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防静电地坪导电填料里碳系填料主要包括炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管四大类:
炭黑是由烃类化合物经热分解制得。由于制造工艺的不同,炭黑的结构形态会有很大区别,其导电性能也不同。一般来说,高形态结构的炭黑(如乙炔炭黑),其粒子链和网络能形成导电性配合体,则导电性很高;而低形态结构的炭黑,缺乏粒子链,导电性就较差。用于导电涂料和其它导电制品的炭黑常采导电槽黑、导电炉黑、超导电炉黑、特导电炉黑、乙炔炭黑。炭黑虽然导电性不高,但是能满足防静电的要求,具有优越的耐候性、耐化学品性,且成本低,来源丰富,如用量得当,对涂料的物理性能影响不大,故炭黑被广泛应用于防静电涂料中。炭黑做导电填料*大的缺点是本身为黑色、添加量大、制品只能做成灰色、黑色等几种简单的深色,很难调制其它明亮的颜色,因此多被用来做底漆。
石墨的层状结构决定了它的导电性,这是由于晶体中未参与杂化的p电子比较自由,相当于金属晶体中的自由电子。因此石墨也是可供选用的导电填料。实践中常将石墨和炭黑混合使用,或将导电率不同的炭黑混合使用,来满足不同的要求。将天然鳞片状石墨经插层、水洗、干燥、高温膨化后得到一种疏松多孔的蠕虫状物质,叫膨胀石墨,又称柔性石器,有着与粉状石墨不同的导电机理。膨胀石墨蠕虫是一种蠕虫状纳米管材,本身形成了很好的导电通路,将它做为导电填料,当其浓度达到蠕虫间能够互相咬合时,蠕虫便如同一个金属导线一般,从而具有了良好的导电性能。
碳纤维是一种纤维状碳材料,其纤维状结构使彼此的接触几率更大,相对于炭黑和石墨粉,添加少量碳纤维便可获得较高的导电率,是一种性能优良的导电填料,其相关研究也常见报道。由于碳纤维导电具有方向性,因此碳纤维在复合材料中的形态结构,分布状况决定了材料的性能,使得碳纤维复合材料的电阻率可以在较大范围内调节。
碳纳米管是一种永久性导电材料,具有离域大π键和大比表面积,静电荷很容易在其表面聚集和定向移动,且碳纳米管的直径为纳米尺寸,隧道效应显著,极有利于释放自身携带的静电荷。因而将碳纳米管用作聚合物的填料,可大幅度提高材料的导电性。而且由于碳纳米管的小尺寸效应,达到其他导电功能体同样的导静电性能要求,其添加量不到其他功能导电体含量的1/10。2002年,中科院“以碳纳米管为导电功能体的导静电涂层材料研究”项目被列人国家“863”计划,据悉,目前碳纳米管作为导电功能体的防静电涂料已接近实用化程度。魏新熙等[5报道了用网状结构的碳纳米管作导电填料制备军工用的抗静电涂料。这种碳纳米管具有一定的结构刚性,单根碳纳米管之间的距离可以控制在数微米到数十微米,克服了普通纳米材料容易团聚、分散困难的难题,使碳纳米管在基料中的分散变得容易,添加很少量的网状结构的碳纳米管就能达到导静电效果。但是,碳纳米管价格较高,多应用于高科技领域防静电,很难在防静电地坪涂料中推广应用。
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