导电炭黑在高分子材料中的机理

导电高分子复合材料的导电机制非常复杂，在导电通路形成理论中，人们从导电渗透过滤器现象开始研究。很多实验结果表明，复合体系中导电炭黑的含量增加到某个临界含量时，体系的电阻率会急剧下降。为了解释这种现象，人们提出了各种理论。其中比较成功的理论有Miyasaka热力学理论，认为高分子树脂基质与导电性碳黑的界面效应作用于导电电路的产生。在复合物的制造过程中，导电性碳黑粒子的自由表面成为湿润的界面，体系产生界面能过剩，由于填料的增加，界面能过剩增大。当体系界面达到与聚合物种类无关的泛在常数后，粒子开始产生导电网络，显示电阻率急剧下降。另外，Kirkpatrick等人提出的统计渗透过滤器模型将导电填料视为点的排列上的随机分布，Guland据此提出了“平均接触数”m的概念，m在1.35-1.5之间电导率发生了突变。Wessling等人提出了“动态界面模型”，并指出粒子移动的驱动力来自系统的界面自由能，导电路径实际上为“冻结的耗散结构”。Gubbels等人利用系统的能量较小化倾向和动力学特性，成功地控制了PE/PS界面上的导电炭黑的粒子，形成了更好的导电通路结构。

也就是说，导电复合材料远离平衡状态，导电炭黑各粒子之间有非线性耦合作用，因此考虑到系统的复杂性和整体性，必须将非平衡热力学、非线性动力学和分形结构理论有机地结合起来。