炭黑作为一种重要的工业原料，在橡胶制品中的应用尤为广泛。它不仅能够增强橡胶的强度、硬度、耐磨性和耐候性等性能，还能显著改善橡胶的加工性能和成本效益。此外，炭黑在调节橡胶制品的电导率方面发挥着至关重要的作用。本文将详细探讨炭黑在橡胶制品中的应用，特别是其在调节电导率方面的功能和效果。
一、炭黑的基本特性
炭黑是一种细黑色颗粒物，主要由碳元素组成，是一种含碳的颜料。它具有高比表面积、高吸附性、高电导率、高强度和高耐磨性等特点。炭黑的比表面积一般在50-2000m²/g之间，这使得它在橡胶中能够形成许多导电通道。炭黑的吸附性能主要表现为对气体、液体和颜料等的吸附作用，而电导率则表现为对电流的导电性能。
炭黑的种类多样，包括乙炔炭黑、SCF炭黑等。不同种类的炭黑在导电性上有所差异。例如，气相法制备的炭黑颗粒较小，比表面积较大，吸附性能和电导率均较好，但其制备成本较高。天然炭黑的颜色较浅，比表面积较小，吸附性能较差，但其电导率和耐磨性能良好。
二、炭黑在橡胶制品中的作用
炭黑在橡胶制品中主要作为增强剂使用，能够显著提高橡胶的硬度、耐磨性和抗拉强度等性能。通过添加炭黑，橡胶制品的寿命得以延长，机械性能得到增强。此外，炭黑还能改善橡胶的加工性能，降低生产成本。
在橡胶制品中，炭黑的使用量占总配方的5%-10%左右。作为一种黑色颜料，炭黑还可以用于橡胶制品的着色，使其具有更好的美观性和市场竞争力。同时，炭黑作为一种抗氧化剂，可以延长橡胶制品的使用寿命，提高其耐候性能。
三、炭黑对橡胶制品电导率的调节
炭黑不仅能够增强橡胶制品的机械性能，还能显著调节其电导率。电导率是指物质对电的导通能力，常用电阻率来表示。在橡胶制品中，炭黑的含量和种类对电导率有着重要影响。
炭黑含量对电导率的影响
随着炭黑用量的增加，橡胶绝缘体的电阻率逐渐减小，电导率相应提高。这是因为炭黑具有很高的比表面积和多孔性，能够在橡胶中形成许多导电通道。当外加电压时，电荷会沿着这些通道移动，从而使整个橡胶制品呈现出导电的特性。
例如，在丁腈橡胶与胎面再生胶以8:2的比例并用时，加入适当乙炔炭黑填充，生产出来的橡胶制品具有较好的机械性能和较低的体积电阻率，适用于对机械性能要求较高的导电橡胶制品材料。当胎面再生胶用量增加时，可制备物理机械性能较低的导电橡胶制品。
在EPDM中，当炭黑用量不变时，SCF炭黑具有最高的导电性，而乙炔炭黑的导电性最小。电导率在1000Ω·cm以下时，SCF炭黑的用量至少为20份，而乙炔炭黑的用量最少为60份，其余炭黑的用量约为40份左右。
炭黑种类对电导率的影响
不同种类的炭黑在导电性上存在差异。例如，气相法制备的炭黑由于其颗粒较小、比表面积较大，因此具有更好的导电性能。而天然炭黑虽然颜色较浅、比表面积较小，但其电导率和耐磨性能依然良好。
在NR(天然橡胶)中，随着乙炔炭黑含量的增加，胶料的电阻率逐渐下降，电导率相应提高。这表明乙炔炭黑在调节橡胶制品电导率方面具有显著效果。
炭黑包覆处理对电导率的影响
炭黑经过多巴胺包覆后制备的导电硅橡胶的电导率与导电粒子的质量分数密切相关。随着导电粒子质量分数的增加，电导率呈现三个阶段的变化：
第一阶段：电导率很低，导电粒子在硅橡胶中距离较远，电子在电场作用下发生跃迁，使得导电硅橡胶具有较小的导电性。
第二阶段：当导电粒子的质量分数增加时，电导率急剧升高，导电硅橡胶内部逐渐形成导电网络，使其由绝缘体转变为导体。
第三阶段：随着导电粒子质量分数的继续增加，电导率的增长变得平缓，因为此时导电硅橡胶中已经形成了完整的导电网络，即使继续增加导电粒子的含量，电导率也不会有大幅度的增加。
四、炭黑在特定橡胶制品中的应用
炭黑在调节橡胶制品电导率方面的应用非常广泛，特别是在一些需要导电性能的橡胶制品中。例如，电缆绝缘材料中需要具有一定的导电性，以便使静电得到放电，从而避免火灾等安全事故。通过在橡胶制品中加入适量的炭黑，可以达到这一目的。
此外，导电橡胶制品还广泛应用于防静电地板等领域。在这些应用中，炭黑不仅能够提供所需的导电性能，还能保持橡胶制品的机械性能和耐磨性。
五、结论
炭黑作为一种重要的工业原料，在橡胶制品中的应用非常广泛。它不仅能够增强橡胶的强度、硬度、耐磨性和耐候性等性能，还能显著改善橡胶的加工性能和成本效益。更重要的是，炭黑在调节橡胶制品电导率方面发挥着至关重要的作用。通过调整炭黑的含量和种类，可以精确控制橡胶制品的电导率，满足各种特定应用的需求。
随着橡胶工业的不断发展，炭黑的应用前景也越来越广阔。未来，炭黑在橡胶制品中的研究和应用将更加深入，为橡胶工业的发展注入新的活力。
