国内外硫化橡胶粉粒径分级和粒径测定方法对比研究

朱 瑞，王 塨

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津 300384）

国内外硫化橡胶粉粒径分级和粒径测定方法对比研究

朱 瑞，王 塨

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津 300384）

文中对中国、日本、美国关于硫化橡胶粉的粒径分级和所用筛网规格及粒径测定方法标准进行对比分析，找出了它们的异同和利弊，为提高国内硫化胶粉测试水平和今后修订国标提供了参考。

硫化橡胶粉；粒径；测定方法

0 前 言

我国关于硫化橡胶粉的标准是于2008年颁布实施的，在执行该标准的过程中，对于胶粉目数（即粒径）的测试结果有时会出现异常现象。例如，已经检验合格的某一目数的胶粉，停放一段时间后再进行复检，又会出现筛余物超标的问题，这可能与粒径的测定方法有关。为了保证胶粉测试结果准确无误，使胶粉质量符合产品标准，现查阅了具有代表性的国外相关标准，就粒径测定方法与中国标准进行对比，分析它们的异同和利弊，找出国标与国外标准的差距，以改进我国胶粉的测试方法，也能为今后修订国标提供参考。

1 主要引用标准

（1）中国国家标准GB/T 19208—2008《硫化橡胶粉》。

（2）日本工业标准JIS K 6316—1998《橡胶粉》。

（3）美国材料与试验协会标准ASTM D5603—2001《再生硫化颗粒橡胶》；ASTM D5644—2001《再生硫化颗粒橡胶粒径分布的测定》。

2 国内外胶粉粒径的分级和筛网规格

2.1 胶粉粒径分级

2.1.1 中国胶粉粒径分级

从10～200目，分13个级别（可参阅GB/T 19208—2008中表1）。

2.1.2 日本胶粉粒径分级

标准中无明确分级，但在标准条文中规定出厂产品要标出“粒度”的实测值，其过筛目数由供需双方协商确定（可参阅JIS K 6316—1998中第9.4.1条和第10条）。

2.1.3 美国胶粉粒径分级

从10～200目，分13个级别（详见ASTM D 5603—2001中表1）。

由上述对比看出，中国和美国对硫化橡胶粉的分级标准完全相同，但与日本标准不同。

2.2 筛网材质和筛子规格

2.2.1 中国筛网材质和筛子规格

采用φ200 mm的不锈钢或黄铜筛网，符合GB/T 5330—2003《工业用金属丝编织方孔筛网》中R20系列的网孔尺寸。

2.2.2 日本筛网材质和筛子规格

采用符合JIS Z 8801《试验筛》规定的筛网，网面内径为75 mm或200 mm，对于筛网材质未做出规定。

2.2.3 美国筛网材质和筛子规格

采用符合《试验用金属丝网和筛子的规格》的标准筛网，材料为不锈钢或黄铜，网面直径为200 mm，过筛装置还应包括顶盖和底盘。

显然，对于金属筛网的材质和筛子规格，中美两国标准也完全相同。日本标准对筛网材质未做出规定，但其筛子规格增加了直径75 mm的网面尺寸。

3 国内外胶粉粒径测定方法的对比

3.1 中国胶粉粒径测定方法

筛余物测定方法的试验步骤如下（详细可参阅GB/T 19208—2008中第6.2.1条）。

使用感量为0.01 g的天平称取硫化胶粉试样100 g，加入粒径为56 μm（300目）的滑石粉10 g，置于500 mL烧杯内。用玻璃棒将滑石粉与胶粉样品充分搅拌均匀，然后将混合试样倒入配置有接收盘、盖板的分样筛中，分样筛为上部相邻一级的分样筛（粒径大于所测标样）。筛选时，双手持筛水平周向摇动1 min后单手敲击分样筛框25次（振幅3～5 mm），然后用刷子刷筛试样，使试样充分过筛，若分样筛含有筛余物，视为（非零筛孔）不合格试样，试验结束。若分样筛上无筛余物，将通过筛网被盛于接收盘中的试样移入下一栏筛网中进行同样操作，使试样充分过筛至试样从筛网上通过量低于0.01 g，停止筛选，称量，精确到0.001 g。

3.2 日本胶粉粒径测定方法

分为筛分法和图像解析法两种方法，其中筛分法又分A法和B法两种方法。

3.2.1 筛分法（可参阅JIS K 6316—1998中第9.4.1条）

A法：直接筛分法

应采用每分钟振动约150次和每分钟旋转运动约290次的筛分机。在一个筛网上或按筛目尺寸由大到小顺序叠合的筛网上安装接收器皿，取预先由料块粉碎的试料100～200 g，放在安装好的筛分机上，振动或运作适当时间［例如（5±0.25）min］后，静置，然后从筛分机上取出各个筛网，将筛分后各筛网上的残留份量和接收器中通过的份量分别称量，精确到0.1 g。

B法：将筛网热处理，在胶粉中加入分散剂后再过筛

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（1）将筛网放在105～110 ℃的干燥器中干燥，在保干器中放置冷却，称其质量。

（2）取适量（2～5 g）预先由试块粉碎的试料，装入100 mL烧杯中，在其中加入用作分散剂的中性洗涤剂进行浸润，并用玻璃棒充分搅拌。接着在其中加入50 mL水，完全混合后，倾倒在筛网上。再将50 mL水加到残留试料中，同此前操作一样，倾倒在筛网上，重复这一操作，将烧杯中全部的试料转移到筛网上。

（3）随后，一边加少量水，一边振动筛网，使试料通过。此后将筛网放入直径为120 mm的蒸发皿中，加入水，使水位到达网上15 mm，用毛刷刷扫网上。刷扫速度为每秒一回，每20回从器皿中提起筛网，水则从筛孔中流出，每40回则把蒸发皿中的水更换。

（4）重复进行（3）的操作，当确认蒸发皿中的水不含试料时，将毛刷上粘附的试料用水洗落到筛网上，把筛网放在105～110 ℃的干燥器中加热30 min后，在保干器中放置冷却，测其质量。反复进行该操作，直至质量变化在1 mg以内时，用此质量减去初始记录的筛网质量，求得残留量。

3.2.2 图像解析方法（可参阅JIS K 6316—1998中第9.4.2条）

（1）试料的制备

①从试验3个对象物随机采取10 g作为试料。然后将试料置于实体显微镜的载玻片上，应减少相邻粒子的接触，使试料适度分散。

②将上述试料置于实体显微镜上，调整其放大倍率，可以看见有20个以上粒子进入视野。

①设定测定条件。根据图像解析装置的“测定形式”关系设定：“最小幅”、“最小值”、“最大值”、“数据幅”、粒子分布图的“个数”及“体积比率”。

②输入图像。

③实施测定，进行2值化处理，解析处理。

（3）计算数据

①测定次数根据一处的抽样，粒子总数为60个以上。必要时应改变视野重复测定。

②算出的数据有以下项目：粒径分布图、粒子数、平均粒径、体积比率、标准偏差、观察倍率、粒子图像。

3.3 美国胶粉粒径测定方法

美国标准有罗太普（Ro-tap）筛分法和超声波技术两种方法。罗太普筛分法适用于60目或更粗颗粒的胶粉，超声波技术适用于80目或更细颗粒的胶粉。后者解决了胶粉颗粒相互之间因黏性和静电引起的结块问题。由于细小的胶粉更容易结块，超声波能使细小颗粒完全分散，从而消除了结块现象。

（1）罗太普筛分法（可参阅ASTM D5644中第5条）

取（100±1）g再生橡胶粒样品和定量的滑石粉[至少有90%的颗粒小于40 μm（约400目）]，置于多层筛网的顶层，筛网从上到下由粗到细。每个筛上有两个直径25～50 mm的橡胶球或高度20 mm、外径60 mm、内径58 mm的塑料环。将样品放置在一个罗太普振荡筛中旋转运动10～20 min，时间长短取决于再生橡胶的粒级。振荡筛用28.75～29.17 Hz（1 725～1 750 r/min）的电动马达带动，产生2.33～2.60 Hz的振动频率和280～320 r/min的旋转速度。然后记录残留在各个筛网上的橡胶质量，确定产品的目数。

（2）超声波技术（可参阅ASTM D5644中第12条）

取（25±1）mg再生橡胶粒样品放入3 mL玻璃试管中，并加入1 mL丙酮。在半敞开箱型超声分散器中灌入高（55±2）mm的表面活性剂溶液，或合适的替代溶液，在输出功率为105～270 W的条件下，对试管中的样品进行（5±0.25）min的声波处理。试管不应接触超声波仪器底部，而应采用悬挂烧杯使其悬挂其中。

将超声处理过的溶液适当稀释后放在光学显微镜（放大30倍）载玻片上进行光学显微分析。

取试样的显微照片，并且用计算机软件自动确定粒子的面积。采用数学方法将面积测量值转换为直径数据，然后可以用来制作统计数据和粒径分布曲线图。

4 各国胶粉粒径测定方法的异同和利弊

由上述比较可以看出，在三国标准中关于胶粉粒径的测定方法，中国只有一种筛分法；日本有两种，即筛分法和图像解析法，筛分法又分出直接筛分法和热处理后再筛分法两种；美国则有罗太普筛分法和超声波技术两种方法。通过中、日、美三国关于胶粉粒径测试方法的对比分析，可以看出各种方法的区别和利弊。

（1）日本、美国均用显微图像解析法检测，这种方法测绘的结果更准确，由此能全面了解胶粉的粒径分布图、粒子数、平均粒径、各种粒径胶粒所占体积比率及与标准值的偏差等，并能直接观察粒子图像。客观地说，美国的超声显微技术更为科学合理，但试验成本较高。

（2）关于使用分散剂的情况，三个国家各有特点。中国在筛分法中使用滑石粉作为分散剂；日本在筛分法的A法（振动+旋转）中不使用分散剂，B法（热处理+表面活性剂）中使用中性洗涤剂（阴离子活性剂）作为分散剂，而在图像解析法中不使用分散剂；美国在罗太普筛分法中使用滑石粉作为分散剂，而在使用超声波技术的同时，还加入表面活性剂，目的可能是防止被超声波打散的胶粉颗粒再次发生结团。

（3）使用我国的胶粉粒径测试方法，即用滑石粉助分散直接过筛的方法，可能会出现误读的检测结果。如有的用户反映，对某一已知目数的胶粉再次过筛检测时，出现筛余物超标的情况，这是由于细小的胶粉颗粒因黏性或静电作用结团而引起的。同理，在生产过程中，如果细小的颗粒未经完全分散，有结团现象，则其筛余物中就有可能出现结团的小粒胶粉，而不是真正的大粒胶粉，由此检测结果就不十分准确。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 19208—2008 硫化橡胶粉[S].

[2] 日本工业标准调查会组织. JIS K6316—1998 ゴム粉[S].

[3] 美国材料实验协会. ASTM D5603—2001 Standard Classification for Rubber Compounding Materials - Recycled Vulcanizate Particulate Rubber[S].

[4] 美国材料实验协会. ASTM D5644—2001 Standard Test Methods for Rubber Compounding Material - Determination of Particle Size Distribution of Recycled Vulcanizate Particulate Rubber[S].

[责任编辑：邹瑾芬]

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2014-11-05