ASTM1603-14炭黑含量测试
热重分析法测试炭黑研究和探讨
中广核拓普（湖北）新材料有限公司李义炭黑是一种非常优良的紫外光屏蔽剂，可以有效的抵挡紫外线对光缆护套的照射，显著提高护套抗紫外线老化性能，是聚乙烯护套料中最常用的添加剂。
由于炭黑在护套料中的重要作用，对于其在护套料含量要求国内外标准对其都有明确的规定：ASTM 标准要求炭黑含量为 2.0%~3.0%，而国标GB/T15065-2009 将炭黑含量的要求缩小为 2.35~2.85%，并规定了炭黑含量测试的两种方法，直接燃烧法和热重分析法（TGA），但在实际操作中，这两种方法的测试结果存在较大差异，一直饱受争议，本次我们以试验为例，对此差异大小和原因进行分析和探讨。
按 GB/T15065-2009 规定的炭黑测试条款 GB/T 2951.41-2008 标准要求，对国标中的两种炭黑测试方法：直接燃烧法和热重分析法。
选取两个不同样品进行测试对比。
试验设备：热重分析仪： TGA 55，美国 TA 公司；炭黑含量测试仪： HS-TH-3500 型，上海和晟仪器科技有限公司；电子分析天平：精度 0.1mg ，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。
测试条件：热重分析法：称取 5~10mg 样品，氮气纯度为 99. 99 % 、流量为 50ml/min的氮气条件下，从室温以 20℃/min 的升温速率加热至 850℃后，切换成相同流量的氧气，继续升温至 950℃，利用设备软件计算炭黑含量。
直接燃烧法：样品重量 A（1.0±0.1）g ，氮气纯度为 99. 5 % 以上、流量为200ml/min ，设定第一个 10min 从室温加热至 350℃，第二个 10min 从 350℃加热至 450℃，第三个10min 从 450℃加热至 600℃，并在 600℃保温 10 min 后，在氮气保护下迅速降温后，取出燃烧舟在干燥器中冷却 30min 称重B，最后将燃烧舟放入燃烧炉中，切换氧气，在（600±20)℃下将炭黑充分燃烧，取出燃烧舟在干燥器中冷却后称重 C炭黑含量=（B-C）/A*100%对比试验一：直接燃烧法和热重分析法之间得测试差异。
炭黑含量测试仪安全操作规程
DZ3500型碳黑含量测试仪操作规程1、将燃烧舟加热到灼热，然后在干燥器中冷却至少30min，称重精确到0.0001g，将（1.0±0.1）g重的被测试样放到燃烧舟中，再一起称重，精确到0.0001g，减去燃烧舟的重量即得到试样的重量（重量A），精确到0.0001g。
2、先用钩子勾住装有试样的燃烧舟，再把燃烧舟放到加热炉石英管的中部（目测）。
然后将一个带温度传感器和一根进气玻璃管的橡胶塞插在石英管的一端，使温度传感器的端头位于加热炉的中间位置。
含氮量小于0.5%的氮气按要求的流速通过石英管，并在以后的加热过程中保持这个流速。
在加热以前预先通氮气以排空石英管中的空气为准，200ml/min的氮气流速大概需要5min将空气排净。
燃烧管的另一端插带一根排气玻璃管的橡皮塞。
3、根据待测样所适用的国家标准对参数值进行设置（详见五参数设置），然后按“运行”键进行实验。
以GB/T2951.8-1997为例，参数值的设置为：设置---step1:max 为350℃、up为33℃/min、constant为00min（设常温为：20℃,350-20=330）---step2:max为450℃、 up为10℃/min、constant为00min--- step3:max为500℃、 up为5℃/min、constant为40min--- step4:max为550℃、 up为1-15℃/min、constant为40min---返回Step1/step2/step3均通氮气，step4通氧气。
氮气是保护气，防止碳黑在裂解过程中氧化或燃烧。
一般情况下氮气和氧气的流量控制在100ml/min,如果油脂类物质多可适当调节。
GB/T13021-1991的参数设置与GB/T2951.8-1997的设置相似。
4、Step3后从排气口取出燃烧舟，在干燥器中冷却20—30min并重新称重，测定残留物的重量（残留物重量B）精确到0.0001g。
炭黑行业常用标准
炭黑行业常用标准王定友中橡集团炭黑工业研究设计院643000 一、现行标准名录二、相关标准名录三、GB 3778-××××(2009报批)橡胶用炭黑1范围本标准规定了橡胶用炭黑的品种与系列、技术要求、试验方法、检验规则、采样、验收及包装、标识、贮存和运输要求。
本标准适用于橡胶用炭黑。
2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 528 硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能的测定GB/T 3780.1 炭黑第1部分：吸碘值试验方法GB/T 3780.2 炭黑第2部分：吸油值的测定GB/T 3780.4 炭黑第4部分：压缩试样吸油值的测定GB/T 3780.5 炭黑第5部分：比表面积的测定CTAB法GB/T 3780.6 炭黑第6部分：着色强度的测定（GB/T 3780.6-2007，ISO 5435：1994 Rubber compounding ingredients-Carbon black-Determination of tinting strength，MOD）GB/T 3780.7 炭黑第7部分：pH值的测定GB/T 3780.8 炭黑第8部分：加热减量的测定（GB/T 3780.8-2008，ISO 1126：2006（E）Rubber compounding ingredients-Carbon black-Determination of loss on heating，MOD）GB/T 3780.10 炭黑第10部分：灰分的测定(GB/T 3780.10-xxxx，ISO 1125：1999 Rubber compounding ingredients – Carbon black-Determination of ash，NEQ）GB/T 3780.12 炭黑第12部分：杂质的检查GB/T 3780.18 炭黑第18部分：在天然橡胶（NR）中的鉴定方法GB/T 3780.21 炭黑第21部分：橡胶配合剂筛余物的测定水冲洗法（GB/T 3780.21-2006，ISO 1437：1992 Rubber compounding ingredients-carbon black-determination of sieve residue，MOD）GB/T 8656 乳液和溶液聚合型苯乙烯—丁二烯橡胶（SBR）评价方法（GB/T 8656-1998, idt ISO 2322:1996）GB/T 8660 溶液聚合型丁二烯橡胶（BR）评价方法（GB/T 8660-2008，idt ISO 2476:1996）GB/T 9578 工业参比炭黑4号GB/T 9579 橡胶配合剂炭黑在丁苯橡胶中的鉴定方法(GB/T 9579-2006，ISO 3257：1992，Rubber compounding ingredients-Carbon black-Method of evaluation in styrene-butadiene rubbers，MOD）GB/T 10722 炭黑总表面积和外表面积的测定氮吸附法GB/T 14853.1橡胶用造粒炭黑倾注密度的测定（GB/T 14853.1-2002，eqv ISO 1306:1995）GB/T 14853.2 橡胶用造粒炭黑第2部分：细粉含量和粒子磨损量的测定3品种与系列3.1品种命名3.1.1橡胶用炭黑命名系统由四个字符组成。
标准参比炭黑的鉴定方法-最新国标
标准参比炭黑的鉴定方法警示——使用本文件的人员应熟悉常规实验室操作，本文件未涉及任何使用中的安全问题，使用者有责任建立恰当的安全和健康措施，并保证符合国家规定。
1 范围本文件描述了标准参比炭黑的鉴定方法。
本文件适用于标准参比炭黑。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 528 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定GB/T 3780.1 炭黑第1部分：吸碘值试验方法GB/T 3780.2 炭黑第2部分：吸油值的测定GB/T 3780.4 炭黑第4部分：压缩试样吸油值的测定GB/T 3780.5 炭黑第5部分：比表面积的测定CTAB法GB/T 3780.6 炭黑第6部分：着色强度的测定GB/T 3780.8 炭黑第8部分：加热减量的测定GB/T 3780.10 炭黑第10部分：灰分的测定GB/T 3780.15 炭黑第15部分：甲苯抽出物透光率的测定GB/T 3780.18 炭黑第18部分：在天然橡胶（NR）中的鉴定方法GB/T 3780.21 炭黑第21部分：橡胶配合剂筛余物的测定水冲洗法GB/T 6038 橡胶试验胶料配料、混炼和硫化设备及操作程序GB/T 9579 橡胶配合剂炭黑在丁苯橡胶中的鉴定方法GB/T 10722 炭黑总表面积和外表面积的测定氮吸附法GB/T 14853.1 橡胶用造粒炭黑倾注密度的测定GB/T 14853.2 橡胶用造粒炭黑第2部分：细粉含量和粒子磨损量的测定GB/T 14853.6 橡胶用造粒炭黑单个粒子破碎强度的测定3 术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。
4 生产、质量控制和质量保证4.1 生产厂应采用完善的生产工艺，以先进的技术和严格的质量管理，生产足够量的样品。
4.2 生产的样品量由历年标准样品的使用量来决定，期望的使用期限不少于8 年。
炭黑炭含量的测定标准
炭黑炭含量的测定标准
炭黑炭含量的测定标准国家标准为GB/T3142-1992《炭黑炭含量的测定》。
该标准规定：采用热分解-碘量法测定炭黑炭含量，采用热分解-滴定法测定炭黑炭含量，采用热分解-氯化物法测定炭黑炭含量，采用热分解-氧化物法测定炭黑炭含量。
热分解-碘量法测定炭黑炭含量：将样品置于金属管中，将金属管放入热分解炉中加热，热分解温度为900℃，然后将金属管中的样品中的碳源提取出来，并用碘测定炭黑炭含量。
热分解-滴定法测定炭黑炭含量：将样品置于金属管中，将金属管放入热分解炉中加热，热分解温度为900℃，然后将金属管中的样品中的碳源提取出来，并用滴定的方法测定炭黑炭含量。
热分解-氯化物法测定炭黑炭含量：将样品置于金属管中，将金属管放入热分解炉中加热，热分解温度为900℃，然后将金属管中的样品中的碳源提取出来，并用氯化物的方法测定炭黑炭含量。
热分解-氧化物法测定炭黑炭含量：将样品置于金属管中，将金属管放入热分解炉中加热，热分解温度为900℃，然后将金属管中的样品中的碳源提取出来，并用氧化物的方法测定炭黑炭含量。
炭黑行业常用标准
GB/T ****-2009 年报批
43. 沉淀水合二氧化硅 凝胶含量的测定
GB/T ****-2009 年报批
橡胶配合剂 沉淀水合二氧化硅在丁苯 44.
橡胶中的鉴定
HG/T 2404-2008
45. 散装炭黑采样标准方法
HG/T 2725-2007
硅铝炭黑 第 1 部分 筛余物的测定 水
46.
HG/T 2797.1-2007
MOD ASTM D 6854-03(E) NEQ ISO 4652-1:1994
MOD ISO 787-8:2000
3
二、相关标准名录
№
标准名称
标准号
硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测
1.
GB/T 528-1998
定
硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤形、
2.
GB/T 529-2008
直角形和新月形试样）
24. 橡胶用造粒炭黑粒子尺寸分布的测定 GB/T 14853.5-2002
橡胶用造粒炭黑单个粒子破碎强度的测
25. 定
GB/T 14853.6-2002
26. 炭黑试验方法精密度和偏差的确认
GB/T 15338-2008
橡胶配合剂 炭黑 在丁腈橡胶中的鉴定
27. 方法
GB/T 15339-2008
参照 ASTMD4122-88 MOD ISO 3262-20:2000 MOD ISO 5796:2000
ISO 5794-2:19820 IDT ASTM D1900-94 MOD ISO 1437:1992 MOD ASTM D1510-03
MOD ASTM D1512-1995 MOD ISO 1306:1995
炭黑补强
1．按制造方法分 （1）接触法炭黑：接触法炭黑，其中包括槽法炭黑、滚筒法炭黑和圆
盘法炭黑。
槽法炭黑转化率大约为5%。其特点是含氧量大（平均可达 3%），呈酸性，灰分较少（一般低于0.1%）。 （2）炉法炭黑： 炉法炭黑的特点是含氧量少（约1%），呈碱性，灰分较多 （一般为0.2%~0.6%），这可能是由于水冷时水中矿物质带来的。
传统橡胶补强：CB、白CB、有机树脂、 纤维、聚合物共混等 新兴补强：纳米技术
炭黑补强体系
1．炭黑的生产、分类与命名
2．炭黑的组成与结构
3．炭黑的物理和化学性质 4．炭黑对橡胶的补强作用 5．炭黑对橡胶工艺性能的影响 6．炭黑的补强机理
§１橡胶补强与填充的历史与发展
年发明了二氧化硅气相法白炭黑。
近年来无机填料的发展也很快，主要表现
在粒径微细化、表面活性化、结构形状多
样化三方面。从填料来源看对工业废料的
综合利用加工制造填料发展也较快。
§2 炭黑的生产、分类和命名 一．炭黑的定义
炭黑是由许多烃类物质（固态、液态或气 态）经不完全燃烧或裂解生成的。它主要由碳元
素组成，其微晶具有准石墨结构，且呈同心取向， 其粒子是近乎球形的粒子，而这些粒子大都熔结 成聚集体。
（3）热裂法炭黑：转化率30%~47%。炭黑粒子粗大，补
强性低，含氧量低（不到0.2%），含碳量达99%以上。
（4）新工艺炭黑：新工艺炭黑的聚集体较均匀，分布较窄， 着色强度比传统的高十几个单位，形态较开放，表面较光 滑。N375、N339、N352、N234、N299等均为新工艺炭 黑。
2．按作用分：
橡胶工业中填料的历史几乎和橡胶的历史一样长。
炭黑各项检验指标的使用意义
炭黑各项检验指标的使用意义------------------------------------------------------一、杂质（该单项指标不合格可判定为不合格品）炭黑的杂质，一般是通过不同规格的分样筛进行测定的。
将不能通过20 目（筛孔直径840um）的过大颗粒称为杂质。
炭黑中的颗粒状杂质有硬炭、铁屑、炉料碎屑以及包装运输过程中混入的异物等。
硬炭是在炭黑生成反应过程中由原料油液滴未经气化直接炭化形成的焦粒状物质。
正常的炭黑产品不允许有过大的颗粒杂质（筛孔直径〉840 um）存在。
二、吸碘值、 CTAB 吸附比表面积、氮吸附比表面积、STSA这四项指标是反映炭黑粒径大小和比表面积四种方法同时使用以便消除各种检测手段的方法误差。
它们均表明炭黑的粒子比表面积较小、直径较大。
比表面积是指单位质量或单位体积内炭黑粒子表面积的总和。
炭黑的比表面积分为外比表面积、内比表面积和总比表面积。
近年来，比表面积取代了粒径作为炭黑品种分类的主要依据。
比表面积的测定方法，常用的有：（1）、吸碘值法：单位以每克（或每千克）炭黑吸附碘的质量表示，该法是橡胶用炭黑常用的比表面积测定法。
可直接用吸碘值表示炭黑的比表面积。
（2）、CTAB 吸附比表面积测定：CTAB（十六烷基三甲基溴化胺），CTAB 表面积为为炭黑的外表面积或光滑表面积；外表面积相当于橡胶与炭黑的真实界面，CTAB 吸附比表面积测定炭黑外比表面积的主要方法。
（3）、STSA（统计层厚度法）：测定外比表面积。
（4）、氮吸附比表面积：意义: 炭黑的粒子大小及其分布是炭黑的重要基本性能之一。
粒径直接影响炭黑的其他性能和使用性能。
炭黑的粒子大小及其分布对其使用性能有较大的影响，在橡胶应用中，粒子越小，填充橡胶硫化胶的强度（拉伸强度、定伸应力、抗撕裂性能）越好，耐磨性能越高，反之上述性能降低。
但随着炭黑粒子直径增加弹性好、生热低。
所以，根据橡胶工业的不同使用要求，选用不同品种的炭黑。
卡博特碳黑最新指标
项目Item单位Unit 测试方法Testing methodN115N220N234N326N330N339N375N550N660N774SP5000吸碘值I2No g/kgASTMD1510160+/-6121+/-5120+/-582+/-582+/-590+/-590+/-543+/-436+/-432+/-527+/-4吸油值DBP ml/100g ASTMD2414113+/-5114+/-5125+/-572+/-5102+/-5120+/-5114+/-5121+/-590+/-575+/-5120+/-6压缩样吸油值CDBP ml/100g ASTMD349397+/-598+/-5101+/-569+/-588+/-599+/-596+/-583+/-573+/-565+/-580+/-4着色强度Tint %ITRB ASTMD3265123+/-5116+/-5124+/-5111+/-5104+/-5112+/-5113+/-559+/-560+/-660+/-545+/-4氮吸附比表面积N2SA m2/g ASTMD6556137+/-5114+/5119+/-578+/-578+/-591+/-593+/-540+/-435+/-4外表面积STSA m2/g ASTMD6556124+/-5104+/-5112+/-576+/-574+/-587+/-588+/-539+/-535+/-532+/-528+/-4细粉含量Fine %ASTMD15081010101010101010101010加热减量'Heat Loss %ASTMD1509 3.0 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 1.5 1.5 1.5 1.535目筛余物35 mesh Sieve Residue ppm ASTMD15141010101010101010101010120目筛余物120 mesh Sieve Residue ppm ASTMD15143030325目筛余物325 mesh Sieve Residue ppm ASTMD1514500500500500500500500500500500100灰分Ash%ASTMD1506 1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0堆积密度Pour Density kg/m3ASTMD1513345+/-40355+/-40320+/-40455+/-40380+/-40345+/-40345+/-40360+/-40440+/-40490+/-40385+/-40300%定伸应力 300%ModulusMpaASTMD412-3.1+/-1.0-2.0+/-1.0-0.1+/-1.0-3.6+/-1.0-0.6+/-1.0+0.9+/-1.00.4+/-1.0-0.6+/-1.0-2.3+/-1.0-3.8+/-1.0Type 形式Weight 重量(Kg)Bulk 槽车5000IBC 太空包1000Paper bag 纸袋25 ，20Rubber Black Specifications of Cabot 上海卡博特橡胶用炭黑指标1.Technical Specification 技术指标2.Packing type 包装方式备注Note:1:300%定伸是根据ASTM D-3192天然胶在145度下硫化30分钟，然后测量其与IRB#7的相对值。
《注塑级聚丙烯(PP)树脂》国家标准
热重分析法（TGA）测定聚烯烃产品中炭黑含量（征求意见稿）编制说明《热重分析法（TGA）测定聚烯烃产品中炭黑含量》地方标准修订工作组福建省产品质量检验研究院2015年6月DB35/T ××××－××××热重分析法（TGA）测定聚烯烃产品中炭黑含量（征求意见稿1）编制说明1任务来源根据2015年第一批福建省地方标准拟制修订计划，《热重分析法（TGA）测定聚烯烃产品中炭黑含量》标准制定项目，由福建省产品质量检验研究院负责起草工作。
本标准制定工作计划时间为2015年。
本标准由福建省产品质量检验研究院提出，福建省塑料及其制品标准化技术委员会归口(SAFJ/TC7)。
2国内外有关标准情况调研工作组对国内外聚烯烃炭黑含量测试的标准和方法进行了调研。
具体情况如下：（/index.aspx?T oken=%24T oken%24&First=First）by炭黑1）ISO 6964-1986《聚烯烃管和配件用焙烧和热解测定炭黑含量试验方法和基本规范》；2）ASTM D 1603-06《聚烯烃塑料中炭黑含量的测试方法》；3）BS 2782-4 Method 452B 1993《塑料测试方法化学特性聚烯烃化合物中炭黑含量测定》4）GB/T13021-1991 《聚乙烯管材和管件炭黑含量的测定热失重法》以上4个标准测试炭黑含量时均采用管式热解法，即：将已称量的样品置于石英样品舟中，在氮气气氛下，管式电炉加热至550℃热解样品，聚合物热裂解完全后，将剩余试样中在氮气气氛中冷却，然后将此样品进行称量然后再将试样转移到900℃的马弗炉中，在空气中煅烧直至炭黑被氧化完全。
我们在日常检测中发现，此方法存在以下缺点：1、试验步骤繁琐、试验周期长；2、误差来源多，试验结果重现性较低；3、测试过程不够直观，无法在线观察产品热分解的特性，无法全面评定材料的热分解行为和炭黑含量；4、试验气体使用量大，试验废气大，马弗炉等加热设备能耗大。