聚力，即物理吸附。这种结合力比较弱，还不足以说明主要的补强作用。主要补强作用在于炭黑的不均匀性，有些活性很大的活化点，具有不配对的电子，能与橡胶起化学作用。橡胶吸附在炭黑的表面上而有若干个点与炭黑表面起化学的结合，这种作用称为化学吸附，化学吸附要比单纯的物理吸附大得多。这种化学吸附的特点是分子链比较容易在炭黑表面上移动，但不易和炭黑脱离。这样，橡胶与炭黑就构成了一种能够滑移的强固的键。这种键产生了第二个补强效应。第一个补强效应是当橡胶受到外力作用而变形时，分子链的滑移及大量的物理吸附作用能够吸收外力的冲击，对外力引起的摩擦或滞后形变起缓冲作用;第二个效应是使应力分布均匀。这两个效应的结果使橡胶强力增加。抵抗撕裂，同时又不会过于损坏橡胶的弹性(即分子链的运动)。这是炭黑补强作用的基本原理。
炭黑是橡胶工业不可缺少的原材料。炭黑约有94%用于橡胶制品，橡胶制品种类繁多，使用条件和性能要求各异，主要产品有胶管、橡胶减震制品、橡胶密封制品、胶辊、导电或防静电橡胶制品、硬质橡胶以及胶鞋等几大类产品，而每类橡胶制品又根据用途、使用条件而细化为若干品种。
炭黑在橡胶制品中作为重要补强剂，它可以改善轮胎的磨耗性能，提高了胶料的拉伸强度和撕裂强度等。在橡胶用炭黑中，75%左右的炭黑被制造成轮胎，其余的用来制作胶管、胶带等。
3、炭黑的补强作用机理
目前，关于炭黑的增强作用机理主要有分子链滑动理论 、结合胶理论、填料网络理论、炭黑表面结构理论以及范得华网络理论等。
(1)分子链滑动理论
分子链滑动理论认为，吸附在炭黑表面的橡胶分子链有一定的活动能力。当有应力作用时，橡胶分子链在炭黑粒子表面滑动，外力撤销后，胶料收缩，经过长时间恢复后，吸附和解析达到了新的动态平衡，胶料又恢复或接近于原始状态 。
(2)结合双层模型胶理论
该理论模型认为，吸附在炭黑外围的结合胶由里层玻璃化硬层和外层黏性硬层组成，在应力逐渐增大的情况下，由于黏性硬层发生取向，对模量增大的贡献很大，由于玻璃化硬层聚合物分子运动受到限制,对模量增大没有发挥作用。
(3)填料网络理论
随着炭黑配合量的增加，炭黑粒子之间可形成填料网络结构。对于形成填料网络而言，填料和填料之间、填料和聚合物之间的相互作用及聚集体间的距离是重要的影响因素。
(4)炭黑表面结构理论
该理论认为，活性填料的表面是凹凸不平，弹性体的增强受活性填料的表面结构粗糙度和尺寸范围影响。这种结构对于体积效应或者填料和聚集体的相互作用有着巨大的影响。
(5)范德华网络理论
该理论认为在橡胶变形时，在填料粒子之间的吸溜胶的形变远大于宏观形变，所以填料粒子聚集体可以产生内部滑移。橡胶的增强效果与吸留胶的厚度分布有关，使粒子分开的临界应力是粒子之间的范德华应力。
21世纪以来，由于科技的进步，橡胶的性能不断地被开发并应用，目前橡胶制品已存在于人们生活的方方面面，支持着人们的衣食住行。而橡胶的作用如此巨大，炭黑在其中也扮演了非常重要的角色，可以说是居功至伟。
二 、炭黑的着色作用
讲完了炭黑的补强，下面炭黑产业网小编接着带大家了解一下炭黑的另一大作用——着色。大家都知道炭黑是一种很常见的工业原材料，而且大家对炭黑也已经有了一定的了解，接下来炭黑产业网小编就不得不提出一个新的概念——色素炭黑。
色素炭黑指的是在涂料、油墨、塑料、化纤和皮革化工中作为着色剂使用的色素。
其主要功能是着色中国国家标准GB/T 7044—1993《色素炭黑技术条件》规定了色素炭黑的分类和品种名称及其代号。一般分为高、中、低色素三类。一般分为高、中、低色素三类。如按其黑度和制造方法则可分为：高色素槽黑(HCC)、高色素炉黑(HCF)、中色素槽黑(MCC)、中色素炉黑(MCF)、普通色素槽黑(RCC)、普通色素炉黑(RCF)和低色素炉黑(LCF)。色素炭黑 color black 在油墨、油漆、涂料等制品中作着色颜料用的炭黑。按着色强度(或黑度)和粒子大小一般分为高色素炭黑、中色素炭黑、普通色素炭黑和低色素炭黑四种。主要由接触法和油炉法生产。
色素炭黑一般都能较好的给塑料着色，可根据着色特性或物化性能选用色素炭黑，着色用炭黑的品种的选择基本上都是随成品须达到的黑度而定。用极细的色素炭黑可以完成黑度要求特别高的着色; PE垃圾袋，塑料袋，电缆材料之类产品只需中等水平黑度，可以用比表面积较低，结构较高的炭黑品种;塑料调色时，炭黑称量和配料时出现的微小误差，均会导致明显的色差，因此，宜采用粒径较大，着色力较差的低色素炭黑，这样炭黑用量可以稍大，称量误差相对小些，并有分散性较好、价格较低的优点。
对于灰色塑料，采用细粒色素炭黑往往呈现棕相灰色，而采用粗粒子色素炭黑可产生蓝相灰色。
与其它有机颜料相比，炭黑除分散较困难外，其他性能均较好。科学的炭黑配合量，可提供较好的抗静电或导电性。
炭黑基本上是无毒的，但较易飞扬和污染，故常以色母粒形式供塑料行业使用，在消除污染的同时也改善了炭黑在塑料中的分散。
选择炭黑的基本思路：
使用者在选择炭黑前首先要考虑的是：你想用炭黑来达到什么要求?着色、调色、抗紫外线还是起导电作用。最重要的是一定要和炭黑的专业技术工程师进行沟通，共同对物料体系进行技术评价，选择比较合适的炭黑品种。通常情况是：
着色用——选择黑度高、粒径小的炭黑，但一定要保证炭黑经过合理的、完全的分散，否则反而会背道而驰，达不到原来要求。
配色用——选择黑度低、粒径大、易分散的炭黑。
抗紫外线用——主要用在塑料和橡塑里，选择中等粒径、结构稍高些的炭黑，它们的抗紫外线性能最佳。
三 、炭黑的导电作用
炭黑产业网小编今天要介绍的炭黑最后一个功能是导电，没错，炭黑也是可以导电的，调皮的男生在小的时候都一定对家里的废旧电池很感兴趣，想必大家也都亲手拆过，其实里面也是有炭黑的，而且炭黑对电池的导电起到了至关重要的导电作用。
导电炭黑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)等特性。
导电炭黑是利用炭黑本身具有的导电性能，高结构性质，聚集体不规则且尺寸非常小纳米级，与其他物料混炼均匀容易等特点，可在绝缘体塑料，橡胶油墨，油漆中形成立体网状结构导电通路，使绝缘体产品在导电炭黑的作用下具有了导电功能，从而使得绝缘体材料具有防静电和导电能力。有效的增加产品的使用性能和范围，如用导电的塑料管材取代了以钢铁管道为通道的矿井通风管道，利用塑料的耐老化，可导出静电，操作容易等优点。导电碳黑具有粒径小，结构高，表面纯净，粗糙多空且空心状等特点，可有效在绝缘体中形成立体网状结构，有效提高导电性。导电(碳黑)炭黑应用于橡胶，塑料，涂料等行业，可起到良好的防静电作用，避免电荷积造成放电，影响生产安全。导电炭黑是所有的导电填料中效果好，成本低，不容易引起产品物理性能变坏的产品。
电解焦油制备导电炭黑：
导电炭黑特性
1、比表面积大
比表面积越大，碳黑粒子尺寸越小，单位体积内的颗粒就越多，越容易彼此接触形成网状通路，因此比表面积越大，导电性就越好。
2、分散性能良好
高结构和柔软的颗粒外观，易于加工分散，使材料的电性能/机械性能得以均衡，终制品外观光洁流畅。
3、表面化学特性
在碳黑生产过程中，碳黑表面常形成一些活性含氧基团，这些官能团的存在影响电子的迁移，会使导电性下降，可采用PH值来表征该项指标，表面官能团少的碳黑通常成弱碱性或中性。
4、导电性能优异
高结构炭黑，很低的添加量即可达到优异的导电性能，二次破碎后导电性也基本不受影响。
导电炭黑产品具有很大的灵活性，可根据不同的应用需要选择金属镀层、粒子核种类、粒子大小及粒子形状等以达到不同的导电及屏蔽要求。
高性能导电炭黑怎么选择？
导电碳黑是一种特种碳黑，它们必须具备这些基本特性，如比表面积大、捕捉电子的杂质少、结晶度比较好等。
导电碳黑的结构性是表示非常细的碳黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度，由凝聚体的尺寸、形态和每一凝集体中粒子数量所决定;组成聚集体的粒子越多，结构性越高;形成网状结构的几率越大，导电性越好：
由大量支化和交联原生粒子构成的凝集体组成碳黑称为“高结构”碳黑。结构性高表示链状或串成葡萄状的结构越发达，容易形成空间网络通道，而且不易破坏。
高结构碳黑颗粒细，网状链堆积紧密，比表面积大，单位质量颗粒多，有利于在聚合物中形成链式导电结构。
一般用吸油值(DBP)来表征碳黑的孔隙度，即结构性， 吸油值DBP越大，碳黑结构性越高，导电性越好。
导电炭黑主要应用 ：
1.防静电产品:导电发泡管，充电辊，静电消除器，防静电输送带，防静电胶板，防静电箱、中空板，防静电管，医用橡胶制品，地毯，复印机辊，印刷机辊， 电子组件包装薄膜，防爆电缆;还有抗静电台垫，抗静电鞋底等。
2.导电产品:电缆屏蔽料，面状发热体，导电薄膜，弹性电极，印刷电路，导电涂料，导电油墨、导电纤维，导电皮革制品及粘结剂。矿用运输带，矿用塑料管，矿用导风筒等。
为什么导电炭黑能够被广泛应用于电池中？
导电碳黑能够被广泛应用于电池中，原因有以下几个方面：
(1)导电碳黑有一个独特的分支形式，大量导电接触点。
(2)超导炭黑具有很高的导电性，少量的添加就能实现高导电性。
(3)使用量小，使其能够填充更多的活性物质，提高电池的容量。
(4)在充、放电过程中，电池电阻的大小不随着电池体积的不断变化而变化，这样增加了电池的稳定性。
导电炭黑的微观构造炭黑粒子具有微晶结构，在炭黑中，碳原子的排列方式类似于石墨，组成六角形平面，通常 3~5个这样的层面组成一个微晶，由于炭黑微晶的每个石墨层面中，碳原子的排列是有序的，而相邻层面间碳原子的排列又是无序的，所以又叫准石墨晶体。
以上就是对于炭黑三大功能介绍的全部内容了，关于炭黑的知识我们又了解了很多。希望小编的文章可以对大家有所帮助，如有问题可以评论，小编必知无不言，言无不尽!
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