注目的新材料之一[1, 2]。作为导电填料，VGCF比炭黑更具优点，如用量更少、性能更稳定、耐加工性更好等。在成本方面，日本昭和电工株式会社已经开始了年产40吨的计划[3]，国内的深圳、清华等也有了多壁碳纳米管的量产，因此VGCF类型的导电填料的降价已成为趋势。

　　本研究将主要以导电炭黑填料为填料，同时也考察插层石墨和VGCF对导电复合材料的影响，期待新工艺新材料能为我国的导电聚合物产业作出更大的贡献。

　　4.1 炭黑填充型导电聚合物

　　一般研究认为，炭黑导电可用导电能带、隧道效应来解释，在炭黑填充聚合物当中，电传导是沿着相接触的粒子或被分离成很小的间隙进行。复合材料中，随着炭黑填充量的增加，电阻值在临界体积分数处急剧降低。国内外探讨填充量依赖性的种种研究，大多是探讨导电粒子接触的几何学研究。该理论认为，炭黑填充量越大，处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也越大，粒子间的平均距离越小，相互接触的几率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。

　　（1）炭黑的基本特征与表征

　　炭黑是通过油或气的不完全燃烧制备的，原料的品质不同，燃烧的条件不同，可以获得性能迥异的各种炭黑品种，粒径分布在8～300 nm之间。各种炭黑颗粒彼此之间靠范德华力相互吸引，以聚集体的形式存在，或聚集成团，或聚集成链状，或聚集成葡萄状，要把这些聚集体完全分散一般比较困难，需要较大的设备和能耗，或者需要经过比较烦琐的表面处理。按照炭黑DBP值的不同，可以分为低结构和高结构。

　　在众多的炭黑品种之中，适宜于导电填充剂的只是其中一部分，它们必须具备一些基本特性，即粒径小，比表面积大且粗糙，结构度高，结晶度高，表面洁净(化合物少)等。

　　（2）高结构炭黑的结构和性能特征

　　高结构炭黑是具有较高DBP值的炭黑种类，一般大于170 ml/100g，有较高的枝化度，通常聚集成链状或葡萄状，如图三，这样在链与链不能完全接触，在其中形成较多的空隙，有较高的“空洞”体积，在与聚合物充分混合浸润之后，就能够有效地发挥炭黑的导电功能。

　　图三 高结构炭黑的聚集体状态

　　低结构炭黑则一般聚集成团状，与之相比，高结构炭黑具有与聚合物更灵活多样复合方式和更好的分散性，但需要较长的混合时间，半成品流动性能好，制品则具有较高的硬度和模量，但拉伸和撕裂强度偏低。

　　图四 炭黑结构度与材料临界导电阈值的关系

　　作为导电填料，高结构炭黑更具备有较高的表面石墨化和低填充量。较高的石墨化可以赋予制品更好的导电性能，而低的填充量可以使材料具有更好的成型加工性能。图四是对三种不同结构度的炭黑在PC和HDPE中的临界导电阈值的考察结果， 其中三种碳黑结构度顺序为E350G>E260G>E250G。实验表明，炭黑的结构度越高，其临界导电阈值就越低。

　　（3）炭黑填充聚合物导电材料的应用

　　a). 集成电路相关的领域的防静电、除静电需求。炭黑填充型导电塑料的电阻值可在

　　102-109 Ω间调节，完全可以满足该领域的使用，比如电子元器件在周转、保管、搬运过程中使用的周转箱、托盘、支架、封装等。

　　b). 医疗、煤矿、纺织等洁净、易爆环境导电塑料在这些场合用作电器设备的外壳或结构件。

　　c). 高压电缆、通讯电缆领域用的导电塑料作半导电层。这是为了缓和导体表面电位梯度，防止导体与半导体问的部分放电。这类材料的体积电阻为100-104Ωcm。

　　d). 面状发热体导电塑料还可以作为热源被利用。这是利用在导电塑料上施加电压，电流通过后电阻产生焦尔热量的原理，这类材料的体积电阻为100-104Ωcm。在国外，碳系填充型导电塑料已经形成为一个十分成熟的市场，较大的生产厂商有美国的卡伯特公司、原联碳公司，日本的东芝化学、东丽、东洋油墨制造等,都占有相当的市场份额。在碳系导电复合材料中用量较大的是中、高压电缆的半导电层屏蔽料材料，国内的市场需求约为数千吨，其中高压电缆用料基本依靠进口。国内碳系填充导电塑料业虽已形成产业化，但在品种与质量稳定性等方面与国外有较大差距。在集成电路相关的导电塑料方面的工业化生产基本空白，目前大部分需要进口。[4]