考虑导电性能要求
目标电阻值确定:首先要明确 PVC 制品所需达到的导电性能指标,通常以表面电阻或体积电阻来衡量。例如,对于需要防静电的 PVC 制品,如电子设备外壳,其表面电阻一般要求控制在 10⁴ - 10⁹Ω 之间;而对于电磁屏蔽用途的 PVC 电缆料,可能要求体积电阻低至 10⁰ - 10³Ω・cm。通过测试不同添加量下 PVC 制品的电阻值,来寻找满足目标电阻值的最小炭黑添加量。
导电通路形成:高导电炭黑在 PVC 中形成导电通路是实现导电性能的关键。添加量过少时,炭黑颗粒间距较大,难以形成连续的导电通路,导电性能不佳。随着添加量的增加,炭黑颗粒逐渐靠近并连接,当达到一定量时,形成完整的导电网络,导电性能显著提升。例如,在一些实验中发现,当高导电炭黑添加量从 5% 增加到 10%(质量分数)时,PVC 制品的体积电阻可能会下降几个数量级。
兼顾 PVC 制品的机械性能
拉伸强度和韧性:高导电炭黑的添加会对 PVC 制品的机械性能产生影响。添加量过多可能会导致 PVC 制品的拉伸强度下降、韧性变差。一般通过拉伸试验和冲击试验来评估机械性能。例如,在 PVC 管材中,当高导电炭黑添加量超过 20%(质量分数)时,管材的拉伸强度可能会降低 10% - 20%,抗冲击性能也会明显减弱。因此,需要在保证导电性能的前提下,尽量减少炭黑添加量,以维持良好的机械性能。
硬度变化:炭黑的添加还会影响 PVC 制品的硬度。随着炭黑添加量的增加,PVC 制品的硬度通常会上升。对于一些需要特定硬度的 PVC 制品,如 PVC 注塑制品用于制作按键等,要根据硬度要求来调整炭黑添加量。可以使用邵氏硬度计来测量制品硬度,确定炭黑添加量对硬度的影响规律,找到满足硬度要求的合适添加量。
考虑加工性能和成本因素
加工性能:高导电炭黑的添加量会影响 PVC 的加工性能。添加量过高可能会使 PVC 熔体的流动性变差,导致加工困难。在注塑或挤出成型过程中,通过观察熔体流动速率来评估加工性能。例如,当炭黑添加量超过一定限度时,PVC 在注塑机中的充模能力下降,可能出现短射或表面缺陷等问题。因此,要根据具体的加工工艺和设备,确定不会影响加工性能的炭黑添加量范围。
成本因素:从经济角度考虑,高导电炭黑的成本相对较高。在满足 PVC 制品导电性能、机械性能和加工性能的基础上,要尽量降低炭黑的添加量以控制成本。例如,在大规模生产 PVC 管材时,每增加 1%(质量分数)的炭黑添加量,可能会使生产成本增加一定比例,通过成本效益分析,找到最佳的添加量平衡点。