炭黑填充在高聚物中又是怎樣實現導電功能的呢?弄清楚這一點就可以為我們在制造導電材料時進一步掌握理論根據，從而在成型工藝上設法考慮對不同導電要求，采取相應措施來得到所要求的導電材料。一般炭黑在聚合物中的導電機理有兩種說法，即鏈鎖式導電通路和隧道效應，但這兩者的最終結論都支持導電性的好壞決定于炭黑的種類及用量這一說法。

鏈鎖式導電通路

鏈鎖式導電通路的機理認為，炭黑粒子必須在幾A(1A=0.1nm)以內的距離靠近(如圖11-5所示)，這樣就可產生電壓差，使炭黑粒子的∏電子依靠鏈鎖傳遞移動通過電流。聚合物中炭黑粒子的分散狀態如圖11-6所示，從這個等價回路模型可以理解形成鏈鎖必須有一定的炭黑用量，才能出現強的導電現象，因而支配高分子材料導電性的最主要原因是炭黑的用量。這是最經典的一種解釋。

隧道效應

鏈鎖式導電通路是建立在炭黑必須形成鏈鎖的前提下提出來的。但是，最近用電子顯微鏡觀察拉伸狀態的橡膠不存在炭黑鏈鎖，卻仍有導電現象，這就是隧道效應。其主要論點認為，導電性是由炭黑粒子的隧道決定的。同時并有試驗證明，隨著炭黑粒子間距的增大，體積電阻亦隨之升高。

還有電場放射導電機理，是因為在研究炭黑填充的高分子材料的電壓，電流特性時，發現其結果不符合歐姆定律，認為其所以如此，是由于炭黑粒子間產生高的電場強度而發生電流導致電場放射。綜上所述，無論從哪種導電機理來理解，都認為炭黑的種類和配合量是支配材料最終所表現的導電性的主要因素。

炭黑填充材料的導電化。

炭黑填充高分子材料的導電化，主要是由炭黑的品種、用量、復合技術決定的。前面講了炭黑的品種，本節著重說明炭黑用量及復合技術與材料導電化的關系。

①炭黑用量

從導電機理可以看到，在保證 性能符合要求時，為了提高導電性就應增加炭黑用量。但這種用量與導電性的關系并非呈線性，而是按指數規律變化，這種規律可用下列表示

R=exp(a/W)p

式中R-材料的體積電阻;W-炭黑的質量分數

a，p-由炭黑的橡膠種類決定的常數

圖11-7和圖11-8就是不同質量分數的乙炔炭黑分別添加氯丁橡膠和天然橡膠后其體積電阻的變化

雖然圖11-7和圖11-8中給出了最佳導電性所對應的炭黑質量分數，但在實際過程中炭黑用量的多少還應考慮對其他性能包括工藝性能的影響。表11-3~表11-5分別表示乙炔和炭黑的用量對導電特性和物理機械性能的影響。

②復合技術

如果把炭黑的結構，用量看作是實現材料導電化的主要因素，那么復合技術就是實現材料導電化的客觀條件。這兩者的關系就如同雞蛋一定要在適當的溫度下才能孵出小雞一樣。

復合技術主要有以下幾個方面。

炭黑的表面處理為提高炭黑的分散性和與樹脂的親和力，需要采用適當的助劑進行表面處理。

混煉

當選用的高聚物與炭黑及其用量確定以后，材料的導電性能就決定于炭黑的分散狀態及鏈鎖的形成情況。在進行混煉時往往最容易破壞的結構而影響導電性。這就需要選擇適當的加工設備和手段。

混煉的目的，除了為保證后續加工的順利進行外，從導電性來看還應保證炭黑在聚合物中得到充分的分散。一般的混煉都是密煉機進行，而為達到充分分散目的，往往容易隨意延長混煉時間和轉速。因此，應認識到混煉時間與分散程度對導電性的影響，得到一個最佳混煉時間，以保證良好的分散性，從而也就得到了好的導電性。

圖11-9表示丁苯橡膠中加入導電炭黑后，其混煉時間與分散性及導電性的關系。

然而對于可塑性差的材料，短時間的混合難以達到均勻分散的程度，則可采取先將炭黑在溶液狀態下進行混合(濕法)，這樣可以減少因混煉帶來的炭黑結構破壞的現象，使導電性顯著增加。圖11-10表示了不同的混合方法使導電性的變化有顯著差別。

熟化

經混煉后的半成品一般并不立即成型制品，而是要經過一定的時間存放或高溫處理后才能成型，這種混煉后的處理過程稱為熟化。圖11-11表示不同的熟化條件對導電性的影響有顯著不同。即經過熟化以后體積電阻上升，而且這種上升是隨著時間的延長而不斷增加，溫度的影響則并不太大。

成型時間成型時間不僅是決定導電高分子材料的物理性能的重要工藝因素，而且也是決定其導電性能的因素。圖11-12表示填加乙炔炭黑的氯丁橡膠隨著硫化時間的延長導電性增加的試驗結果。這一點可以這樣來理解，當在一定的高溫條件下，炭黑受高溫作用，其不純物和水分不斷除去，結構也相對逐漸發達，隨著時間的延長效果越好，最終使導電性能變好。當時間延長到一定值時，這種效應就減弱以致沒有變化導電性基本不變。

成型溫度

在高分子材料成型工藝中，成型溫度往往與成形時間一起綜合考慮。一般升高溫度就相應縮短時間，而降低溫度則應延長時間。那么當時間一定時，隨著溫度分升高，導電性自然就會變好，其理由與時間延長的解釋是一致的。圖11-13表示成形溫度與導電性的關系。