郭中寶 關(guān)紅艷 郭子建 王明玉 李倩男 丁建軍

（中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024）

0 引言

針對(duì)2015年以來我國多地大面積爆發(fā)的“問題跑道”事件，教育部組織多方力量對(duì)原有GB/T 19851.11-2005《中小學(xué)體育器材和場地 第11部分：合成材料面層運(yùn)動(dòng)場地》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，形成了強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 36246-2018《中小學(xué)合成材料面層運(yùn)動(dòng)場地》（以下簡稱“新國標(biāo)”），該標(biāo)準(zhǔn)于2018年5月14日發(fā)布，2018年11月1日實(shí)施[1]。

無機(jī)填料和高聚物是新國標(biāo)中的兩個(gè)重要指標(biāo)。無機(jī)填料是合成材料面層的重要補(bǔ)強(qiáng)材料，適量添加對(duì)于合成材料面層整體性能的提升具有重要意義[2-3]。但一些生產(chǎn)者為了降低成本，可能過度添加無機(jī)填料，結(jié)果會(huì)使其物理性能下降，即便物理性能短時(shí)間能夠達(dá)到要求，其耐久性能無法得到保障。此外，彈性顆粒中無機(jī)填料過多會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)老化后的粉化現(xiàn)象，學(xué)生在運(yùn)動(dòng)和活動(dòng)中極易吸入粉化而形成的粉塵，對(duì)其帶來危害。無論是合成材料面層防滑膠粒，還是人造草填充合成材料顆粒，其彈性和抗老化性能除了與其中的無機(jī)填料含量相關(guān)外，還與其中的高聚物總量相關(guān)，對(duì)于同一種彈性顆粒，無機(jī)填料含量固定時(shí)，在一定含量范圍內(nèi)，高聚物總量越高，其彈性越好，抗老化性能也越好[4]。合成材料面層防滑膠粒和人造草填充合成材料顆粒直接暴露于大氣環(huán)境，是與人體直接接觸的固體原材料，通過高聚物總量的控制可以在一定程度上保障整個(gè)合成材料面層的物理性能和抗老化性能。

可以說，無機(jī)填料和高聚物兩個(gè)指標(biāo)對(duì)于控制合成材料運(yùn)動(dòng)場地面層的使用性能和抗老化性能具有重要意義，因此，新國標(biāo)充分借鑒國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的成功經(jīng)驗(yàn)[5-6]，規(guī)定除人造草以外的合成材料面層中無機(jī)填料含量應(yīng)≤65%；合成材料面層防滑膠粒和人造草填充彈性顆粒中聚合物總量應(yīng)≥20%。但新國標(biāo)執(zhí)行近兩年來，一些測試人員對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)測試方法的認(rèn)知存在誤區(qū)，測試結(jié)果不準(zhǔn)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。本文結(jié)合日常實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)無機(jī)填料含量和高聚物總量測試方法的要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析，以期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行者提供借鑒。

1 測試方法簡介

新國標(biāo)規(guī)定，無機(jī)填料含量的測定“按照GB/T 4498.1-2013方法A的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)溫度（550±25）℃，測得的灰分含量作為無機(jī)填料含量”；高聚物總量的測定“按照GB/T 14837.1和GB/T 14837.2的規(guī)定進(jìn)行”。

關(guān)于無機(jī)填料含量，行業(yè)中之前一直按照GB/T 22517.6-2011《體育場地使用要求及檢驗(yàn)方法 第6部分：田徑場地》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)采用的是熱重分析儀測定法，但考慮到該方法稱樣量過?。?0mg左右）[5]，對(duì)于本身不均勻的合成材料面層，很難保證取樣的代表性，因此新國標(biāo)按照熱失重（TG）儀器法的測試原理，采用稱樣量較大（1g～5g）的馬弗爐法進(jìn)行測試[7]。

關(guān)于高聚物總量，行業(yè)中俗稱含膠量，是橡膠測試中的常規(guī)指標(biāo)，其通過總有機(jī)物含量與溶劑抽提物含量的差值計(jì)算得到。高聚物總量在不同標(biāo)準(zhǔn)中的表述方式不盡相同，新國標(biāo)引用的兩個(gè)方法標(biāo)準(zhǔn)中，GB/T 14837.1-2014標(biāo)準(zhǔn)中表述為聚合物總量，GB/T 14837.2-2014標(biāo)準(zhǔn)中表述為總橡膠（烴）含量。

2 無機(jī)填料含量測試方法要點(diǎn)分析

2.1 測試對(duì)象

新國標(biāo)規(guī)定的無機(jī)填料含量針對(duì)的是除人造草面層以外的合成材料面層成品，固體原料不需要測試無機(jī)填料含量。

2.2 試樣均勻性

塑膠跑道和塑膠球場等合成材料面層由兩層或兩層以上的結(jié)構(gòu)組成，如緩沖層、加強(qiáng)層、防滑層等[8]，每層中的無機(jī)填料含量均不同，因此制備能夠代表合成材料面層整體的待測試樣非常重要。試樣制備時(shí)應(yīng)保證對(duì)試樣整體進(jìn)行冷凍研磨或剪裁，并充分混勻，而不應(yīng)只取部分厚度的面層進(jìn)行制樣。

2.3 干擾因素

新國標(biāo)為了統(tǒng)一控制尺度且便于執(zhí)行，規(guī)定將（550±25）℃灼燒所得的灰分含量作為無機(jī)填料含量，不考慮樣品中可能含有的無機(jī)配合劑和含鹵物質(zhì)對(duì)無機(jī)填料真值的影響，測試人員不應(yīng)人為按個(gè)人意志以扣除干擾的理由調(diào)整測試結(jié)果。

2.4 測試結(jié)果與實(shí)際投料的差異

成品中無機(jī)填料的來源并非都是人為添加，一些非無機(jī)填料組分（如無機(jī)配合劑）也可能貢獻(xiàn)無機(jī)填料，因此材料生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)重視這些因素對(duì)產(chǎn)品無機(jī)填料含量的影響，以實(shí)際測試結(jié)果為依據(jù)優(yōu)化配方，而不能想當(dāng)然認(rèn)為工廠的添加量就是測試所得的含量。

2.5 稱樣量

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，稱樣量取1～5g均可，雖然增大稱樣量可以降低樣品不均勻帶來的影響，但如果稱樣量過大，也易出現(xiàn)初期燃燒過于劇烈導(dǎo)致試樣損失或燃燒不完全問題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，稱樣1～2g即可保證測試結(jié)果的精密度要求，因此實(shí)際測試時(shí)不必稱取過多樣品，當(dāng)必須采取更大稱樣量時(shí)，應(yīng)關(guān)注坩堝大小的匹配和灼燒速度控制問題，以避免樣品濺出坩堝。

3 高聚物總量測試方法要點(diǎn)分析

3.1 測試對(duì)象

新國標(biāo)規(guī)定的高聚物總量針對(duì)的是合成材料面層防滑膠粒和人造草面層填充顆粒，合成材料面層成品和合成材料面層填充顆粒不需要測試高聚物總量。

3.2 測試結(jié)果與實(shí)際投料的差異

有觀點(diǎn)認(rèn)為配方中加入的橡膠原膠含量就應(yīng)是高聚物總量，這是錯(cuò)誤的。由于橡膠原膠純度、生產(chǎn)過程中的反應(yīng)及損耗、樣品均勻性、測試誤差等都可能導(dǎo)致最終產(chǎn)品的高聚物總量實(shí)際值低于理論計(jì)算值，因此生產(chǎn)者在投料計(jì)算時(shí)應(yīng)留出余量，并在測試確認(rèn)之后再確定配方。通常情況下，在高聚物理論計(jì)算用量基礎(chǔ)上多添加10%左右為宜。

3.3 所引用方法標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍

GB/T 14837.1標(biāo)準(zhǔn)的方法相對(duì)簡單，但只適用于烴類聚合物橡膠[9]，GB/T 14837.2標(biāo)準(zhǔn)的方法相對(duì)復(fù)雜，但可以適用于各種橡膠，是普適性方法[10]。測試人員應(yīng)根據(jù)材料類型選擇合適的方法，一般情況下，EPDM（三元乙丙橡膠）、烴類TPE（熱塑性彈性體）、IIR（丁基橡膠）顆?？蛇x擇GB/T 14837.1，聚氨酯（PU）、非烴類TPE應(yīng)選擇GB/T 14837.2，當(dāng)顆粒類型未知時(shí)，應(yīng)選擇GB/T 14837.2。

3.4 總有機(jī)物含量測試的稱樣量

高聚物總量為總有機(jī)物含量與溶劑抽出物量的差值，其中有機(jī)物總量測試采用的是熱重法，該方法一般稱樣量較小，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“試樣量應(yīng)按照儀器說明書規(guī)定，通常為4mg～10mg”[9-10]。由于有的彈性顆粒均勻性較差，稱樣量過小會(huì)造成測試結(jié)果離散，因此建議在儀器量程允許的范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)增加稱樣量。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的4mg～10mg只是通常建議值，可以稱取其他質(zhì)量，目前新的熱重分析儀一般都可以滿足更大稱樣量的測試需要。

3.5 GB/T 3516-2006標(biāo)準(zhǔn)中未明確事項(xiàng)的解決方案

GB/T 14837.1-2014標(biāo)準(zhǔn)的溶劑抽提物引用的是GB/T 3516-2006《橡膠 溶劑抽出物的測定》，而GB/T 14837.2-2014標(biāo)準(zhǔn)的溶劑抽提物引用的是ISO 1407：2011“Rubber - Determination of solvent extract”（橡膠 溶劑抽出物的測定）。兩個(gè)方法原理相同，但I(xiàn)SO 1407的規(guī)定更為詳細(xì)，更具有可操作性。對(duì)于GB/T 3516-2006標(biāo)準(zhǔn)未明確的內(nèi)容，測試人員可參考ISO 1407的規(guī)定，如抽提溶劑的選擇，GB/T 3516-2006標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一些材質(zhì)的橡膠（如EPDM和聚氨酯）未規(guī)定抽提溶劑[11]，則可參考ISO 1407：2011中表A.1的規(guī)定，（E）TPU和PU顆粒應(yīng)該用乙醇抽提，其他顆粒應(yīng)該用丙酮抽提[12]。

3.6 抽提方法的選擇

GB/T 3516-2006中的抽提方法分為方法A和方法B，方法A屬于直接測試法，為仲裁法，方法B為間接測試法，為快速法。日常很多顆粒需要使用丙酮作為抽提溶劑，但由于“當(dāng)用丙酮抽提時(shí)，部分丙酮會(huì)轉(zhuǎn)化為高沸點(diǎn)的二丙酮醇”[10]，造成使用仲裁法時(shí)引入的干擾較大，因此建議試驗(yàn)采用快速法。

3.7 不均勻顆粒的取樣

對(duì)于彩顆粒或由不同類型顆粒組成的混合顆粒，樣品往往均勻性很差，不能當(dāng)作一個(gè)樣品進(jìn)行測試。對(duì)于這種顆粒，要么按顏色或類型分別測試，要么指定某一顏色或類型進(jìn)行測試，并應(yīng)在測試報(bào)告中明示測試的顆粒顏色或類型。

4 總結(jié)與建議

無機(jī)填料含量和高聚物總量是合成材料面層運(yùn)動(dòng)場地檢測的重要指標(biāo)，對(duì)于保障運(yùn)動(dòng)場地的物理機(jī)械性能和耐久性能具有重要作用，這兩個(gè)指標(biāo)的準(zhǔn)確檢測對(duì)促進(jìn)行業(yè)的健康有序發(fā)展有重要意義。但由于新國標(biāo)出臺(tái)前，這兩個(gè)指標(biāo)在這一領(lǐng)域中很少被檢測，導(dǎo)致無論測試人員還是生產(chǎn)企業(yè)都對(duì)其測試方法的理解不夠深入，造成方法執(zhí)行上的一些誤區(qū)。因此，建議相關(guān)測試人員領(lǐng)會(huì)方法的操作細(xì)節(jié)，加強(qiáng)人員間或?qū)嶒?yàn)室間比對(duì)，保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確；建議生產(chǎn)企業(yè)在理解測試方法原理和影響因素的基礎(chǔ)上，優(yōu)化產(chǎn)品配方，生產(chǎn)出高質(zhì)量的合格產(chǎn)品。