通常，导电炭黑被用于各种聚合物中，以在涂料、塑料和橡胶中实现永久消散、抗静电或导电性能。炭黑不仅影响热传导和电导率，还影响清漆和油漆的着色和电磁性能，甚至影响橡胶和塑料的着色。吹塑和铸造薄膜，挤压型材，薄板，管道和注塑零件是常见的应用领域。
不同类型的炭黑具有不同的导电性能，可应用于许多领域。它们也是分批生产的，而且批次不同。因此，一个可靠的表征方法对于测量不同类型和不同批次炭黑的电导率非常重要。
测试设备app亚博体育
在连续进行的三个实验中，高密度聚乙烯，也被称为HDPE，首先在实验室的混合器中熔化，然后与三种不同类型的炭黑(CB)混合。制备了三种HDPE + CB样品Thermo Scientific™HAAKE™PolyLab™OS模块化扭矩流变仪配备了电热Thermo Scientific™HAAKE™Rheomix实验室混合器(600 OS版本)，带有滚子转子，气动滑块，和测量比较电导率的选项。设计用于测量电导率和温度的传感器(见图1)可以很容易地穿透样品，并从混合室中分离出来。该系统确定混合室和电导率传感器之间的电阻，输出值为西门子S = 1/Ω。如果西门子的电导率比较值较高，则最终混合物的电导率会更好。
.jpg)
图1．Rheomix实验室混合器(600 OS版本)的腔体，结合熔体温度和电导率传感器
测试条件
先将33g HDPE颗粒放入混合室，然后以100 rpm的转子速度混合5分钟，混合温度为150℃。在此期间，测定聚合物的电导率和混合器扭矩，并在流变图中显示(图1、2和3)。一旦聚合物熔化，通过提升气动活塞加入4克炭黑。然后通过降低滑枕关闭混合室，混合和测量再进行10分钟。
亚博网站下载材料和结果
采用三种不同类型的炭黑(CB1、CB2、CB3)和相同等级的HDPE，对三种不同的样品进行了分析。在CB1的情况下，批与批的差异是通过测试两个生产批次来检查的。
表1显示了不同批次和样品的混频器结果。所有测试的电导率(右y轴)和扭矩(左y轴)在所有流变图中以相同的y轴比例显示。
表1。HDPE + CB样品，它们的电阻和生产率。用范德波法获得电导率1．
| 样品没有。 |
样本CB型 |
比电阻
[Ω* m]1 |
导电性
(女士* m - 1)1年代 |
相对电导率
(女士) |
| 1 |
CB1-Batch1 |
max。8000 |
max。0.125 |
1890 @ 15分钟 |
| 2 |
CB1-Batch2 |
max。8000 |
max。0.125 |
620 @ 15分钟 |
| 3. |
CB1-Batch2-Rep |
max。8000 |
max。0.125 |
550 @ 15分钟 |
| 4 |
CB2 |
max。2000 |
max。0．5 |
12200 @ 15分钟 |
| 5 |
CB3 |
∞ |
0 |
240 @ 15分钟 |
用第2批第1型炭黑(即编号为2和3的样品)进行的试验重复了两次(见图1)，以证明试验方法的重复性。两种测试结果显示了相同的比较电导率基线(红色曲线)为230 mS，当HDPE完全熔化时，扭矩信号显示通常的加载峰值，并下降到13.4 Nm。
.jpg)
图1．样品2和3的混频器试验的重复性。
5分钟后加入炭黑。由于电导率传感器的位置在混合室，电导率的测量显示，加入炭黑立即增加。炭黑混合更彻底后，由于炭黑颗粒更好地分布在聚合物基体内，比较电导率再次下降。yabo214经过15分钟，输出值分别为620和550 mS。加入炭黑后，当它增强聚合物熔体时，获得了更高的扭矩信号(蓝色曲线)，但在混合时间结束时，在17 Nm处扭矩趋于平稳。结果表明，该方法具有良好的重复性。图2显示了1型炭黑的两批，即样品1和样品2之间的变化。
.jpg)
图2所示。两批1型炭黑(样品1和样品2)的方差。
比较电导率读数显示出了变化，而两个样品的扭矩(蓝色曲线)被发现在测试接近尾声时为17 Nm。混合15分钟后，第一批1型炭黑(样品1)的值为1890 mS(浅红色曲线)，而第2批1型炭黑(样品2)的值仅为620 mS(深红色线)。对所进行的各项试验进行了比较(见图3)，与表1中炭黑的电导率吻合较好。
.jpg)
图3．测试了四种炭黑的流变图。
混合器试验结束时，炭黑2型(粉色线)的比较电导率最高，为12,200 mS。混合15分钟后，炭黑3型(紫色线)的基线值为245 mS，不导电。在所有导电炭黑中观察到相似的扭矩曲线。而在聚合物熔体中加入炭黑后，非导电CB3的扭矩曲线略有不同。
结论
通过使用HAAKE PolyLab操作系统配备间歇式混合器，研究人员可以轻松、快速地获得比较电导率数据的重复性结果。本文演示了如何使用带有不同类型炭黑的HDPE样品来实现这一点。炭黑的不同类型和批次的变化可以可靠地跟踪。量化结果与范德波方法得到的值具有良好的相关性1为电导率(见表1)。此外，通过比较电导率测量，可以实现更精确的表征值，帮助材料科学家进一步改进他们的配方。此外，这种测试方法也适用于橡胶应用2．
参考资料及进一步阅读
一种测量任意形状圆盘比电阻率和霍尔效应的方法。- J. van der Pauw: Philips Res. Reports 13 (1)， 1958, p. 1-9。
- 炭黑在液态硅橡胶中的宏观和微观分散Ilisch Sybill;Radusch Hans-Joachim;斯坦伯格,h;塑料、橡胶及复合材料。-伦敦:IOM, Bd. 37.2008, 8, S. 367-375。
.jpg)
这些信息来源于赛默费雪科学材料与结构分析公司提供的材料。亚博网站下载
有关此来源的更多信息，请访问赛莫费雪科学材料与结构分析。亚博网站下载