导电塑料化合物有多种用途，包括电线和电缆的导体和绝缘屏蔽、抗静电、静电消散（ESD）、电磁干扰（EMI）屏蔽和金属更换。塑料是典型的电绝缘体。通常使用导电添加剂来调整塑料的导电性以适应特定应用。与碳纳米管、碳纤维、石墨烯和金属薄片或金属丝相比，炭黑在制造导电化合物方面是最具成本效益的添加剂。这是由于炭黑的高度工程化工艺技术和易分散性。

本篇博客讨论了炭黑的关键特性，以及它们与导电性能的关系，特别是与电线电缆应用相关的特性。

1. 炭黑的导电性

在导电塑料应用中，炭黑主要用于提高加塑料材料的导电性或消散电流以防止静电放电。这些塑料的导电性是由炭黑的类型和负载以及成品零件的合成和制造过程决定的。塑料树脂类型和添加剂也会影响电导率，但在此讨论中，我们将重点关注炭黑。炭黑由初级纳米粒子聚合而成，具有三维链状结构。炭黑的测量特性，例如，比表面积、结构、孔隙率和表面活性，都会对塑料材料的导电性能产生影响，如表1所示。导电炭黑往往具有较高的比表面积，较高的结构，较高的孔隙率，但表面活性较低，即，化学洁净度较高。此外，炭黑的负载量和分散性也会影响导电性（表2）。

表1、炭黑的基本特性和导电性

比表面积（初始粒径）

· 高比表面积（较小的初始粒径）炭黑为电子转移提供了更大的比表面积。

结构（总尺寸）

· 总尺寸较高，会在较低负载下形成导电路径。

孔隙率

· 具有高孔隙率的炭黑每单位重量包含更多的聚集体。

表面活性

· 较低的表面活性（化学洁净度较高）显示出较高的内在导电性，有助于形成导电路径。

表2、炭黑负载和分散对电导率的影响

炭黑负载

· 较高的炭黑负载会形成导电路径。

分散

· 分散较好的炭黑减少了炭黑之间的距离，并导致导电路径的形成。

2. 电线电缆的应用

电线电缆行业消耗的导电炭黑量最大，其中大部分用于中高压电缆的导体和绝缘屏蔽。图1显示了电力电缆

典型结构。导体屏蔽层可与金属导体结合，以向绝缘层提供平滑的界面和均匀分布的电场。绝缘屏蔽层保

绝缘层免受电晕损坏，并提供安全保护。炭黑的导体和绝缘屏蔽对电缆的长期使用寿命起着至关重要的

用。

根据具体应用和炭黑类型，炭黑负载量可能在约22%到约44%（按重量计）之间变化。虽然不需要导电，但炭黑也用于电缆护套中以加强紫外线防护。

3. 电线电缆应用中炭黑的要求

炭黑是导体和绝缘屏蔽中的一种基本成分，用于提供所需的导电性能。选择炭黑时，我们要查看所需的炭黑负载量。然后决定是使用在较低负载下提供更高电导率的炭黑还是在较高负载下使用具有较低电导率的炭黑。然而，炭黑的选择不仅取决于所需的电导率规格，还取决于其他要求，包括分散性、流变性、机械性能和表面光滑度。

如前所述，炭黑化合物的电导率不仅取决于炭黑的类型和负载，还取决于包括合成和最终电缆挤压在内的其他工艺条件，只有充分了解所有这些方面，才能确保优化导电性能。

3.1. 分散性

随着比表面积的减小、孔隙率的降低和结构的增加，炭黑表现出更高的分散性。如表1中的用途及性能关系所示，除结构外，在易于分散和提供高水平电导率之间存在明显的权衡。

因此，当需要高导电性炭黑时，在分散性和导电性之间找到平衡是很重要的。具有不同分散程度的炭黑如图3所示。

我们可以看几个场景：

场景1：

高比表面积和中等结构炭黑：须具有足够的分散能量以允许单个聚集体完全解聚，进而提供最佳的导电性能和其他次要属性。

场景2：

低比表面积和高结构：在这种性能平衡下，炭黑具有高度的分散性，并且会产生导电性能，但与场景1中描述的炭黑相比，其负载量略高。这意味着，即使色散能量较低，也足以为期望的导电性能提供良好的色散。值得一提的是，与此类炭黑的过度混合或过多的能量输入会导致骨料的分解（更高的结构=更脆弱的骨料），从而产生低于预期性能的性能。