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炭黑粒子是碳层面的统计组合体，一般来说呈同心石墨层状排列，不是高有序的微晶和低序的无定形物质，不同类型的炭黑只是有序性的程度不同。炭黑很少呈单个分开的球形粒子，通常是作为熔结在一起的基本粒子聚集体而存在，在剪切力的作用下，聚集体可以重新分散开，又可重新附聚。
炭黑的结构是炭黑在生产过程中由炭黑粒子聚熔而形成的。当炭黑粒子继续生长时，许多聚熔的粒子连接起来形成三度空间和链枝结构，这种结构称为一次结构或永久结构。其内聚强度很大，晶核之间形成牢固的化学键。而在聚集体之间，形成的主要是范德华力，直径可容易通过机械剪切力破坏，但是其过程也是可逆影响炭黑的颜色和分散性，炭黑粒度越小，反射光越黑，上色强度越高。
研磨时间对炭黑粒径的影响。称量炭黑20g，超分散剂5g，去离子水75g，按照炭黑高速分散液制备方法制备炭黑高速分散液，按照炭黑砂磨分散液方法制备炭黑砂磨分散液。实验结果显示，随着研磨时间的延长，炭黑粒径减小，纳米级粒径所占百分比明显增加，砂磨至40min时，百分之99.6的炭黑粒径小于20.9nm，但再延长时间，粒径明显增大。原因可能是随着颗粒尺寸进一步减少，颗粒比表面积砂磨产生的表面能急剧增大，颗粒表面的自由能剩余量累积到一定程度后，颗粒聚集，形成团聚体，从而使颗粒增大。（注：来源《材料导报》）
