沥青抗老化性能的研究
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收稿日期：!’’9;’D;’H 作者简介：闫锋（9H((;），男，河北承德，实验师。 基金项目：中石化集团公司资助课题（)9’’’’=）。
将渣油软化点，针入度对切割温度作图，如图9 所示。从图9可知其软化点与切割温度之间呈线性 关系，针入度与切割温度之间呈指数关系。其回归
方程及相关系数列于表!。
7
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!（胶 质），E <=%!:>’%D!>9%:(><%(<>(%<’
!（沥青质），E <%<< <%:’ <%D’ <%D> >%<>
9 辽曙一区F块沥青性质评价
9HH(年，本实验室对辽曙一区原油进行了综合 评价，此次为考察沥青的抗老化性能，抚顺防水材料
化指数越大的沥青，抗老化性能越差。
关键词： 重交通道路沥青；抗老化性能；回归方程；老化指数；胶体不稳定指数
中图分类号：43(!(%=A
文献标识码：-
近年来我国公路建设取得了巨大成就，但公路 尤其是高速公路的发展目前还远远满足不了国民经 济发展的需要 。交通部根据中央制定的国民经济 和社会 发 展 战 略 部 署，制 定 了 国 道 主 干 线 发 展 规 划［9;<］。到!’’’年底，我国高速公路通车里程已突 破9’’’’BC，在已建成的高速公路中其中D:E采 用的是沥青混凝土路面，而且在以后的公路建设中 仍以沥青路面为主。但长期以来，用普通沥青代替 道路沥青，即使是优质沥青也因其抗老化性能差，易 变形，产生 裂 缝 而 缩 短 路 面 使 用 寿 命，增 加 养 护 费 用［>;(］。沥青抗老化性能是影响沥青路面路 用 性 能的主要因素，系统评价国产沥青的抗老化性能，揭 示沥青老化的本质对沥青的使用和生产具有一定的 指导意义；本文对辽曙一区 F 块原油调和的 GF／ 49:9=’;H>标准 -1;D’牌号沥青进行了综合评 价，所建立的回归方程对沥青工业的生产具有一定 的指导意义。
抚顺石油学院学报
第00卷
针入度’,#-)../ 软化点’(
针入度’,#-)../ 软化点’(
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切割温度’(
图) 渣油切割温度与针入度、软化点的关系
表0 软化点、针入度与切割温度的数学模型
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沥青质含量变化率，"
图) 沥青质含量变化率与针入度变化率关
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7;7= 7;7> 7;:8 7;:< 7;87 7;8= 沥青质含量变化率，"
有限公司提供了辽曙一区 F 块原油。:年多来，由 于地层结构发生了变化，辽曙一区原油的性质也发
生了一些变化，为此，重新对辽曙一区 F 块原油进 行了切割分析。辽曙一区 F块原油渣油性质如表9 所示。
表9 辽曙一区F块原油渣油性质
性质
切 割 温 度／? "<:’ "<=’ ">’’ ">!’ ">:’
和剂加入量的变化趋势，如图0所示。调和剂加入 量与针入度，软化点的回归方程及相关系数列于表
=。 从图0可见，随着调和剂加入量的增加，针入度
增加，软化点降低，它们与调和剂加入量具有很好的
线性关系。由表=可知，置信度分别达到了34>>05 和34>87=，在实验范围内，未发现针入度和软化点 的突变范围。在加入调和剂后，针入度迅速上升，而
使用性能关系的回归方程。实验结果表明：所建立的切割温度与针入度、软化点关系及调和剂用量与针入度、软化
点关系的回归方程对沥青工业生产和使用具有一定的指导意义。沥青老化后针入度明显降低、软化点升高、延度变
差。沥青质含量变化最快的道路沥青抗老化性能最差；胶体不稳定指数越小，胶体结构越稳定，抗老化性能越好；老
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图! 胶体不稳定指数与沥青质变化率的关系
从图!可以看出，!* 值越大，沥青胶体越不稳 定，沥青质变化率也就越大。相对应的针入度变化
率也越大，软化点升高幅度也就越明显。根据胶体
不稳定指数推断，这!种道路沥青的抗老化顺序为 ：+!1!3!4!5，这与前面的结果相吻合。而且 !* 与其它评价沥青抗老化性能指标相比，更为直接 和明显。因此，在研究沥青老化时，可用!* 来评价 其抗老化性能。
沥青抗老化性能的研究
闫 锋， 魏 毅， 戴跃玲， 杨 鹏， 刘道胜， 廖克俭
（抚顺石油学院石油化工分院，辽宁抚顺 99<’’9）
摘 要： 制备了:种牌号的重交通道路沥青，并通过薄膜烘箱（9(< ?，:@）实验前后正戊烷沥青质含量的变 化及胶体不稳定指数和老化指数比较了它们的抗老化性能，同时建立了辽曙一区原油的切割温度及调和剂用量与
为了比较这!种道路沥青的抗老化性能，本文 考察了老化过程中不同基质沥青的沥青质含量变化 率对使用性能的影响。其结果如图) 、图/。
由图)、/可知，在不同的沥青质变化率下，使用 性能的变化率也是各不相同的，沥青质变化率越大 的沥青，针 入 度、软 化 点 的 变 化 率 相 应 也 就 变 化 越 大。从表!看出这!种基质沥青的抗老化顺序为： +!1!3!4!5。因此，可以把沥青质变化率作为 评价沥青抗老化性能的一个指标。沥青的使用性能 与沥青质的含量有密切关系，或者说，沥青质是影响 沥青使用性能的主要因素。只要考察沥青老化前后
软化点则缓慢下降，在考虑到既经济又能使软化点
符合标准的情况下，可以找到所加调合剂的最佳比
例。从以上结果可知，采用大于@33 (减压渣油作
为基础油，向 其 中 加 入 ?J 的 调 和 油 即 可 制 得 符 合 HI<?3牌号道路沥青。
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延度（52(）／M. #523 #523 #523 #523 #523
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!（胶 质），(
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越趋于 凝 胶 型，沥 青 的 胶 体 结 构 越 不 稳 定。NOPB@Q CEK@R（!*）也称为胶体不稳定指数。JCKKCLMC将其定 义为：饱和分含量S沥青质含量／胶质含量S芳香分 含量。为了进一步了解老化过程，考察了胶体不稳
定指数同沥青质变化率的关系，如图!所示。
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由表!可知，沥青老化后针入度降低，软化点升 高，延度降低，沥青质含量增加。由于每种沥青的质 量损失都很小，其中沙中减渣质量反而增加，由此可 见道路沥青的老化主要原因不是轻组分的挥发，而 是由于高温下氧的介入，使沥青的胶体结构变差，导 致使用性能变差。在高温氧化过程中芳构化，分子 间氧化脱 氢 缩 合，氧 与 烃 类 物 质 反 应 生 成 羧 酸、酚 类、酮类和酯类等物质，其中以酯类为主，酯也可以 相互结合而向高分子转化，最后生成沥青质。酯转 化反应在低氧化温度下进行，而在较高的温度下，则 以脱氢缩合反应为主。
第!!卷第!期 !’’!年(月
抚顺石油学院学报 )*+,&-. */ /+01+& 234,*.3+5 6&0464+43
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文章编号：9’’:;<==<（!’’!）’!;’’’:;’>
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!［沥青质（正戊烷）］，( 5>)?@57)725@)@057)?557)=8
不稳定指数（*M） 3408534=@734=25?34=?@34=82
注：H—沙中减渣；C—辽河沥青；K—辽曙一区 C块减 渣 ；1—鞍山减渣 HI<?3；L—鞍山减渣 HI<>3。
项目
模型
相关系数 偏差 （!） （"1）
针入度（02(）／ 53430627458·
（345..） 9:;［<（#<=23）／2>］ <
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软化点／(
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注：# 为切割温度。
研究认为对于直馏渣油和沥青软化点符合下 式［?］：
$ABCD%&’
（5）
式中：$ABC———软化点（环球法）；
图/ 沥青质变化率与软化点变化率的关系
沥青质含量的变化率，就可以评价沥青抗老化性能
的好坏。
($( 不稳定指数对沥青抗老化性能的评价 不同的基质沥青由于软沥青质对沥青质胶溶度
的差异，其老化过程中就表现为不同的抗老化性能，
软沥青质 使 沥 青 质 溶 解 分 散 的 能 力 称 作 胶 溶 能 力
（?@ABCDCEFAGH@I），胶 溶 能 力 越 好，沥 青 就 越 稳 定， 抗老化能力也就越强。JCKKCLMC［.］研究认为 NOPB@Q CEK@R（!*）能 很 好 的 反 映 沥 青 的 胶 溶 能 力 及 沥 青 薄 膜烘箱老化过程中胶体性能的变化，其值越大，沥青
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针入度变化率，" 沥青质含量变化率，"
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($) 老化指数对沥青抗老化性能的评价
[
抚顺石油学院学报
第QQ卷
粘度也是评价沥青使用性能的一个关键指标。 沥青胶溶程度的变化可以从粘度的变化反映出来， 也有 研 究 表 明，沥 青 质 含 量 对 粘 度 的 影 响 很 大， !"#$%&’(%’( 认为 沥 青 质 含 量 的 增 加 是 沥 青 粘 度 增 加的主要原因。)*++,研究认为沥青的粘度能反映 出羟基化合物的含量，因此，研究老化前后粘度的变 化对研究沥青的老化过程具有重要意义。本文测定 了沥青老化前后粘度的变化。如果把老化后的粘度 与老化前的粘度比定义为老化指数，则通过老化指 数可以反映出不同基质沥青老化速度的快慢。如果 以沥青的老化指数为横坐标，以沥青质含量的变化 率为纵坐标，研究发现，这一结果与实验所测得的抗 老化性能顺序一样，因此，采用老化指数来评价沥青 的抗老化性能是可行的。老化指数与沥青质含量变 化率的关系如图-所示。
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图& 调合剂加入量与针入度、软化点的关系
表= 辽C原油渣油调和剂加入量与 针入度，软化点的数学模型
项目
模型
相关系数（!） 偏差（"1）
针入度（02 (）／ （345..） 2472#6=0477
34>>05
34@7?0
软化点／( <5408#62=42? <34>87= 注：# 为调和剂加入量。
340@27
0 沥青抗老化性能的考察
045 老化前后沥青质变化率对使用性能的影响 2种重交通道路沥青的基本性质如表@所示。
表@ 2种沥青的使用性质（老化前）
项目
HCK1L
针入度（52(）／（345..）02 03 0@ 0= =2
针入度（02(）／（345..）7? 77 ?0 7? 8>
针入度（=3(）／（345..）557 53@ 552 55> 5?7
国内外研究表明，沥青老化后沥青质含量增加，
使用性能变差，因此，又对各种沥青薄膜烘箱老化后
第(期
闫 锋等$沥青抗老化性能的研究
2
软化点变化率，"
使用性质进行了考察，如表!所示。
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表! 沥青老化后的性质
$
减 !（质量 针入度／（#$%&&）软化点／ 延度（%! !（沥青 渣 损失），" %!’(!’)# ’ ’ ’）／*& 质），"
& ———针入度（02(）；
’，% ———与原料有关的常数。
将方程两边取对数得：EFG$ABCD’EFG&6EFG%
代入表5的数据，可得辽曙一区 C块原油沥青的针
入度与软化点之间的关系为：
EFG$ABCD54>8?5<3458=5EFG& （0） 从表5 可 知，以 上 几 个 温 度 下 渣 油 均 不 符 合 HI<?3 牌号标准。为 使 其 满 足 HI<?3 牌 号 标 准，须向其中加入调和剂，其中针入度，软化点随调
将渣油软化点，针入度对切割温度作图，如图9 所示。从图9可知其软化点与切割温度之间呈线性 关系，针入度与切割温度之间呈指数关系。其回归
方程及相关系数列于表!。
7
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9 辽曙一区F块沥青性质评价
9HH(年，本实验室对辽曙一区原油进行了综合 评价，此次为考察沥青的抗老化性能，抚顺防水材料
化指数越大的沥青，抗老化性能越差。
关键词： 重交通道路沥青；抗老化性能；回归方程；老化指数；胶体不稳定指数
中图分类号：43(!(%=A
文献标识码：-
近年来我国公路建设取得了巨大成就，但公路 尤其是高速公路的发展目前还远远满足不了国民经 济发展的需要 。交通部根据中央制定的国民经济 和社会 发 展 战 略 部 署，制 定 了 国 道 主 干 线 发 展 规 划［9;<］。到!’’’年底，我国高速公路通车里程已突 破9’’’’BC，在已建成的高速公路中其中D:E采 用的是沥青混凝土路面，而且在以后的公路建设中 仍以沥青路面为主。但长期以来，用普通沥青代替 道路沥青，即使是优质沥青也因其抗老化性能差，易 变形，产生 裂 缝 而 缩 短 路 面 使 用 寿 命，增 加 养 护 费 用［>;(］。沥青抗老化性能是影响沥青路面路 用 性 能的主要因素，系统评价国产沥青的抗老化性能，揭 示沥青老化的本质对沥青的使用和生产具有一定的 指导意义；本文对辽曙一区 F 块原油调和的 GF／ 49:9=’;H>标准 -1;D’牌号沥青进行了综合评 价，所建立的回归方程对沥青工业的生产具有一定 的指导意义。
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第00卷
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图) 渣油切割温度与针入度、软化点的关系
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有限公司提供了辽曙一区 F 块原油。:年多来，由 于地层结构发生了变化，辽曙一区原油的性质也发
生了一些变化，为此，重新对辽曙一区 F 块原油进 行了切割分析。辽曙一区 F块原油渣油性质如表9 所示。
表9 辽曙一区F块原油渣油性质
性质
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和剂加入量的变化趋势，如图0所示。调和剂加入 量与针入度，软化点的回归方程及相关系数列于表
=。 从图0可见，随着调和剂加入量的增加，针入度
增加，软化点降低，它们与调和剂加入量具有很好的
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使用性能关系的回归方程。实验结果表明：所建立的切割温度与针入度、软化点关系及调和剂用量与针入度、软化
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差。沥青质含量变化最快的道路沥青抗老化性能最差；胶体不稳定指数越小，胶体结构越稳定，抗老化性能越好；老
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图! 胶体不稳定指数与沥青质变化率的关系
从图!可以看出，!* 值越大，沥青胶体越不稳 定，沥青质变化率也就越大。相对应的针入度变化
率也越大，软化点升高幅度也就越明显。根据胶体
不稳定指数推断，这!种道路沥青的抗老化顺序为 ：+!1!3!4!5，这与前面的结果相吻合。而且 !* 与其它评价沥青抗老化性能指标相比，更为直接 和明显。因此，在研究沥青老化时，可用!* 来评价 其抗老化性能。
沥青抗老化性能的研究
闫 锋， 魏 毅， 戴跃玲， 杨 鹏， 刘道胜， 廖克俭
（抚顺石油学院石油化工分院，辽宁抚顺 99<’’9）
摘 要： 制备了:种牌号的重交通道路沥青，并通过薄膜烘箱（9(< ?，:@）实验前后正戊烷沥青质含量的变 化及胶体不稳定指数和老化指数比较了它们的抗老化性能，同时建立了辽曙一区原油的切割温度及调和剂用量与
为了比较这!种道路沥青的抗老化性能，本文 考察了老化过程中不同基质沥青的沥青质含量变化 率对使用性能的影响。其结果如图) 、图/。
由图)、/可知，在不同的沥青质变化率下，使用 性能的变化率也是各不相同的，沥青质变化率越大 的沥青，针 入 度、软 化 点 的 变 化 率 相 应 也 就 变 化 越 大。从表!看出这!种基质沥青的抗老化顺序为： +!1!3!4!5。因此，可以把沥青质变化率作为 评价沥青抗老化性能的一个指标。沥青的使用性能 与沥青质的含量有密切关系，或者说，沥青质是影响 沥青使用性能的主要因素。只要考察沥青老化前后
软化点则缓慢下降，在考虑到既经济又能使软化点
符合标准的情况下，可以找到所加调合剂的最佳比
例。从以上结果可知，采用大于@33 (减压渣油作
为基础油，向 其 中 加 入 ?J 的 调 和 油 即 可 制 得 符 合 HI<?3牌号道路沥青。
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@248 @245 @@47 @24? @=42
延度（52(）／M. #523 #523 #523 #523 #523
!（饱和分），( 50)3@05)2200)7805)7700)2?
!（芳香分），( @>)72=2)@20@)>8=5)>0=0)@7
!（胶 质），(
08)53=8)83@>)33=>)27=8)87
越趋于 凝 胶 型，沥 青 的 胶 体 结 构 越 不 稳 定。NOPB@Q CEK@R（!*）也称为胶体不稳定指数。JCKKCLMC将其定 义为：饱和分含量S沥青质含量／胶质含量S芳香分 含量。为了进一步了解老化过程，考察了胶体不稳
定指数同沥青质变化率的关系，如图!所示。
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由表!可知，沥青老化后针入度降低，软化点升 高，延度降低，沥青质含量增加。由于每种沥青的质 量损失都很小，其中沙中减渣质量反而增加，由此可 见道路沥青的老化主要原因不是轻组分的挥发，而 是由于高温下氧的介入，使沥青的胶体结构变差，导 致使用性能变差。在高温氧化过程中芳构化，分子 间氧化脱 氢 缩 合，氧 与 烃 类 物 质 反 应 生 成 羧 酸、酚 类、酮类和酯类等物质，其中以酯类为主，酯也可以 相互结合而向高分子转化，最后生成沥青质。酯转 化反应在低氧化温度下进行，而在较高的温度下，则 以脱氢缩合反应为主。
第!!卷第!期 !’’!年(月
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不稳定指数（*M） 3408534=@734=25?34=?@34=82
注：H—沙中减渣；C—辽河沥青；K—辽曙一区 C块减 渣 ；1—鞍山减渣 HI<?3；L—鞍山减渣 HI<>3。
项目
模型
相关系数 偏差 （!） （"1）
针入度（02(）／ 53430627458·
（345..） 9:;［<（#<=23）／2>］ <
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注：# 为切割温度。
研究认为对于直馏渣油和沥青软化点符合下 式［?］：
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（5）
式中：$ABC———软化点（环球法）；
图/ 沥青质变化率与软化点变化率的关系
沥青质含量的变化率，就可以评价沥青抗老化性能
的好坏。
($( 不稳定指数对沥青抗老化性能的评价 不同的基质沥青由于软沥青质对沥青质胶溶度
的差异，其老化过程中就表现为不同的抗老化性能，
软沥青质 使 沥 青 质 溶 解 分 散 的 能 力 称 作 胶 溶 能 力
（?@ABCDCEFAGH@I），胶 溶 能 力 越 好，沥 青 就 越 稳 定， 抗老化能力也就越强。JCKKCLMC［.］研究认为 NOPB@Q CEK@R（!*）能 很 好 的 反 映 沥 青 的 胶 溶 能 力 及 沥 青 薄 膜烘箱老化过程中胶体性能的变化，其值越大，沥青
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针入度变化率，" 沥青质含量变化率，"
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($) 老化指数对沥青抗老化性能的评价
[
抚顺石油学院学报
第QQ卷
粘度也是评价沥青使用性能的一个关键指标。 沥青胶溶程度的变化可以从粘度的变化反映出来， 也有 研 究 表 明，沥 青 质 含 量 对 粘 度 的 影 响 很 大， !"#$%&’(%’( 认为 沥 青 质 含 量 的 增 加 是 沥 青 粘 度 增 加的主要原因。)*++,研究认为沥青的粘度能反映 出羟基化合物的含量，因此，研究老化前后粘度的变 化对研究沥青的老化过程具有重要意义。本文测定 了沥青老化前后粘度的变化。如果把老化后的粘度 与老化前的粘度比定义为老化指数，则通过老化指 数可以反映出不同基质沥青老化速度的快慢。如果 以沥青的老化指数为横坐标，以沥青质含量的变化 率为纵坐标，研究发现，这一结果与实验所测得的抗 老化性能顺序一样，因此，采用老化指数来评价沥青 的抗老化性能是可行的。老化指数与沥青质含量变 化率的关系如图-所示。
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图& 调合剂加入量与针入度、软化点的关系
表= 辽C原油渣油调和剂加入量与 针入度，软化点的数学模型
项目
模型
相关系数（!） 偏差（"1）
针入度（02 (）／ （345..） 2472#6=0477
34>>05
34@7?0
软化点／( <5408#62=42? <34>87= 注：# 为调和剂加入量。
340@27
0 沥青抗老化性能的考察
045 老化前后沥青质变化率对使用性能的影响 2种重交通道路沥青的基本性质如表@所示。
表@ 2种沥青的使用性质（老化前）
项目
HCK1L
针入度（52(）／（345..）02 03 0@ 0= =2
针入度（02(）／（345..）7? 77 ?0 7? 8>
针入度（=3(）／（345..）557 53@ 552 55> 5?7
国内外研究表明，沥青老化后沥青质含量增加，
使用性能变差，因此，又对各种沥青薄膜烘箱老化后
第(期
闫 锋等$沥青抗老化性能的研究
2
软化点变化率，"
使用性质进行了考察，如表!所示。
7;:=
表! 沥青老化后的性质
$
减 !（质量 针入度／（#$%&&）软化点／ 延度（%! !（沥青 渣 损失），" %!’(!’)# ’ ’ ’）／*& 质），"
& ———针入度（02(）；
’，% ———与原料有关的常数。
将方程两边取对数得：EFG$ABCD’EFG&6EFG%
代入表5的数据，可得辽曙一区 C块原油沥青的针
入度与软化点之间的关系为：
EFG$ABCD54>8?5<3458=5EFG& （0） 从表5 可 知，以 上 几 个 温 度 下 渣 油 均 不 符 合 HI<?3 牌号标准。为 使 其 满 足 HI<?3 牌 号 标 准，须向其中加入调和剂，其中针入度，软化点随调