碳黑是什么呢？

碳黑是由 95% 以上的碳，以及少量的氧、硫、氮与灰分所组成，是一种如烟尘一般，质地极为轻盈且细小的黑色粉末，所以也被称为碳烟。碳黑原生粒子的粒径大小约落在 10-500nm 之间，是由一层层类似石磨的分子结构堆叠而成，若以电子显微镜观察可以发现碳黑并非是以单颗粒子存在，而是由一颗颗的碳黑原生粒子紧密连结成葡萄串状的凝聚物 (aggregate)，此为碳黑的一级结构 (primary structure)；而一级结构会因为范德华力 (Van der Waals force) 相互吸附成附聚物 (agglomerate)，最后经由造粒处理后，便是市面上可见的碳黑颗粒。

碳黑的制造方法

现今碳黑产业界中最主要的生产方法为油炉法碳黑，取用石油系重质油如塔底油、杂酚油做为原料，导入高温达 1800℃ 的反应炉，精准控制反应参数，产出具多元应用的碳黑以及高热尾气，尾气还可以进一步生产蒸汽与电力。

碳黑特性

碳黑测量方法

右方所列三个碳黑牌号分别是 N990、N762 及 N121，可以看到它们的粒径大小以及结构复杂度都有显著的差异。

由于碳黑并非是以单颗原生粒子单独存在，因此常以比表面积去表示碳黑的粒径大小。碳黑比表面积通常介于测定 10~3000m2/g 之间，量测方法有两种：

1.碘吸附表面积法 (Iodine adsorption method，吸碘值 I2#)

2.氮气吸附表面积法 (Nitrogen adsorption method，NSA 值)

一般来说，I2# 与 NSA 数值越大，表示碳黑有越大的比表面积，碳黑的粒径越小。

碳黑改性

碳黑规格与命名

由于碳黑的种类很多，为了区分，美国材料与试验协会规范了标准化碳黑命名方式。橡胶用碳黑一般按照 ASTM D1765 标准来分类命名，命名方式由四个部分所组成：

碳黑应用

依照碳黑功能与用途的不同，可大致分类为：轮胎及橡胶应用碳黑、色素碳黑、乙炔碳黑、半补强碳黑及导电碳黑：

轮胎及橡胶应用碳黑

碳黑的主要用途是作为橡胶的补强剂，碳黑可与橡胶分子链形成稳定的化学键，因而达到补强效果。通常比表面积越大、结构越高的碳黑，因为与橡胶有更多的接触面积，补强性会越好，这类的碳黑常用于轮胎胎面来增加其耐磨性。

对于橡胶制品，首重的是加工性能，通常使用中低比表面积、结构高的碳黑，使胶料容易加工并具有良好的挤出特性，同时维持一定程度的物理补强特性。全球约有七成的碳黑被用来制造轮胎，是碳黑的最大宗应用；约有二成的碳黑用于轮胎以外的工业橡胶制品，其中又有一半用于汽车零组件，因此约有八成的碳黑是消耗在汽车工业上，可见碳黑产业与轮胎产业、汽车产业的关系密不可分。

色素碳黑

碳黑的高黑度与良好着色力，使碳黑也可以应用在塑胶产业及油墨涂料产业。黑色母粒是碳黑于塑料应用中的重要项目，除了染色，碳黑还可以提供塑料制品其他特性如：抗老化性、紫外光抗性、增加机械强度……等。

在油墨涂料应用中，碳黑亦可作为色浆原料，对于不同的溶剂系统，碳黑需透过特殊改质处理以达到理想的分散性。

乙炔碳黑

乙炔碳黑纯度很高，含碳量大于99.5%，氢含量小于0.1%，氧含量0.07%～0.26%。pH值5～7。电阻率极低，具有良好的导电性、防静电效果、导热性、高纯度、分散性、加工性、补强性、不吸潮，重金属含量少，比表面积小，表面不吸水等特点。

主要用作干电池的填充料，也可用于各类导电橡胶、硅橡胶（含硫少，不影响硫化）、电缆屏蔽料（半导电EVA）、防静电材料、输送带、各类有关、导电涂料、粘合剂、PTC效应电缆、轮胎用胶囊、各类电池导电剂等。

半补强碳黑

半补强碳黑（semi-reinforcing purpose furnace black，SRF），是软质炭黑中的一个主要品种，分气炉法和油炉法两种，粒径为61～100 nm。

赋予胶料高伸长率、低生热、高弹性和良好的耐老化性能等。适用于NR和SR，对NBR和CR兼有补强与填充作用。多用于胎体缓冲胶、帘布胶用各种橡胶制品。

导电碳黑

导电碳黑是指具有低电阻性能或是高电阻性能的碳黑，可赋予制品导电或是抗静电的作用。碳黑的导电性能与碳黑的比表面积、结构复杂度以及表面化学性质密切相关，通常粒径小、结构复杂度高且表面洁净的碳黑，较容易形成导电网路，导电性会较好；反之则防静电能力较好。