聚乙烯中炭黑含量不同测试方法的探讨
炭黑对过氧化物交联聚乙烯性能影响的研究
１ 引 言
２．２ 主要 设 备
随着 我 国城市 建 设 的 不 断 发展 ，各 类 架 空 线 路
万能试 验机 （ＥＭＴ２２５３），深圳 市 新 三 思计 量 技
摘要 ：以低 密度 聚 乙烯为基料 ，炭 黑、过氧化二 异 丙苯 和抗氧 剂为助 剂 ，制备 出了不 同炭 黑含量 的过氧 化物 交联 聚 乙烯 （ＸＬＰＥ）绝缘材料 ，并对该材料 的 力学性 能、热 老化性 能、耐候性 能、绝缘性 能等 多项性 能进行 了分析和 测试 ，评 价 了炭 黑对 ＸＬＰＥ绝缘材料综合性能的影响 。研究结果表明 ，随着炭 黑含量 的增加 （０～２．５％），ＸＬＰＥ力学性能 变化不 大，耐候 性能迅速 增 强 ，介 电击 穿强度和体积 电阻率逐渐下 降，介 电常数和介 电损耗 不断增 大。 当炭黑含量 为 １．８％时，绝缘性 能和耐候 性能 达到 最佳平衡。研 究还发 现 ，炭黑和某 些含 硫 酚类抗氧 剂复 配使 用时 ，对过氧 化物 交联 聚 乙烯 的耐 高温 热老化 性 能有 明显促 进 作 用 。
也 铺设迅 速 。 由于架 空 电缆 处 于户 外 ，其 绝 缘 层 长 术 有 限公 司 ；双螺 杆 挤 出机 （ＳＫ２６），南 京 科 亚 化 工
期 处 于阳光暴 晒和 雨水 冲刷 的恶 劣 环境 之 下 ，受 到 设 备 有 限公 司 ；电压 击 穿 试 验 仪 （ＨＪＣ－５０ｋＶ），吉 林
测 试 ，试 片厚 度 为 １．０＿０．１ｍｍ。
空气 热 老 化 ：按 ＧＢ／Ｔ ２９５１．２标 准操 作 ，老化 时
GB T 13663-2000 给水用聚乙烯(PE)管材
ICS 83.140.30G 33中华人民共和国国家标准GB/T 13663—2000neq ISO 4427:1996给水用聚乙烯（PE）管材Polyethylene pipes for water supply2000-11-21发布2001-05-01实施国家质量技术监督局发布前言本标准非等效采用国际标准ISO 4427：1996《供水用聚乙烯管材规范》。
本标准与ISO 4427：1996的主要差异为：1.本标准仅包含PE63、PE80、PE100材料制造的管材，不包括由PE32、PE40材料制造的管材；2.本标准增加了定义一章；3.对管材的性能要求，增加了“断裂伸长率”项目；4.增加了“检验规则”一章；本标准与GB/T 13663-1992《给水用高密度聚乙烯（PE）管材》未采用国际标准制定。
自本标准实施之日起，同时代替GB/T 13663-1992。
本标准的附录A为提示的附录。
本标准由国家轻工业局提出。
本标准由全国塑料制品标准化技术委员会归口。
本标准起草单位：山东胜利股份有限公司塑胶事业部；参加起草单位：齐鲁石油化工股份有限公司树脂研究所、北京雪花电器集团公司北京市塑料制品厂、北京市市政工程设计研究总院本标准主要起草人：孙逊谢建玲冯新书李养利刘雨生给水用聚乙烯（PE ）管材 Polyethylene pipes for water supply1 范围本标准规定了用聚乙烯树脂为主要原料的材料，经挤出成型的给水用聚乙烯管材（以下简称“管材”）的产品规格、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存。
本标准还规定了原料的基本性能要求，包括分类体系。
本标准适用于用PE 63、PE80和PE100材料（见4.1）制造的给水用管材。
管材的公称压力为0.32MPa ～1.6MPa,公称外径为16mm ～1 000 mm 。
本标准规定的管材适用于温度不超过40℃,一般用途的压力输水，以及饮用水的输送。
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。
3PE防腐材料中炭黑分布的测试方法
防腐安装公 司及多数业主在衡量钢质管道优劣 时， 认为管 道表面 平整 、 亮 、 光 乌黑 就是好 ３ Ｅ材 Ｐ
料 。通 过 上述分 析 证 明 ， 种看 法 显然 不够 全面 。 这
维普资讯
孙
祥 ：Ｐ 防腐 材料 中炭 黑 分布 的测试 方法 ３Ｅ ｄ 强 力 文件 夹 ； ．
维普资讯
２０ ０ ６年 ９月第 １ ４卷第 ３期
防腐保温技 术
３ ９
３ Ｅ防腐 材 料 中炭 黑分 布 的测 试 方 法 Ｐ
孙 祥
（ 北京盛 中塑业有 限公司 ， 北京市 大兴区青云店镇开发 区 １ ８号 １２ ０ ） ０６ ５
摘要 对影响 ３ Ｅ防腐材料性能的主要 因素如聚 乙烯、 Ｐ 炭黑材料 的质量提 出了要 求， 绍 了炭 介 黑分散度 的测 试方 法及 评 定标 准 。
寿命 ，Ｐ ３ Ｅ防腐材料就必须具备 以下性能。
ａ 出色 的 耐光 性及 机械 强 度 ； ．
ｂ 优 良的耐环境应力开裂性 ； ．
Ｃ 优 秀的 电性 能 。 ．
目前被广泛应用于管道防腐工程中。尤其是城市燃 气管道 网， 处于人 口密集区 ， 管道的安全可靠性能非
常重要。为确保总体质 量 ， 选择 ３ Ｅ防腐 材料 ， Ｐ 更
０ Ｅ ａ ｄ ｃ ｒ ｏ ｌｃ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ．Ｔ ｅ ｔｓ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｅ ａｕ ｔ ｎ ｓ ｎ ａ ｄ ｆ ａ ｂ ｎ ｂ ａ ｋ ｄ ｓ ｉ ｕ ｆＰ ｎ ａ ｂ ｎ ｂａ ｋ ａ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｈ ｅ ｔ ｔ ｏ ｎ ｖ ｌ ａ ｉ ｔ ｄ ｒ ｓｏ ｒ ０ ｌｃ ｉ ｒｂ — ｏ ａ ｃ ｔ ｔ ｎ ｉ ｄ ｓｒ ｅ ． ｉ Ｓ ｅ ｃ ｂ ｄ ｏ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ３ Ｅ ａ ｔ —ｃ ｒｏ ｉｎ ｍａ ｅ ａ ，ｑ ａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ Ｐ ｎ ｉ ｏ ｒ ｓ ｔｒ ｌ ｕ ｌ ｙ，ｔｓ ｔ ｏ ｏ ｉ ｔ ｅ ｔｍｅ ｈ ｄ
聚乙烯管材和管件---用热失重法测定炭黑含量---试验方法和基本说明
聚烯烃管材和管件--用热失重法测定炭黑含量--试验方法和基本说明第一部分：试验方法2 原理规定数量的样品在550±50℃的氮气中热分解45分钟，并在900±50℃的温度下煅烧。
根据煅烧分解前和分解后的质量差计算炭黑含量。
注---如果除了炭黑之外，还含有在900℃分解的其他成份，例如碳酸钙，炭黑含量的计算结果可能会偏高。
如果灰分大于1%，那么需要进一步的调查研究。
3 试剂干燥的氮气，氧含量低于20ppm，储存于配有电压阀和流量表的钢瓶中。
在进入熔炉前，如果有必要，可以将氮气通过邻苯三酚溶剂或通过热铜片，箔，线，或通过气体净化器进行净化。
4 仪器4.1 石英蒸发皿，长50~60毫米，在至少900℃的温度下煅烧至恒定质量，在干燥器中冷却后称量，精确到0.0001克。
4.2 管式电炉，配有可以将蒸发皿插入取出的仪器。
管子应该配有喷嘴，一个用于喷入氮气，一个用于喷出废气。
在入口喷嘴的后面安装一个玻璃棉塞封闭隔膜，以确保氮气流均匀进入。
4.3 马弗炉4.4 干燥器，能够装入蒸发皿。
5 实验步骤5.1 试验条件在标准实验室温度（23±2℃）的温度下称量。
5.2 试样取三份试样：从管材或管件上取样3份，每份约1克，粉碎后称量，精确到0.001克。
5.3 测量按照5.3.1到5.3.5中的要求进行测量。
5.3.1 将试样放在蒸发皿中，将蒸发皿放到已经加热到550±50℃的管式电炉燃烧管的入口处。
将喷嘴按到管子入口处，然后连接氮气出口（如果有必要，可以在氮气通过净化系统后再连接）。
让氮气以200ml/min 的速率通入大约5分钟。
5.3.2 将蒸发皿移到管式电炉的中心，将氮气的流速调整为100ml/min ，热解大约45分钟。
5.3.3 热解终了时，将蒸发皿移回到管式电炉的低温部分，继续通入氮气10分钟。
5.3.4 取出蒸发皿，置于干燥器中冷却，称量。
记录质量，精确到0.0001克。
聚乙烯中炭黑含量不同测试方法的探讨
机械 分析天平 ： 精度 ０ ． ０ ０ ０ １ ｇ ， 上海天平仪器 厂 ； 热 重分 析仪 ： Ｓ Ｔ Ａ ４ ４ ９ Ｃ型 ； 德 国耐驰公 司 ； 电子天平 ： Ｍ２ Ｐ型 ， 德 国赛 多利 斯公 司 ；
聚 乙烯 ： 市售。
１ ． ２ 实验 方 法
（ Ｃ ＮＧ Ｃ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ５ ３ ， Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ ０ ３ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｂ ｌ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｐ Ｅ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｗｏ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ＧＢ １ ３ ０ ２ １ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｒ ｇ ｒ ａ ｖ ｉ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ
１ ． ２ ． １ Ｇ Ｂ １ ３ ０ ２ １ 法
目前 管 道 用 塑 料 中 炭 黑 含量 的测 试 方 法 主要 执行 ＧＢ １ ３ ０ ２ １ — １ ９ ９ １ ¨ ３ Ｊ 。使用 热 重分 析仪 是 现在 常 用 的热分 析手段 ， 用来 测量 高聚物 的成 分极 为方便 ， 常 用标 准是 Ａ Ｓ Ｔ Ｍ Ｅ １ １ ３ １ － ２ ０ ０ ８ ， 热 重分 析仪也 可 以用 于测 定聚 乙烯 中的炭 黑含量 。 目前 这两 种方法
聚 乙烯 中炭 黑含量不 同测试 方法 的探讨
孟 祥艳 ， 周燕 萍 ， 魏 莉萍 ， 刘运传 ， 王雪蓉 ， 尤丛赋
（ 中国兵器工业集团第五三研究所 ， 济南 ２ ５ ０ ０ ３ １ ）
摘要
采 用 ＧＢ １ ３ ０ ２ １ ｛ 聚 乙烯 管材和 管体 炭黑含量测 定 （ 热失重法 ） 》 和热重分析仪 法两种方法测定 了聚 乙烯
聚乙烯护套料炭黑含量检测结果异常情况的研究
PAGE070聚乙烯护套料炭黑含量检测结果异常情况的研究■李国昌 周林平（杭州富通线缆材料研究开发有限公司 浙江 富阳 311400）受运营商质量/价格双重压力因素的影响，公司采购的原材料在保障产品质量的同时，还要力求降低材料成本，部分国外进口的光缆护套料在这方面做到了较好的均衡，因而成为公司原材料供应商的目标之一。
然而，最近在例行监督抽查中却发现护套料做炭黑含量试验时出现了异常，即按正常操作规程试验后的灰分中含有一定量的黑色物质，这与正常材料燃烧后产生的灰分颜色有着本质上的区别，为彻底查清是方法问题还是材料问题，我们组织了研发和检测人员进行了一系列的验证性试验，并与客户和相关行业专家进行了深入的探讨，终于让事实的真相水落石出。
１．研究课题来源通过对实验方法标准的解读，我们制定了光缆护套料炭黑含量试验方法操作规程，试验步骤中重点量化了三个不确定因素点，即规定了实验条件是采用自然空气，流速是（1.7±0.5）L/min，通气保温时间20分钟。
正常情况下，按照炭黑含量标准进行试验都可以将炭黑燃烧干净，即残留的灰分为灰色或白色；但在检测一家国外高密度PE护套料时发生了奇怪的现象，即在同样的试验条件下，我们遇到了炭黑烧不干净，即残留物中除了灰色还有黑色物质存在。
２．相关基础知识的回顾聚乙烯护套料是光缆产品的主要原材料之一，由于聚乙烯树脂本身对环境光（主要是紫外光）很敏感，为延缓它受阳光照射而产生光氧化降解，工业加工过程中需要填加炭黑作为树脂的紫外光稳定剂。
炭黑是以含碳原料（主要为石油）经不完全燃烧而产生的微细粉末。
受制作工艺和成本的影响，炭黑的性能千差万别，一般而言颗粒越小其吸收光或遮光的能力越强，直到≤20nm时趋于恒定值，从含量的角度来说达到2.0%则可得到完美的效果，换句话说，浓度为0.5%（20nm）与浓度为2%（95nm）的炭黑差不多有同样的光保护作用。
因此，出于多方面因素的考虑（性价比），光缆护套料材料中大多采用50nm以下，含量为2.6±0.25%的炭黑。
聚乙烯中炭黑分散度执行标准
聚乙烯中炭黑分散度执行标准
在聚乙烯材料中，炭黑的分散度对于材料的性能具有重要影响。
为了确保聚乙烯中炭黑的分散度符合要求，需要执行相应的标准。
本文主要介绍聚乙烯中炭黑分散度的执行标准，主要包括三个方面：DBP吸收值、Iodine吸收值和显微镜观察法。
1.DBP吸收值
DBP吸收值是指聚乙烯中炭黑吸收DBP（二丁基萘）溶液的量。
将一定量的DBP溶液与聚乙烯样品在规定条件下进行接触，DBP溶液会被炭黑吸收。
通过测量DBP溶液吸收前后的体积变化，可以计算出炭黑的吸收量。
该方法适用于聚乙烯中炭黑分散度的初步评估。
2.Iodine吸收值
Iodine吸收值是指聚乙烯中炭黑吸收碘蒸气的量。
将一定量的碘蒸气与聚乙烯样品在规定条件下进行接触，碘蒸气会被炭黑吸收。
通过测量碘蒸气吸收前后的质量变化，可以计算出炭黑的吸收量。
该方法适用于聚乙烯中炭黑分散度的精确评估。
3.显微镜观察法
显微镜观察法是通过显微镜观察聚乙烯中炭黑的分散情况。
将聚乙烯样品制作成薄片，并在显微镜下观察炭黑的分布情况。
通过观察炭黑的形状、大小和分布情况，可以评估聚乙烯中炭黑的分散度。
该方法适用于聚乙烯中炭黑分散度的定性评估。
在实际应用中，可以根据需要选择合适的方法来评估聚乙烯中炭黑的分散度。
这些方法都有相应的操作流程和注意事项，需严格按照标准执行。
通过控制聚乙烯中炭黑的分散度，可以确保材料的质量和性能符合要求，对于产品的生产和应用具有重要意义。
塑料pfa管的炭黑含量试验标准
塑料pfa管的炭黑含量试验标准塑料PFA管中炭黑含量的测定目的本标准规定了测定塑料PFA管中炭黑含量的试验方法。
范围本标准适用于各种类型的塑料PFA管。
原理本方法基于以下原理：炭黑是一种黑色颜料，在红外光谱中具有特征吸收峰。
通过测量塑料PFA管的红外光谱，可以定量测定其炭黑含量。
试剂和材料分析纯正己烷分析纯四氢呋喃 (THF)标准炭黑溶液（浓度已知）仪器和设备红外光谱仪分析天平（精度 0.0001 克）容量瓶（100 毫升）玻璃搅拌棒玻璃烧杯薄膜压片步骤样品制备1. 取约 0.5 克塑料PFA管样品，研磨成细粉。
2. 将样品粉末转移至 100 毫升容量瓶中。
3. 加入约 50 毫升正己烷，充分搅拌。
4. 加入约 50 毫升四氢呋喃，充分搅拌。
5. 定容至 100 毫升。
6. 充分混合溶液。
红外光谱测量1. 将样品溶液滴加到薄膜压片上。
2. 用刮刀将溶液均匀摊开，形成薄膜。
3. 将薄膜压片放入红外光谱仪中。
4. 记录红外光谱，范围为 4000-400 cm-1。
5. 确定炭黑特征吸收峰的峰高。
计算1. 根据标准炭黑溶液的浓度和峰高，绘制标准曲线。
2. 根据样品溶液的峰高，从标准曲线上查得炭黑含量。
3. 炭黑含量以质量分数（%）表示。
结果表达将塑料PFA管中炭黑含量以质量分数（%）表示，保留到小数点后两位。
精度本方法的相对标准偏差为 5%。
注意事项应使用分析纯试剂和材料。
所有玻璃器皿必须干净干燥。
样品溶液应充分混合，以确保测量的准确性。
薄膜应均匀平坦，厚度一致。
红外光谱仪应定期校准。
应使用经过表征的标准炭黑溶液。
炭黑_聚乙烯复合导电材料的性能研究
材料与性能炭黑/聚乙烯复合导电材料的性能研究郑裕董晓武(北京燕山石油化工公司,北京102500)摘 要研究了炭黑/聚乙烯复合导电材料的性能、加工工艺、炭黑结构、基础树脂等对材料性能的影响。
实验结果表明,材料具有明显的渗滤效应、正温度系数效应和非线性伏安特性。
关键词:炭黑聚乙烯复合材料 渗滤 正温度系数效应 伏安特性0 前言收稿日期:2000-08-10复合型导电高分子材料是高分子材料与导电物质通过分散复合、层压复合以及形成表面导电膜等方式构成的一种功能高分子材料。
其中分散复合型导电高分子材料通常是填充导电粒子或导电纤维,如炭黑、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属化玻璃纤维等。
它具有质轻、耐用、易加工、导电性稳定等优点,近年来,市场需求不断增加。
按其电阻率的数值范围可分别用作电极和电磁波屏蔽材料(10-3~100cm),电线电缆的半导电屏蔽层(100~104 cm),抗静电材料(104~107 cm),温度、电压自动控制元件和发热体材料(100~106cm)等。
复合型导电高分子材料由于加工容易,导电性可在很大的范围内调节,已经在电线电缆屏蔽层、自控温伴热电缆等方面得到了实际的应用。
本文研究了不同种类炭黑填充聚乙烯复合导电高分子材料的电性能、力学性能及加工工艺对复合材料性能的影响。
1 实验部分1 1 实验原料聚乙烯,燕山石化公司;乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(EMMA),杜邦公司;特导电炭黑,山东淄博华光化工厂;乙炔炭黑,福建南平化工厂;普通炭黑,化工部炭黑工业研究院。
各种炭黑的性能指标见表1。
表1 三种不同炭黑的性能指标序号炭黑类型性能指标粒径/nm 比表面积/m 2 g -1吸油值/cm 3 g -1PH 值1#乙炔炭黑4060 3.40 6.02#特导电炭黑33828 5.86 6.53#油炉法炭黑80671.616.01 2 样品制备将炭黑和基础树脂按一定的比例混合均匀,在密炼机中塑炼,然后经挤出机挤出造第14卷第12期2000年12月中 国 塑 料C HINA PLASTIC SV ol 14 No 12Dec 2000粒。
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化学反 应步骤
第1步 第2步 第3步
反应温 度／℃
100～200 400～530 550～750
理论值失 重量／%
12.3 19.2 30.1
热重分析仪 测量值／%
11.4 19.4 30.5
相对偏 差／%
7.3 1.0 1.3
从表 2 可以看出热重分析仪在 550～750℃内的
用来相互比对。
2.2 热重分析仪法准确度
热重分析仪在分析过程中自动记录样品实时
质量，人为因素小，热失重量的准确度可以用标准
CaC2O4 来验证。CaC2O4 · H2O 随着温度升高会发 生以下 3 步化学反应：
CaC2O4 ·H2O( 固 )=CaC2O4( 固 )+H2O( 气 ) (3)
CaC2O4( 固 )=CaCO3( 固 )+CO( 气 ) (4)
2.90
0.02，2.94，2.99，2.99， 仪法 2.86，2.82，2.82，2.85
2.91
0.085
2.92
按照 1.2.2 测定聚乙烯样品的热重曲线 ( 见图
1)。根据曲线上各步失重的百分数可以判断样品分
解机理及各组分的含量。随着温度升高，聚乙烯发
生裂解，持续到 550℃质量恒定，因为炭黑在高纯氮
96
化学分析计量
2013 年，第 22 卷，第 3 期
需要冷却和 3 次称量，操作较热重分析仪复杂。 （3）热重分析法操作方便、快捷，结果直观，但
是由于所用样品量小，测试结果标准偏差较大，测试 中容易出现异常值，应该从多个颗粒上取样，尽可能 增加样品量，测试次数至少 2 次，当出现两次偏差较 大时，增加测试次数。
1.2.1 GB 13021 法
称 取 试 样 质 量 m1(1±0.05) g 置 于 样 品 舟 中， 将 样 品 舟 放 入 炭 黑 含 量 分 析 仪 中，调 氮 气 流 量
130 mL／min，在氮气保护下升温至 600℃，恒温裂
解 30 min，取出后放入干燥器冷却至室温，称量质
量 m2，再放入马弗炉中 950℃灼烧 10 min，取出放 入干燥器冷却至室温，称量质量 m3。炭黑含量 c(%) 按式 (1) 计算。
c=
m2
m1
m3
#
100
(1)
联系人：孟祥艳；E-mail: mengxy79@ 收稿日期：2013–03–08
孟祥艳，等：聚乙烯中炭黑含量不同测试方法的探讨
95
1.2.2 热重分析仪法
称取试样质量 (10±0.05) mg 放入样品架上，
合上加热炉，设置升温程序，氮气气氛下室温升至
两种方法测试结果的一致性可以采用以下方 法进行［5］：
假设两种测试方法的测试结果分别为 x11，x12… x1n，平均值为 x1，标准偏差为 S1 ；x21，x22…x2n，平均 值为 x2，标准偏差为 S2。若把 x1 - x2 看作随机变量，
则根据方差的基本法则有：
S = (x1- x2)
d
S1 n1
测量相对偏差为 1.3%，测量准确度高。热重分析仪
法和 GB 13021 方法测量炭黑含量的结果可靠。
热重分析仪法快捷方便，但是测量相对标准偏
差比 GB 13021 测试方法的要大，原因是进行热重
分析时所用样品量只有 10 mg，如果样品中的炭黑
分布不均匀，用热重分析仪测聚乙烯中的炭黑含量
时就会增大测试标准偏差。建议用热重分析法分析
孙方稳研究组利用物体发光的量子统计属性，设计并实 验实现了不受经典光学散射极限限制的量子统计测量技术， 其精度可达纳米量级。实验中，他们用氮原子取代金刚石材 料中的一个碳原子，与近邻的空穴形成氮 – 空穴色心——一 种极其微小的发光体。然后，他们巧妙地利用简单的光学收 集装置，通过探测色心所发出的光子数，基于它们的量子统 计属性，成功实现了两个相距 8.5 nm 的氮 – 空穴色心独立 成像和分辨，同时测量了每个色心的结构，测量精度达 2.4 nm。如果通过增加收集光子数，可以把精度提高到 1 nm 以 内。实验中所需的光路简单，测量系统稳定，不受量子消相 干效应的影响。 （科技日报）
1 实验部分
1.1 主要仪器与材料
炭黑含量分析仪：DZ3500 型，南京大展机电技
术研究所；
马弗炉：SX2–10–12 型，上海实验电炉厂；
机械分析天平：精度 0.000 1 g，上海天平仪器厂；
热重分析仪：STA449C 型；德国耐驰公司；
电子天平：M2P 型，德国赛多利斯公司；
聚乙烯：市售。
1.2 实验方法
炭黑含量时尽量从多个聚乙烯颗粒上取样并且适当
增加样品量。
3 结语
从实验过程及分析结果可以看出炭黑含量分
析的两种不同方法具有以下特点：
（1）两种测试方法均可用来测定聚乙烯中的炭
黑含量，测定结果基本一致，具有可比性。
（2）GB 13021 法测炭黑含量试验重复性好，但
是用到炭黑分析仪和马弗炉两种设备，实验过程中
( 中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031)
摘要 采用 GB 13021《聚乙烯管材和管体炭黑含量测定 ( 热失重法 )》和热重分析仪法两种方法测定了聚乙烯
中炭黑含量。对两种方法的测定结果进行了比较，结果表明，两种方法均有良好的重复性和准确度，测定结果基本一
致，采用不同方法得到的测定结果间可以相互参考。
Keywords GB13021; thermogravimetry; carbon black content; repeatability; consistent
近年来，聚乙烯管材已成为继 PVC 之后，世界 消费量第二大的塑料管道品种，广泛应用于给水、 农 业 灌 溉、燃 气 输 送、排 污、油 田、化 工、通 讯 等 领 域。无添加剂的聚乙烯耐气候老化和日光曝晒性 能很差，因而实际使用时都会添加炭黑［1］。炭黑能 使材料具有足够的抗紫外老化能力，当炭黑含量为 2.0%～3.0% 时可确保有效地防止紫外线的影响［2］。 由于炭黑含量大小对聚乙烯管材具有重要的影响， 许多标准都对聚乙烯中的炭黑含量作了规定，为了 研发生产和销售的目的，炭黑含量是聚乙烯管材必 须进行检测的指标。
气中不发生反应，此时切换气体，通入氧气，使炭黑
反应至完全，试样质量再次恒定。从 550℃切换氧
气到 650℃质量稳定时发生的质量减少就是聚乙烯
中的炭黑含量。650℃质量稳定后剩余物质为聚乙
烯中的灰分。聚乙烯样品中碳黑含量的测定结果列
于表 1。
图 1 典型的热重曲线炭黑含量分析图
从测试结果看，两种测试方法的相对标准偏差 均小于 3%，说明两种方法均具有较好的重复性，其 中热重分析仪法的相对标准偏差比 GB 13021 的相 对标准偏差略大，这跟热重分析仪法样品量少、样品 不均匀有关。
2
n
+
d
S2 n2
2
n
(2)
故 若 x1 - x2 G 2S(x1- x2) 则 认 为 两 组 数 据 是 一 致 的。 将 表 1 中 的 数 据 代 入 公 式 可 以 计 算 出：
x1 - x2 = 0.82 ，2S(x1- x2) =0.83，计算结果表明两组 数据一致。两种方法测试的结果具有一致性，可以
CaCO3( 固 )=CaO( 固 )+CO2( 气 )
(5)
在每步反应中都有气体放出，从而固体出现失
重现象，根据化学反应方程和分子量就可以计算出
每步化学反应的理论失重量。CaC2O4 · H2O 的每步 化学反应都可以反映在热失重曲线上，用热重分析
仪得到的 CaC2O4 · H2O 失重量和理论值列于表 2。
参考文献
［1］ 程红原，国旺，王卓 . 聚乙烯管材炭黑色母的研制和应用［J］. 化
学建材，2008，24(5): 1–3. ［2］ 秦紫明 . 合法？合理？由执行 GB 13021–91 引起的探讨［J］.
上海塑料，2004，3(1): 11–12. ［3］ GB 13021–1991 聚乙烯管材和管体炭黑含量测定 ( 热失重法 )
550℃，转换成氧气，在氧气气氛下升温至 750℃，计
算机自动采集升温过程中样品质量变化。
2 结果与讨论
2.1 测量结果比较
按照 1.2.1 测定聚乙烯中炭黑的含量，测定结果
见表 1。
表 1 测试炭黑含量重复性试验结果 %
测试方法
测试结果
平均值 标准偏 相对标准
x
差S
偏差 s
GB13021– 3.00，2.79，2.84，2.92， 1991 2.89，2.98，2.89，2.92
目前，在国内通用的确诊禽类中禽流感病毒 H7N9 亚型 的检测技术中，除采用传统的鸡胚病毒分离方法外，通常采 用核酸检测方法，如普通 PCR 方法和基于荧光 RT-PCR 的 “二步法”，但还没有建立起采用荧光 RT-PCR 技术“一步法” 检测禽流感病毒 H7N9 亚型的方法。
［S］. ［4］ ASTM E 1131–2008 热重分析法测量高聚物的组分［S］. ［5］ 全浩，韩永志 . 标准物质及其应用技术［M］.2 版 . 北京：中国标
准出版社，2003.
中国科大率先实现高精度量子测量术
记者从中国科大获悉，该校郭光灿院士领导的中科院量 子信息重点实验室孙方稳研究组，在国际上首次利用量子统 计测量技术实现不受传统光学散射极限限制的相邻发光物 体的测量和分辨，其精度可以达到纳米量级。研究成果不久 前发表在国际权威刊物《物理评论快报》上。
(CNGC Institute 53，Jinan 250031，China)
Abstract The carbon black content in PE was determined by two methods of GB13021 and thermogravimetry. The determination results of both methods were compared. The result showed that two methods both had good repeatability and accuracy. The test results derived from different methods were consistent and could be compared with each other.