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寧波市鄞州瑾瑞儀器設(shè)備有限公司
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2009-4-25 閱讀(3444)
一、涂料的流變性與測(cè)量
涂料一般為粘稠液體或粉狀物質(zhì)，可以用不同的施工工藝涂覆在物體表面，干燥后能形成粘附牢固、具有一定的強(qiáng)度、連續(xù)的固態(tài)漆膜，賦予被涂物以保護(hù)、美化和其它預(yù)期的效果。由于涂料在涂裝的過(guò)程中，一定要經(jīng)過(guò)流體這個(gè)階段，所以流變性能是涂料的一項(xiàng)重要性能。流體按大類可以分為牛頓型和非牛頓型，非牛頓型流體又分為剪切速率依存型和時(shí)間依存型。剪切速率依存型是指流體的流動(dòng)行為隨剪切速率的變化而變化，包括假塑型、脹流型和塑型。時(shí)間依存型是指一定剪切速率下流體隨時(shí)間而變化的流動(dòng)特性，包括觸變型和震凝型，實(shí)際中的涂料大多數(shù)是觸變型流體。
在涂料的生產(chǎn)、貯存、施工和成膜過(guò)程中,所受到的力可以分為純剪切、拉伸剪切和簡(jiǎn)單剪切等，其中主要是簡(jiǎn)單剪切，當(dāng)涂料受到簡(jiǎn)單剪切做單向?qū)恿鳎瑢娱g有速度差，若剪切應(yīng)力為τ，剪切速率為Ý，則粘度η＝τ/Ý，稱為動(dòng)力粘度，單位為Pa.s（泊），常用單位為mPa.s或者cP（厘泊）。粘度是涂料流變學(xué)的一個(gè)重要指標(biāo)，與剪切速率和剪切應(yīng)力密切相關(guān)。表1即是按照涂料受到簡(jiǎn)單剪切估計(jì)的一些施工方法以及流平流掛的剪切速率：
表1 各種施工方法的剪切速率（S－1）
施工方法 噴涂 刷涂/滾涂 攪拌 投料 流平/流掛顏料沉降
剪切速率 >104 103－104 101－103 100－102 10－3－100 <10-3
涂料主要有三部分組成：成膜物質(zhì)、溶劑和填料。這幾種物質(zhì)對(duì)涂料流變性的影響主要在低剪切速率方面，如顏料的絮凝，各種助劑的存在，所形成的結(jié)構(gòu)使粘度變化很大；在高剪切速率下，結(jié)構(gòu)被破壞，所呈現(xiàn)的粘度接近樹(shù)脂溶液本身和分散顆粒對(duì)粘度的影響。高低剪切速率下的粘度配合，使涂料有一個(gè)符合儲(chǔ)存和施工所需的流變性能。例如在涂料貯存中,希望體系有較高的粘度,防止顏料和填料的沉淀；在施工時(shí)開(kāi)始要求體系粘度較低,有利于涂膜流平,但要求涂膜粘度在一定時(shí)間達(dá)到較高粘度,以免涂膜產(chǎn)生流掛和流淌現(xiàn)象；粉末涂料只有它的熔融體有足夠低的粘度時(shí)才有足夠的流平，另外粘度也對(duì)顏料在涂料中的分散有很大影響。
從以上分析也可以看出，涂料的流變性的以下幾個(gè)方面的參數(shù)：屈服值、觸變性、粘度恢復(fù)速度和施工剪切速率下的粘度對(duì)涂料的質(zhì)量影響很大，所以這幾個(gè)參數(shù)的測(cè)量在涂料的生產(chǎn)、研發(fā)和使用中備受重視。
二、Brookfield的涂料流變學(xué)測(cè)量解決方案
Brookfield作為世界上zui出色的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)/流變儀制造商之一，自從1934年研究出*臺(tái)表盤式旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，推出了一系列針對(duì)涂料生產(chǎn)和研發(fā)用的粘度計(jì)/流變儀，為涂料生產(chǎn)中的流變性研究與測(cè)量提出了一個(gè)完整的解決方案。1、通用的DV-II+ Pro 型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，這個(gè)機(jī)型的轉(zhuǎn)子是比較常見(jiàn)的是圓盤式轉(zhuǎn)子，也可以根據(jù)用戶需求配合其它轉(zhuǎn)子，數(shù)字顯示，可以與電腦連接，通過(guò)人性化的軟件來(lái)進(jìn)行測(cè)量，可以用來(lái)測(cè)量涂料的原料的粘度、半成品的粘度、成品的粘度等，在質(zhì)量控制和研發(fā)中做配方設(shè)計(jì)中應(yīng)用很多。針對(duì)不同客戶的需求，Brookfield還推出了小量樣品適配器（SSA）、螺旋適配器（SA）、超低粘度適配器（ULA）、升降支架、槳式轉(zhuǎn)子等附件，在一些生產(chǎn)或者研發(fā)過(guò)程中使用這些附件可以使測(cè)量粘度的范圍大大擴(kuò)大，測(cè)量準(zhǔn)確度也有很大提高。此類粘度計(jì)還有DV-I+、表盤式、DV-E等。
2、涂料中zui常用的是斯托默（Stormer）粘度計(jì)，此儀器的zui初發(fā)展是模仿漆工用槳葉攪拌涂料，視其阻力大小來(lái)判斷該漆的稠度，以Krebs Unit（KU）表示。Brookfield推出的新一代的Stormer粘度計(jì)（KU-2）配有固定轉(zhuǎn)速為200rpm的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，以*取代傳統(tǒng)粘度計(jì)所需砝碼，此類粘度計(jì)現(xiàn)在還可以直接讀出以cP（厘泊）為單位的涂料粘度，這在很大程度上使測(cè)量更方便，可以滿足客戶不同測(cè)試條件的需要。
3、CAP系列錐板粘度計(jì)主要用于測(cè)定較粘稠物料的黏度及其流變性，因?yàn)槠浼羟兴俾时容^高（剪切速率zui高可達(dá)13300s－1），比較合適用來(lái)模擬涂料刷涂過(guò)程中的剪切速率，是涂料生產(chǎn)中的質(zhì)量控制和研發(fā)中的*儀器。該儀器的優(yōu)點(diǎn)除了所需樣品量少、清洗方便、測(cè)試速度快以外，還自帶溫控系統(tǒng)。
4、R/S流變儀可以控制剪切應(yīng)力/剪切速率，在測(cè)量涂料的觸變性、屈服應(yīng)力等性能方面的使用更加方便。涂料在涂裝后的zui終外觀取決于烘烤初期涂料的流動(dòng)性之類的流變學(xué)行為，在涂裝后的流動(dòng)性只能在極低的剪切速率下才能研究，所以使用R/S流變儀采用一個(gè)從高到低的剪切速率變化，可以很好的反應(yīng)涂料的觸變行為。R/S流變儀通過(guò)對(duì)剪切應(yīng)力的控制，可以表征涂料剛開(kāi)始屈服到流動(dòng)的曲線變化，更全面的涂料的流變性。
5、在線粘度計(jì)可以對(duì)涂料生產(chǎn)過(guò)程的粘度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)粘度來(lái)反映產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)行質(zhì)量控制，保證了不同批次產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中問(wèn)題，減少各種浪費(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)成本。目前涂料用的在線粘度計(jì)主要有兩種：TT100和AST100。下表即是此方案。
Brookfield的涂料流變性測(cè)量解決方案
粘度計(jì)型號(hào) 主要特點(diǎn) 應(yīng)用范圍 適用標(biāo)準(zhǔn) 附件 備注
DV-II+Pro 數(shù)顯、可編程、轉(zhuǎn)速范圍寬 原材料和成品質(zhì)量控制、研發(fā) ASTM D2196 少量樣品適配器、超低粘度適配器、升降支架、槳式轉(zhuǎn)子等也可選用表盤式、DV-I+等
KU-2 數(shù)顯、可顯示KU和CP值、操作簡(jiǎn)單 成品質(zhì)量控制 GB 9269、ASTM D562 樣品杯
CAP2000+ 高剪切速率、可測(cè)少量樣品、易于清洗 研發(fā)和質(zhì)量控制 GB 9751、ASTM D4287 轉(zhuǎn)子 也可選用CAP1000+
R/S流變儀 剪切應(yīng)力可控、可測(cè)量屈服應(yīng)力與觸變性、的流變儀 研發(fā)和質(zhì)量控制 溫控附件、轉(zhuǎn)子 DV-III+流變儀有RS部分功能
AST－100在線粘度計(jì) 實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)中的粘度、保證不同批次的產(chǎn)品質(zhì)量、堅(jiān)固耐用 生產(chǎn)中質(zhì)量控制也可選用TT－100在線粘度計(jì)
另外，Brookfield的大部分粘度計(jì)/流變儀都可以和計(jì)算機(jī)配合使用，這類粘度計(jì)也被稱為可編程粘度計(jì)，即可以通過(guò)程序來(lái)控制粘度計(jì)的運(yùn)行，設(shè)定不同的程序，即可測(cè)定不同條件下的粘度，然后數(shù)據(jù)輸入電腦，通過(guò)軟件來(lái)分析涂料的流變性，根據(jù)流變性來(lái)預(yù)測(cè)不同配方和工藝條件下涂料的性能。例如DV-III+流變儀使用Rheocalc32軟件，可以設(shè)定不同程序，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，繪制粘度-時(shí)間/溫度關(guān)系圖表，生成的數(shù)據(jù)也可以通過(guò)Excel文件輸出，方便了客戶。RS流變儀使用Rheo2000軟件，功能更加強(qiáng)大，能測(cè)流變曲線、屈服應(yīng)力、觸變指數(shù)、蠕變性、粘彈性等。
三、結(jié)語(yǔ)
涂料的流變性比較復(fù)雜，至今仍有很多理論問(wèn)題有待研究。盡管如此，隨著涂料應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和研究的深入，已總結(jié)出一些實(shí)用規(guī)律用于指導(dǎo)實(shí)踐，特別是一些高性能的儀器包括旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)/流變儀的使用，使測(cè)量的數(shù)據(jù)可以在很大程度上反映涂料的流變性，促進(jìn)了涂料的研發(fā)、質(zhì)量控制以及生產(chǎn)方面的技術(shù)進(jìn)步，也將使涂料流變性的研究越來(lái)越深入！
