GB/T 18251—2019《聚烯烴管材、管件和混配料中顏料或炭黑分散度的測定》國標(biāo)修訂淺析

徐 超，李 巖，余 芳，姜 磊

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.國家建筑工程技術(shù)研究中心，北京 100013；3.北京市建筑節(jié)能與建筑材料管理辦公室，北京 101117）

0 引言

熱塑性塑料管材擠出或管件注塑成型加工之前在原材料中加入炭黑粒子或有色顏料。著色的目的在于識別管材、管件或作為紫外線吸收劑和光屏蔽劑添加到管材、管件中［1］。為了保證最終管材、管件具有良好的物理性能、機(jī)械性能和表面保護(hù)性能，炭黑或顏料粒子應(yīng)均勻地分散在聚合物中［2］；相反，則會影響管材、管件的力學(xué)性能和使用壽命［3，4］。為了測定炭黑或顏料粒子在聚合物中的分散性制定本標(biāo)準(zhǔn)。

GB/T 18251－2000《聚烯烴管材、管件和混配料中顏料或炭黑分散的測定方法》（以下簡稱“GB/T 18251－2000”）為首次制定，等同采用了 ISO 18553∶1999《聚烯烴管材、管件和混配料中顏料或炭黑分散的測定方法》（以下簡稱“ISO 18553∶99”）。ISO 18553∶1999 將 ISO 11420∶1996《聚烯烴管材、管件和混配料中炭黑分散度的測定方法》和 ISO 13949∶1997《聚烯烴管材、管件和混配料中顏料分散度的測定方法》合并，包含了炭黑分散和顏料分散 2 個檢測項目。經(jīng)過 19 年的時間，于 2019 年第一次修訂。

GB/T 18251－2019《聚烯烴管材、管件和混配料中顏料或炭黑分散度的測定》（以下簡稱“GB/T 18251－2019”）于 2019 年 8 月 30 日發(fā)布，2020 年 3 月 1 日實(shí)施，代替 GB/T 18251－2000。GB/T 18251－2019 使用重新起草法修改采用 ISO 18553∶2002，并納入了 ISO 8553∶2002/Amd1∶2007 的修正內(nèi)容［5］，與國際標(biāo)準(zhǔn)保持一致。在此基礎(chǔ)上，細(xì)化了確定樣品表觀等級的說明，在試驗報告中增加了“對于任何偏離試驗方法的細(xì)節(jié)以及可能影響結(jié)果的任何因素”的示例說明。

1 GB/T 18251－2019 與 GB/T 18251－2000 主要變化對比

GB/T 18251－2019 與 GB/T 18251－2000 相比主體框架稍作改動，主要內(nèi)容差異如表 1 所示，其中試樣制備的質(zhì)量、幅寬和厚度差異如表 2 所示。

表1 GB/T 18251－2019 與 GB/T 18251－2000 主要內(nèi)容變化

表2 炭黑分散和顏料分散試樣制備的質(zhì)量、幅寬和厚度差異對比表

1.1 范圍

GB/T 18251－2019 規(guī)定了聚烯烴管材、管件和混配料中顏料或炭黑粒子或粒團(tuán)的尺寸和分散度的測定方法。適用于聚烯烴管材、管件和混配料。測定炭黑分散時，本標(biāo)準(zhǔn)適用于炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜3 % 的聚烯烴管材、管件和混配料。

GB/T 18251－2000 規(guī)定了聚烯烴管材、管件和混配料中顏料或炭黑分散的測定方法，適用于聚烯烴管材、管件和混配料。測定炭黑分散時，本標(biāo)準(zhǔn)適用于炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜3 % 的聚烯烴管材、管件和混配料。

GB/T 18251－2019 與 GB/T 18251－2000 的適用范圍相同，僅在具體表述中稍有不同。GB/T 18251－2019 規(guī)定了……粒子或粒團(tuán)的尺寸和分散度……，增加了分散的主語為粒子或粒團(tuán)，與標(biāo)準(zhǔn)后文中表述相統(tǒng)一。同時將分散明確為尺寸和分散度，修訂后與 GB/T 18251－2019 第 5 章 試驗結(jié)果相對應(yīng)，表述更加嚴(yán)謹(jǐn)。

1.2 原理

GB/T 18251－2019 分別從制樣、觀測、分散尺寸評定和分散表觀評定 4 個方面分 4 段表述測試原理。GB/T 18251－2000 分別從制樣、觀測和尺寸評定、分散表觀評定 4 個方面分 3 段表述。GB/T 18251－2019 與 GB/T 18251－2000 中分散表觀評定表述相同，關(guān)于制樣、觀測、分散尺寸評定差異如下所述。

關(guān)于制樣表述，GB/T 18251－2019 表述為樣品壓在顯微鏡載玻片之間加熱壓縮制備試樣。GB/T 18251－2000 表述為樣品壓在載玻片之間并加熱制備試樣。GB/T18251－2019 將 GB/T 18251－2000的“載玻片”修改為“顯微鏡載玻片”，表述與 ISO 18553∶2000 一致。將 GB/T 18251－2000 的“加熱制備試樣”修改為“加熱壓縮制備試樣”，“加熱壓縮”描述了試樣制備過程中的形態(tài)變化，更加清晰形象。

關(guān)于觀測表述，GB/T 18251－2019 將 GB/T 18251－2000“等級表”修改為“試樣分級表”，修改后與附錄 A 的名稱相同，便于使用。

關(guān)于分散尺寸等級評定表述，GB/T 18251－2019將 GB/T 18251－2000 的“分散的尺寸等級”修改為“粒子或粒團(tuán)的分散尺寸等級”，此處修改與 ISO 18553∶2002 表述一致。

1.3 試驗儀器

1.3.1 顯微鏡

GB/T 18251－2019 中規(guī)定顯微鏡具有適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)，并用括號提示見 4.2，“4.2 顯微鏡觀測”章節(jié)中分散尺寸等級評定推薦放大倍數(shù)為 100 倍，分散表觀等級評定放大倍數(shù)至少為 70 倍。GB/T 18251－2000 中規(guī)定顯微鏡的最小放大倍率為 70 倍。

GB/T 18251－2019 在試驗儀器章節(jié)未規(guī)定具體的放大倍數(shù)，并提示在顯微鏡觀測章節(jié)對“適當(dāng)放大倍數(shù)”有具體規(guī)定，便于試驗人員采購儀器設(shè)備或核對現(xiàn)有設(shè)備是否滿足要求。

GB/T 18251－2019 和 GB/T 18251－2000 均規(guī)定顯微鏡帶有校準(zhǔn)的正交移動標(biāo)尺，能夠測量出粒子和粒團(tuán)的尺寸，便于設(shè)備的自校。在此基礎(chǔ)上，GB/T 18251－2019 中增加了“顯微鏡照明應(yīng)避免光學(xué)效應(yīng)”的要求，新增內(nèi)容與 ISO 18553∶2002 表述一致。

1.3.2 其他設(shè)備

GB/T 18251－2019 和 GB/T 18251－2000 關(guān)于載玻片、加熱設(shè)備、刀具、壓緊裝置、切片機(jī)的規(guī)定相同，僅名稱不同，此處不詳細(xì)贅述。GB/T 18251－2019 在切片機(jī)規(guī)定后用括號提示見“見 4.1.2”，引出具體的厚度規(guī)定（見表 2），便于試驗人員使用。

1.4 試驗過程

GB/T 18251－2019 第 4 章“試驗過程”中“4.1 試樣制備”和“4.2 顯微鏡觀測”分別對應(yīng) GB/T 18251－2000 的“第 4 章 試樣制備”和“第 5 章 試驗步驟”。主要差異如下所述。

1.4.1 關(guān)于試樣制備章節(jié)的差異

GB/T 18251－2000 采用懸置段，規(guī)定了兩種試樣制備方法：壓片方法和切片方法；分別規(guī)定了顏料分散試樣的厚度至少為 60 μm，炭黑分散試樣厚度為（25f10）μm；仲裁時采用壓片方法。

GB/T 18251－2019 刪除了 GB/T 18251－2000 中“本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種試樣制備方法：壓片方法和切片方法”的表述；修改了炭黑分散和顏料分散試樣厚度，且分別在“4.1.1 壓片方法和 4.1.2 切片方法”章節(jié)表述（詳見壓片方法和切片方法）；GB/T 18251－2019 刪除了“仲裁時采用壓片方法”。

制定聚烯烴管材、管件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時，若炭黑分散/顏料分散的試驗方法引用 GB/T 18251－2019，應(yīng)指定其中一種制樣方法或規(guī)定仲裁方法。

1）壓片方法。

①試樣質(zhì)量。GB/T 18251－2019 與 GB/T 18251－2000 均在正文規(guī)定了炭黑分散和顏料分散制樣的質(zhì)量。GB/T 18251－2000中規(guī)定炭黑分散制樣時試樣質(zhì)量為（0.2～0.3）mg，顏料分散制樣時試樣質(zhì)量＞0.6 mg。GB/T 18251－2019 中規(guī)定炭黑分散制樣時試樣質(zhì)量為（0.1～0.3）mg，顏料分散制樣時試樣質(zhì)量為（0.6f0.2）mg。

GB/T 18251－2019 降低了炭黑分散制樣時試樣質(zhì)量下限。如果試樣質(zhì)量過大，壓片法制備的試樣太厚，導(dǎo)致顯微鏡觀測困難，適當(dāng)降低試樣質(zhì)量，當(dāng)幅寬≥4 mm 時，試樣厚度降低，利于顯微鏡觀測。

GB/T 18251－2000 標(biāo)準(zhǔn)中僅給出顏料分散制樣時試樣質(zhì)量和試樣厚度的下限值，在實(shí)際制樣過程中，試樣質(zhì)量相差較大，導(dǎo)致試樣厚度和幅寬相差較大，顯微鏡觀測效果差異性較大。GB/T 18251－2019 給出了顏料分散制樣時試樣質(zhì)量偏差范圍，在一定的試樣厚度和幅寬范圍內(nèi)，保證了觀測效果，彌補(bǔ)了以上的不足。GB/T 18251－2019 中試樣質(zhì)量的規(guī)定與 ISO 18553∶2002－致。

②試樣幅寬。GB/T 18251－2000 在正文規(guī)定：由于試樣的質(zhì)量和厚度已給定，每個試樣幅寬約為（3～5）mm。GB/T 18251－2019 未在正文規(guī)定，在 4.1.1.1 注 5 中提示：由于試樣的質(zhì)量和厚度已給定，每個試樣幅寬至少為 4 mm。

GB/T 18251－2019 調(diào)整了試樣的質(zhì)量和厚度。為了保證試樣的觀測效果，放寬了試樣幅寬的要求。GB/T 18251－2019 幅寬的規(guī)定與 ISO 18553∶2002 保持一致。

③試樣厚度。炭黑分散制樣時，GB/T 18251－2000 規(guī)定試樣厚度為（15～35）μm，GB/T 18251－2019 規(guī)定試樣厚度為（10～30）μm。炭黑分散觀測時，試樣的厚度與顯微鏡觀測效果有很大關(guān)系。如果試樣太厚，顯微鏡觀測困難（見 GB/T 18251－2019 4.1.1.1 注 1）。因此，GB/T 18251－2019 中將試樣的厚度由 GB/T 18251－2000 的（15～35）μm降低至（10～30）μm，便于觀測炭黑粒子和粒團(tuán)的分散效果。

顏料分散制樣時，GB/T 18251－2000 規(guī)定試樣厚度至少為 60μm，GB/T 18251－2019 規(guī)定試樣厚度為（60f20）μm。GB/T 18251－2019 規(guī)定了顏料分散制樣時試樣厚度的范圍，便于試驗人員操作和控制試樣厚度偏差，保證了顏料分散觀測時的效果。

2）切片方法。

GB/T 18251－2000 中關(guān)于切片方法試樣厚度和幅寬規(guī)定：沿產(chǎn)品的不同軸線在不同部位切取 6 個試樣，用于制備 3～5 mm 幅寬規(guī)定厚度的試樣。

GB/T 18251－2019 中關(guān)于切片方法試樣厚度和幅寬規(guī)定：沿產(chǎn)品的不同軸線在不同部位切取 6 個試樣（參見 4.1.1.1 的注 2），用于制備至少 4 mm 幅寬規(guī)定厚度的試樣。測定顏料分散時試樣厚度為（60f20）μm，測定炭黑分散時試樣厚度為（20f10）μm。

GB/T 18251－2019 用括號提示了切片法切取試樣時，可參考壓片方法制樣時優(yōu)選不同軸線取樣，使得 6 個試樣的分散尺寸等級和分散表觀等級充分代表產(chǎn)品的炭黑分散性能。同時將炭黑分散和顏料分散試樣厚度的要求列出，便于試驗人員使用。

1.4.2 關(guān)于顯微鏡觀測章節(jié)的差異

1）分散尺寸等級評定。

①關(guān)于顯微鏡的放大倍數(shù)。GB/T 18251－2019推薦在 100 X 下觀察試樣，GB/T18251－2000 規(guī)定在 100 X 下觀察分散尺寸等級。目前使用較多的是在 100 X 的顯微鏡下觀察試樣，如特殊情況可在其他倍數(shù)下觀察。GB/T 18251－2019 規(guī)定的更加靈活，試驗員可根據(jù)情況特殊處理，以便得到更好的觀察效果和更準(zhǔn)確的測量結(jié)果，而非必須在 100 X 下觀察。

②GB/T 18251－2019 新增內(nèi)容。GB/T 18251－2019 中 4.2.1 注 1 進(jìn)一步解釋了“若條件具備，通過改變光強(qiáng)并使用不同光源（例如透射、反射或偏振的光）來觀察顏料的粒團(tuán)”。GB/T 18251－2019 的 4.2.1 引入 ISO 18553∶2002/Amd1∶2007 的修正內(nèi)容，增加了對于分散等級在 2.5 級以上減少了粒團(tuán)計數(shù)的工作量的規(guī)定。即“對于分散等級在 2.5 級以上級別樣品，不必測量小于表 A.1 中規(guī)定 4 類顆粒和團(tuán)聚體尺寸的顆粒尺寸”，“為了避免不必要的工作，應(yīng)首先測量最大的顆粒，并與表 A.1 允許的 4 類顆粒和團(tuán)聚體的最大數(shù)量要求進(jìn)行比較”，將炭黑分散檢測過程中經(jīng)驗性的內(nèi)容放在注中，便于使用。

2）分散表觀等級。

①關(guān)于顯微鏡的放大倍數(shù)。GB/T 18251－2000 規(guī)定在 70 X 顯微鏡下與顯微照片對比，即不可使用其他倍數(shù)。GB/T 18251－2019 規(guī)定至少在 70 X 顯微鏡下與顯微照片對比。GB/T 18251－2000 對檢測儀器性能參數(shù)規(guī)定過于拘束，不利于不同單位采用不同性能的檢測儀器進(jìn)行檢測。實(shí)際上，目前光學(xué)顯微鏡放大倍數(shù)大多為 50 X、100 X、1 000 X 等檢測條件。GB/T 18251－2019 可選擇不同型號、不同放大倍數(shù)設(shè)備，具有較強(qiáng)的操作性。

1.5 試驗結(jié)果

GB/T 18251－2019 和 GB/T 18251－2000 的分散尺寸等級的試驗結(jié)果均為 6 個等級的算術(shù)平均值，小數(shù)點(diǎn)后保留一位，小數(shù)點(diǎn)后第二位非零數(shù)字進(jìn)位，并以該值表示分散的尺寸等級。GB/T 18251－2019 在此基礎(chǔ)上，在表 A.1 中增加注 4“粒徑取整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)后第一位非零數(shù)字進(jìn)位”。GB/T 18251－2000 中未規(guī)定，即顯微鏡測量后小數(shù)點(diǎn)后第一位四舍五入修約到整數(shù)位。標(biāo)準(zhǔn)修訂后對每個粒徑尺寸的要求變嚴(yán)格。

1.6 試驗報告

在試驗報告章節(jié)中，GB/T 18251－2019 與 GB/T 18251－2000 相比主要變化如表 3 所示。

表3 GB/T 18251—2019 與 GB/T 18251—2000 試驗報告差異對比表

1.7 附錄

1.7.1 附錄 A（規(guī)范性） 粒子和粒團(tuán)分散尺寸登記表

通過逐個觀察 6 個試驗中的粒子和粒團(tuán)，測量并記錄每個粒子和粒團(tuán)的最大尺寸，按照附錄 A 確定等級，GB/T 18251－2019 附錄 A 變化較大。具體內(nèi)容如下所述。

①關(guān)于尺寸范圍。GB/T 18251－2000 只規(guī)定了 5～150 μm，尺寸＞150 μm 團(tuán)聚體未規(guī)定，GB/T 18251－2019 中將尺寸上限擴(kuò)大為＞140 μm，增加了尺寸＞150 μm 團(tuán)聚體尺寸評定的可操作性；

②GB/T 18251－2019 中將尺寸等級 2.5 級及以上等級中，粒子及粒團(tuán)≥12 的粒徑范圍內(nèi)粒子數(shù)目不限定，并用“—”表示（GB/T 18251－2019 附錄 A 注 3）；

③GB/T 18251－2019 中在附錄 A 注 1 中進(jìn)一步舉例解釋說明放大倍數(shù) 100 X 和放大倍數(shù) 70 X 的微米和毫米對應(yīng)關(guān)系；

④GB/T 18251－2019 增加了注 2：表中右上方的所有填“h”的單元格表示該粒徑范圍內(nèi)粒子不存在，與 GB/T 18251－2000 相比，表述更加清晰；

⑤GB/T 18251－2019 增加了注 4：粒徑大小取整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)后第一位非零數(shù)字進(jìn)位。GB/T 18251－2000 未規(guī)定每個粒子或粒團(tuán)粒徑的取整規(guī)則；

⑥每一等級中粒子和粒團(tuán)最大數(shù)目均擴(kuò)大。GB/T 18251－2000 標(biāo)準(zhǔn)分別用＜3，＜6，＜12 表示，即對應(yīng)的粒子和粒團(tuán)最大數(shù)目分別為 2，5，11。GB/T 18251－2019 中粒子和粒團(tuán)最大數(shù)目分別對應(yīng)于 3，6，12，即同級別同粒徑范圍，GB/T 18251－2019 與 GB/T 18251－2000 相比，粒子和粒團(tuán)最大數(shù)目增加了 1，尺寸等級評定要求降低。

1.7.2 其他附錄

附錄 B 顯微照片清晰度增加，有助于評定粒子和粒團(tuán)分散表觀等級。附錄 C 和附錄 D 變化不大。

2 結(jié)語

GB/T 18251－2019 修改采用了 ISO 18553∶2002，并納入了 ISO 18553∶2002 修改單的內(nèi)容，與國際標(biāo)準(zhǔn)保持一致。根據(jù)國內(nèi)炭黑分散和顏料分散的檢測情況和經(jīng)驗制定本標(biāo)準(zhǔn)。與 GB/T 18251－2000 相比，GB/T 18251－2019 主要修改了試樣制備的質(zhì)量、厚度和幅寬的要求，增加了粒徑取整修約的要求。GB/T 18251－2019 標(biāo)準(zhǔn)中多處增加了試驗操作的注意事項、任何偏離試驗方法的細(xì)節(jié)以及可能影響結(jié)果的任何因素，更有利于規(guī)范試驗操作步驟，分析實(shí)驗結(jié)果，提高試驗數(shù)據(jù)的可比性，為推動炭黑分散和顏料分散檢測結(jié)果與國際統(tǒng)一做出突出貢獻(xiàn)。Q