一、编制说明与适用范围

本白皮书面向聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯塑料及电缆料、光缆护套料的生产与使用单位，说明恒美智造炭黑含量测试仪 HM-CN2 与 HM-CN1 的测定原理、系统构成、技术参数与使用条件，供选型、验收与日常使用参考。文中涉及的方法标准编号与版本以现行有效版本为准，使用方应在检测前核对标准状态。氮气排空时间要足，切换到含氧气氛之前需确认炉管内的空气已经排尽。恒美智造炭黑含量测试仪采用智能化可编程控温，可设置任意组加热时间段，适配不同塑料基体的热解要求。

炭黑含量是塑料制品的重要技术指标，含量的多少对材料的硬度、弹性、耐磨、绝缘性都有一定的影响。在管材与电缆料中，它同时关系到制品的抗紫外老化能力与使用寿命，因此需要按批次监测。本白皮书所描述的仪器，就是把这一指标的测定过程固化为一套可重复的设备动作。热解结束后切换到含氧气氛继续灼烧，直至炭黑完全氧化，剩余的无机物即为灰分。热解后残渣质量减去灰分质量，即可得到炭黑的质量并换算成以百分比表示的含量。

恒美智造炭黑含量测试仪适用聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯塑料中炭黑含量的测定，炭黑的测试通过试样在氮气保护下高温分解后的重量分析得到。两个型号的差别主要在炉管尺寸、炉门结构与整机尺寸，测定原理与温控平台一致，因此本白皮书除参数对照部分外，方法与系统描述对两个型号均适用。建议每批次安排平行样测定，用平行结果之间的极差判断本次试验是否有效。

二、测定方法的基本原理

测定建立在高温热解与准确称量的基础之上。试样按规定称取后放入炉管，先通入氮气排尽空气；在惰性气氛下升温至规定温度并恒温，塑料基体受热分解挥发，炭黑与无机填料保留在残渣中；随后切换到含氧气氛继续灼烧，残渣中的炭黑被氧化逸出，剩余的无机物即为灰分。把热解后的残渣质量减去灰分质量，即可得到炭黑质量并换算成百分比。平行样极差明显偏大时，应先排查试样位置、装样方式与气路条件三个环节。

整个过程的准确性取决于三项条件：热解温度是否足够高、恒温时间是否足够长、氮气气氛是否足够纯净。温度不足或时间不够，热解不彻底会让炭黑含量偏高；氮气纯度不足或排空时间不够，残留氧会提前氧化炭黑使结果偏低。恒美智造炭黑含量测试仪的工作温度覆盖室温~1200 ℃，温度传感器灵敏度为 0.01 ℃，气路为两路控制，可分别提供氮气保护与含氧灼烧两种气氛。

在数据计算环节，HM-CN2 可以在屏幕上填写相应的数据，由仪器直接算出炭黑含量百分比和灰分含量百分比，并自带打印功能方便用户打印测试报告。这种把计算与出报告一并内置的做法，减少了人工换算环节，也降低了抄录出错的可能。试验结束后应待炉温下降再取出试样，操作时应佩戴防护手套，避免高温烫伤。每次试验后应清理炉管与炉膛内的残余物，残炭会影响下一次试样的受热条件。

表1 炭黑含量的测定原理与检测链路

表注：炭黑含量由试样在氮气保护下高温分解后的重量分析得到，热解与灼烧两个气氛阶段必须分明。

三、系统构成与工作过程

仪器由加热系统、炉体与炉管系统、控温系统、气路系统、计量与显示系统以及输出系统组成。加热元件为高温合金丝，加热区长度为 200 mm，恒温区长度为 100 mm；控温系统采用智能化可编程控制，可以设置任意组不同加热时间段；气路系统为两路控制，用于氮气保护与含氧灼烧的切换。炉管属易损件，应避免碰撞与骤冷骤热，清理时应待其自然冷却后再进行操作。

工作过程从装样开始。试样放入炉管并置于恒温区后，通入氮气排空，按设定程序升温至热解温度并恒温；热解结束后切换到含氧气氛继续升温灼烧，直至炭黑完全氧化；待炉温下降后取出试样冷却称量，由仪器计算并输出结果。运行过程中，操作人员可以在屏幕上查看所设定的参数及升温或恒温的时间。热电偶应避免弯折与腐蚀，长期不用时应加保护套存放，避免磕碰造成示值偏移。

HM-CN2 的炉门结构为自动上升开启，炉门自动提升可以加速散热的速度，避免人为操作的烫伤，也方便放置试样和确定试样的位置；HM-CN1 采用加热炉体和控制系统一体化设计，方便用户的仪器管理，同时具有极佳的恒温功能并可设定恒温时间，参数显示全面，能够显示设置组数、理论温度、实际温度以及升温或恒温时间。建议每月清洁热电偶与炉管外壁，并清扫机箱散热孔的积尘，保持通风散热良好。

表3 恒美智造炭黑含量测试仪系统组成

表注：各子系统协同工作，任一环节状态异常都会反映在炭黑含量结果上。

四、技术参数汇总

HM-CN2 与 HM-CN1 的工作温度均为室温~1200 ℃，传感器灵敏度均为 0.01 ℃，加热区长度均为 200 mm，恒温区长度均为 100 mm，气路控制均为两路，显示方式均为 8 寸电容式触摸屏，工作电源均为 AC 220 V／50 Hz／60 Hz。两个型号共用同一套控温平台，温度程序的设定方式与运行逻辑一致。建议每季度核查炉温示值与升温速率，偏差超出内部规定范围时安排校准。

两个型号的差异主要体现在结构尺寸上。HM-CN2 炉管尺寸为 Φ40×610 mm，整机尺寸 400×520×410 mm、重量 24 kg，含包装尺寸 500×560×560 mm、重量 28 kg；HM-CN1 炉膛尺寸为 Φ31×300±5 mm，整机尺寸 400×500×360 mm、重量 20 kg，含包装尺寸 460×560×420 mm、重量 24 kg。炉管尺寸决定了单次可容纳的试样量，整机尺寸则决定了台面占用与搬运方式。

市场价方面，HM-CN2 为 25000 元，HM-CN1 为 12000 元。价格差异来自炉门结构、炉管尺寸、屏幕计算与打印功能等配置差别。使用方在选型时，建议按检测频次、单次称样量与是否需要现场打印报告这三项条件来判断。建议每季度在恒温区内多点测温，确认不同位置的温度差异在允许范围内。建议每年用有证标准样品做一次期间核查，并把核查结果与结论归档保存。

表3 恒美智造炭黑含量测试仪 HM-CN2 与 HM-CN1 整机技术参数表

表注：以上参数依据恒美智造产品资料整理。两个型号共用控温平台与 8 寸触摸屏，差别主要在炉管尺寸、炉门结构与整机尺寸。

五、使用条件与环境要求

仪器使用 AC 220 V／50 Hz／60 Hz 电源，电压波动较大时建议配置稳压电源。建议的环境温度为 15~30 ℃，相对湿度低于 80%，避免电气部件受潮。仪器应安放在水平、稳固、通风良好的台面上，远离可燃物与强电磁干扰源，试验过程应保持室内通风，使热解产物能够及时排出。把校准记录、期间核查记录、检测原始记录与报告一并保存，数据才具备追溯基础。

气源方面，需准备规定纯度的氮气与洁净干燥的压缩空气，避免残留氧影响热解结果。装样前应确认炉管无裂纹、无异物，必要时更换；试样的称取量按标准规定执行，试样量过大会延长热解时间，也会加大恒温区内外的温差影响。恒美智造炭黑含量测试仪适用于塑料管材、电缆料、光缆护套料、炭黑母粒与科研检测等场景。在管材生产企业，仪器用于出厂检验与批次分级，帮助控制批次之间的炭黑含量波动。

长期停用前应取出炉管、清洁炉膛并断开电源，重新启用前检查炉管、热电偶与电气接线。把这些条件与动作写入实验室的作业规程，可以让不同操作人员之间保持一致的操作方式，从而保证炭黑含量数据的可比性。在电缆料与光缆护套料生产企业，仪器用于控制与耐候性能相关的炭黑含量指标。在母粒与改性料企业，仪器用于评价炭黑配比与分散工艺的稳定性。在第三方检测机构，仪器用于按标准方法出具炭黑含量与灰分数据。

六、方法依据与文件体系

本机依据的方法标准包括 ASTM D1603-2012 等电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法等相关测试标准、GB/T 2951.41-2008 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法、GB/T 3515-2005 橡胶炭黑含量的测定（热解法）以及 GB-T 13021-1991 聚乙烯管材和管件炭黑含量的测定（热失重法）。其中热解法给出了通用的热解重量分析路径，热失重法则直接对应聚乙烯管材与管件类样品。

围绕这些标准，使用方通常需要建立四类文件：作业规程（规定取样、称量、装样、程序设定与气氛切换的具体动作）、设备档案（记录安装、校准与维护情况）、检测记录（记录试样编号、试验条件与测得值）以及期间核查记录（记录标准样品比对结果）。四类文件共同构成数据可追溯的基础。在科研单位，仪器用于比较不同配方与加工工艺对炭黑含量的影响。不同批次之间存在一定差异属于正常现象，只有在相同条件下的平行测定出现明显离散时才需要排查。

恒美智造随设备提供说明书、合格证与保修卡，并提供安装视频与视频教程库，帮助使用方建立上述文件体系。对于承担对外检测任务的机构，建议在投用前完成一次方法确认，把典型试样的重复性数据一并留档。炭黑含量数据与灰分、水分等指标配合使用，能更完整地反映材料的质量状态。检测记录应包含试样编号、检测时间、依据标准、试样质量、温度程序编号与测得值。

恒美智造官方网站：

www.hmdzkj.cn

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