ISO 9924 橡膠及橡膠製品－熱重法測定硫化及未硫化化合物的組成

國際標準化組織（ISO）發布的「ISO 9924 橡膠及橡膠製品－用熱重法測定硫化和未硫化化合物的成分」標準由以下幾個以相同標題發布的子章節組成：

• 標準「ISO 9924-1 第1部分：丁二烯、乙烯-丙烯共聚物和三元共聚物、異丁烯-異戊二烯、異戊二烯和苯乙烯-丁二烯橡膠」描述了一種熱重分析法，用於測定硫化和未硫化化合物中的總有機物含量、炭黑含量和灰分含量。 300攝氏度下的質量損失可作為化合物揮發性物質含量的近似參考值。

本方法適用於分析含有以下橡膠成分的橡膠化合物和硫化橡膠，無論這些橡膠成分是單獨存在還是以混合物的形式存在：

• 天然或合成來源的聚異戊二烯
• 聚丁二烯
• 苯乙烯-丁二烯共聚物
• 異丁烯-異戊二烯共聚物
• 乙烯-丙烯共聚物和相關的三元共聚物。

此方法的應用範圍也可擴展至分析含有與此處所述橡膠不同的化合物，前提是已事先使用已知化合物或成分相似的硫化劑對該方法的適用性進行了測試。其他化合物的分析方法請參考 ISO 9924-2 標準。

原則上，稱量後的測試樣品在氮氣流下，依照預定程序從70℃加熱至300℃，並在300℃下保持10分鐘。質量損失大致反映了在300℃下可揮發的非橡膠有機物的總含量。通常，該值與溶劑萃取物的值並不等同。

然後，在氮氣流下將爐溫升至 550 度，並保持 15 分鐘。未蒸餾的有機物和聚合物在 300 度下透過蒸餾去除，70 度至 550 度之間的質量損失代表了有機物的總含量。

在氮氣流下，爐溫降至300度，然後將氣體由氮氣切換為空氣、氧氣或空氣與氧氣的混合氣體。接著，爐溫升至650度，並在此溫度下保持15分鐘，或直至不再觀察到質量損失。炭黑燃燒，在650度氧化氣氛下的質量損失即為炭黑含量。在850度時，如果存在石墨，則在整個過渡過程中確保氣體流量平衡，以避免浮力效應。

650 度時的殘渣質量代表灰分（如果存在石墨，則為 850 度）。

• 標準「ISO 9924-2 第2部分：丙烯腈-丁二烯橡膠和鹵代丁基橡膠」描述了一種熱重分析法，用於測定硫化和未硫化化合物中的總有機物含量、炭黑含量、碳質殘渣和灰分含量。這些化合物中含有在熱解過程中會形成碳質殘渣的聚合物。約攝氏300度時的質量損失可作為化合物揮發性物質含量的近似參考值。

本方法適用於分析含有烴類聚合物和共聚物的橡膠化合物和硫化膠，這些聚合物和共聚物在熱解過程中會形成碳質殘留物，如 ISO 9924-1 標準所述：

• 丙烯腈-丁二烯共聚物
• 羧基化丙烯腈-丁二烯共聚物
• 氫化丙烯腈-丁二烯共聚物
• 氯化異丁烯-異戊二烯共聚物
• 溴化異丁烯-異戊二烯共聚物

原則上，稱重後的測試樣品在氮氣流下，按照預定的程序從40攝氏度加熱至600攝氏度，直至所有有機物完全熱解。如果存在丁腈共聚物，則少量聚合物會發生熱解，形成碳質殘渣，需要對該殘渣進行鑑定才能獲得正確的總有機物含量。

為此，在氮氣流下將爐溫降至400攝氏度，並維持5分鐘。然後將氣體由氮氣改為空氣或氧氣，並將爐溫緩慢升高至800攝氏度。在氧化氣氛下加熱過程中，由於燃燒會產生兩種不同的質量損失。第一種損失是由於碳質殘渣的燃燒造成的，其量需與先前在氮氣氣氛下於600攝氏度測得的損失相加，才能得到總有機物的正確值。第二種損失是由於炭黑的正常燃燒所造成的。

總橡膠含量是透過從總有機物含量中減去根據 ISO 1407 標準確定的溶劑萃取物的值來計算的，前提是除橡膠以外的所有成分都是可提取的。

在 800 度時，殘渣的質量代表灰燼。

• 標準「ISO 9924-3 第3部分：萃取後的碳氫化合物橡膠、鹵化橡膠和聚矽氧烷橡膠」描述了一種用於測定橡膠化合物主要成分（例如彈性體、炭黑和礦物填料）的熱重分析方法。此方法能夠產生被測材料的特徵譜圖。然而，分析結果並非總是與橡膠的理論化學式完全吻合。

此方法適用於生膠或複合膠、硫化膠和未硫化膠，但需經過預先萃取處理。

此方法適用於單獨使用或與其他材料混合使用的烴基橡膠。對於混合橡膠，聚合物含量即為總橡膠含量，通常無法辨識單一聚合物。

此方法適用於鹵代烴基橡膠或含氮橡膠及其共混物。然而，這些橡膠通常會形成碳質殘留物，阻礙分析。採用適當的操作步驟可以最大限度地減少這些障礙。

此方法也適用於具有聚矽氧烷主鏈的橡膠以及上述未列出的橡膠。

原則上，稱量好的測試樣品在已知氣氛下依照預定程序加熱。首先，在惰性氣氛（氮氣）中進行熱解，然後在氧化氣氛中進行燃燒。通常引起質量變化的反應是分解、氧化或組成汽化反應。質量損失隨溫度的變化可得到定量可用的熱分析圖，該圖指示材料的特徵性質。

簡而言之，ISO 9924 是一項國際標準，它定義了一種熱重分析 (TGA) 方法，用於測定硫化橡膠（硫化物）和未硫化橡膠化合物的成分。它透過監測受控加熱和質量損失來測量基本成分：

• 總有機物含量（聚合物+油脂+有機添加劑）
• 炭黑含量（最常見的增強填料）
• 灰分（無機填料，例如二氧化矽和氧化鋅）
• 在某些部分，存在源自某些聚合物的碳質殘留物。

橡膠化合物是複雜的混合物，在大多數情況下，尤其是在硫化之後，其確切配方無法透過目測或簡單的化學測試可靠地得知。

制定這項標準有幾個關鍵的實際原因：

• 生產過程中的品質控制：確保每批產品都含有預期數量的昂貴炭黑和聚合物。微小的偏差都會導致機械性質（撕裂強度、耐磨性、保溫性）發生顯著變化。
• 故障排除：當輪胎、密封件、軟管、皮帶或防震部件過早失效時，製造商和最終用戶會分析競爭對手或退回的零件，以確定錯誤的配方（炭黑太少、聚合物混合物不正確、填料過於廉價）是否是造成問題的原因。
• 逆向工程與競爭分析：在橡膠產業非常普遍，公司都想知道競爭對手大致在使用什麼。
• 供應商驗證和來料檢驗：大型買家（汽車原始設備製造商、輪胎製造商）要求供應商證明所交付的化合物符合約定的成分。
• 全球實驗室間的一致性：由於缺乏標準化的熱重分析（TGA）程序（升溫速率、溫度階躍、氮氣到氧氣氣氛的轉換、計算方法），不同實驗室對同一樣品測得的炭黑含量可能存在巨大差異（導致商業交易中的爭議）。 ISO 9924 標準為所有實驗室提供統一的實驗方案，確保結果的可比較性和可重複性。

因此，橡膠產業需要一種快速、可重複且國際認可的方法來測量硫化橡膠和未硫化橡膠中最關鍵的成分，特別是炭黑和聚合物含量，以用於品質保證、失效分析和公平貿易實踐。 ISO 9924 標準在這方面至關重要。

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