用于读取批次粘度的标准涂层方法通常使用Zahn或Efflux杯(图1)。这种可靠的方法包括通过将杯子浸入批次并向其填充材料来测试运动粘度。然后用户从材料中取出杯子。当杯子打破表面时,用秒表计时从杯子底部的孔流出,直到杯子空了。利用该方法,计算了运动粘度。

听起来很简单,确实如此;使用Zahn或Efflux杯子不需要特殊技能。然而,有些变量可能导致粘度测量不准确。当大量生产的材料需要精确的粘度时,这很难说是理想的。可能导致读数不准确的变量包括温度因素、操作失误和维护问题,例如杯子上有一个洞没有清洗。



另外,如果需要流变学数据(流动行为)该怎么办?如何以经济有效的方式收集这些信息?旋转粘度计(图2)提供准确的粘度读数,同时还收集流变数据。

蘸杯方法

在使用Zahn杯时,操作者根据杯子的型号,需要在被测量的液体中插入温度计,将手指放入戒指中,将杯子从液体中抬起,当杯子打破表面时启动秒表,然后当液体从孔口稳定流动打破时停止计时。读数以秒为单位,然后通过以下公式转换为以厘斯托(cSt)表示的运动粘度:

V = K (T-C)其中
运动粘度(cSt)
T =秒
K和C是与所用杯子有关的常数

这是一种方法。许多读数也以杯秒而不是厘斯托来报告。从漏液时间出发,可以用转换图来关联粘度。
扎恩杯的精度通常在已知标准的1秒内。为了精确起见,每个杯子都应该有一个修正,这是通过将测量的粘度与粘度标准进行比较来确定的。这需要适合所使用的杯子的大小。


旋转粘度计的优点

了解材料的粘度当然很重要。但是,性能因素和流变学信息呢?如果有需要或要求,不仅是粘度测量,而且是剪切速率信息,凹陷,触变行为,你应该怎么做?这些同样重要。可以使用哪种成本效益高的方法来收集这些信息?

旋转粘度计,适当的配件和强大的软件可以获得这些类型的参数,而花费不到5000美元。成本效益高,准确,可靠,最重要的是,可重复的流变数据可以产生和存储用于分析。这些工具没有猜测,没有主观性。粘度、剪切速率、剪切应力等数据均能即时、准确地显示在仪器屏幕上。数据可以在单点测量中收集,也可以使用软件绘制图表,存储并导出到Excel。



对于确定的剪切速率测试,同轴圆柱几何形状是一种选择,可以以合理的成本提供数据。这些通常是通用旋转粘度计的附加选项。例如,小样本适配器(图3)可以提供低到中等剪切速率/剪切应力信息。当与软件一起使用时(图4),可以生成专业的图表和图形。因此,可以调用和叠加先前的批处理数据,以与新的批处理测试进行比较。此外,还可以绘制出物料流动特征:粘度与时间的关系,剪切应力与剪切速率的关系,粘度与转速的关系等。触变性行为(对剪切的时间敏感性)可以被绘制和分析,温度可以被监测,并通过可编程水浴来控制,以观察这对材料的影响。


高剪切速率测量

为了评估涂层在喷涂或刷刷时的表现,需要高剪切速率仪器来测试这种情况。有许多仪器可以执行这一重要功能(图5)。ICI为涂料行业生产了一种高剪切速率锥/板仪器,分别在900和750 rpm时,剪切速率为12,000和10,000秒。例如,这种类型的高剪切速率能力是喷涂应用所需要的。

显然,在这些高剪切速率下,了解材料的粘度和流变行为是至关重要的。对于数据分析,可用的软件包可以绘制和存储数据,创建用于演示的专业报告,导出到Excel,并提供幂律等数学建模功能。


单点测量与多点测量

单点测量,比如用扎恩杯测量,可以很快给你一个粘度值。旋转粘度计可以给出单点粘度以及剪切速率和剪切应力,但单点测量不能表明材料的流动特性。一种快速解决这个问题的方法被称为Thix指数,它包括在转速上每隔十年进行两次测量。例如,粘度测量是在每分钟1转;第二次测量是在10转/分时进行的。将低速粘度读数除以高速粘度读数,就得到了Thix指数。Thix指数越高,粘度差越大,物料剪切稀化程度越高,越容易泵出。

流体行为的一个更准确的指示器是创建流动曲线或流变图。为此,必须收集多个数据点。如图6所示,速度斜坡测试是材料剪切时行为的最佳指标之一。通过运行简单的速度斜坡测试并随着时间的推移收集数据,可以将材料分为剪切变薄(假塑性)或剪切增厚(膨胀剂)。更多的信息可以通过绘制剪切应力与剪切速率的关系,并使用数学模型来收集,例如通常用于涂料解释数据的Bingham模型。

综上所述,“速度斜坡”测试通常用于确定伪塑性。通过提高和降低速度(剪切速率),并绘制粘度与剪切速率的数据,就会生成一条曲线。如果数据点随着剪切速率的降低而回落,则材料与时间无关。

时间灵敏度

为了确定材料的时间敏感性(触变性),在恒定转速下生成粘度曲线。在指定的时间间隔内采集数据。如果粘度随时间降低(图7),则材料随时间变化(触变)。

通过在新批次的材料上生成这些类型的流量曲线,并将其与已知的良好样品进行比较,可以确保材料的质量和性能。

高性价比的数据分析

在最后的分析中,这当然取决于最终用户来确定收集流变数据与Zahn杯运动粘度数据是否相关。当然,对于某些应用程序来说,所有这些数据可能都不是必需的。然而,当性能和质量不能妥协时,关于材料如何泵送、喷涂、拉丝或包含的数据应该量化。对于这种类型的分析,精确的、可重复的测量是必需的,甚至是必要的。如果有一种具有成本效益的方法来收集这些信息,那就更好了。

旋转粘度计的最低成本支出可以低于2000美元,如果同时实施温度控制,则可能高达5000美元。粘度计、相关配件和数据分析软件的成本(即,确定一种材料是否适合以数千加仑为单位生产)可以迅速收回。配方、性能和生产成本都可以通过快速、简单和准确的流量特性测试获得收益。

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