Brookfield的涂料流變學(xué)測量解決方案涂料的流變性與測量涂料

1、Brookfield 的涂料流變學(xué)測量解決方案一、涂料的流變性與測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、 具有一定的強度、 連續(xù)的固態(tài)漆膜， 賦予被涂物以保護、 美化和其它預(yù)期的效果。由于涂料在涂裝的過程中， 一定要經(jīng)過流體這個階段， 所以流變性能是涂料的一項重要性能。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間依存型。剪切速率依存型是指流體的流動行為隨剪切速率的變化而變化，包括假塑型、 脹流型和塑型。時間依存型是指一定剪切速率下流體隨時間而變化的流動特性，包括觸變型和震凝型，實際中的涂料大多數(shù)是觸變型流體。在涂

2、料的生產(chǎn)、貯存、施工和成膜過程中,所受到的力可以分為純剪切、拉伸剪切和簡單剪切等， 其中主要是簡單剪切，當(dāng)涂料受到簡單剪切做單向?qū)恿?，層間有速度差，若剪切應(yīng)力為 ，剪切速率為Y ，則粘度 /Y，稱為動力粘度，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單剪切估計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（1S）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>104103104101 10310010210 3100<10-3涂料主要有三部分

3、組成：成膜物質(zhì)、溶劑和填料。這幾種物質(zhì)對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)的粘度接近樹脂溶液本身和分散顆粒對粘度的影響。高低剪切速率下的粘度配合，使涂料有一個符合儲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；在施工時開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間達到較高粘度,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才有足夠的流平，另外粘度也對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

4、的以下幾個方面的參數(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涂料的質(zhì)量影響很大，所以這幾個參數(shù)的測量在涂料的生產(chǎn)、研發(fā)和使用中備受重視。二、 Brookfield 的涂料流變學(xué)測量解決方案Brookfield 作為世界上最出色的旋轉(zhuǎn)粘度計/流變儀制造商之一，自從1934 年研究出第一臺表盤式旋轉(zhuǎn)粘度計，推出了一系列針對涂料生產(chǎn)和研發(fā)用的粘度計/流變儀，為涂料生產(chǎn)中的流變性研究與測量提出了一個完整的解決方案。1、通用的 DV-II+ Pro 型旋轉(zhuǎn)粘度計，這個機型的轉(zhuǎn)子是比較常見的是圓盤式轉(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， 通過人性化的軟件來進行測量，

5、可以用來測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)計中應(yīng)用很多。針對不同客戶的需求，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)過程中使用這些附件可以使測量粘度的范圍大大擴大，測量準(zhǔn)確度也有很大提高。此類粘度計還有DV-I+ 、表盤式、 DV-E 等。2、涂料中最常用的是斯托默（Stormer）粘度計，此儀器的最初發(fā)展是模仿漆工用槳葉攪拌涂料，視其阻力大小來判斷該漆的稠度，以Krebs Unit(KU) 表示。 Brookfield 推出的新一代

6、的 Stormer 粘度計（ KU-2 ）配有固定轉(zhuǎn)速為200rpm 的驅(qū)動馬達，以完全取代傳統(tǒng)粘度計所需砝碼，此類粘度計現(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量更方便，可以滿足客戶不同測試條件的需要。3、CAP 系列錐板粘度計主要用于測定較粘稠物料的黏度及其流變性，因為其剪切速率比較高（剪切速率最高可達 113300s ），比較合適用來模擬涂料刷涂過程中的剪切速率，是涂料生產(chǎn)中的質(zhì)量控制和研發(fā)中的必備儀器。該儀器的優(yōu)點除了所需樣品量少、清洗方便、 測試速度快以外，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，在測量涂料的觸變性、屈服應(yīng)力等性能

7、方面的使用更加方便。涂料在涂裝后的最終外觀取決于烘烤初期涂料的流動性之類的流變學(xué)行為，在涂裝后的流動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 流變儀通過對剪切應(yīng)力的控制，可以表征涂料剛開始屈服到流動的曲線變化，更全面的涂料的流變性。5、在線粘度計可以對涂料生產(chǎn)過程的粘度進行實時監(jiān)控，通過粘度來反映產(chǎn)品的質(zhì)量，進行質(zhì)量控制， 保證了不同批次產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中問題，減少各種浪費，節(jié)約生產(chǎn)成本。 目前涂料用的在線粘度計主要有兩種：TT100 和 AST100 。下表即是此方案。Brookfield

8、的涂料流變性測量解決方案粘度計型號主要特點應(yīng)用范圍適用標(biāo)準(zhǔn)DV-II+Pro數(shù)顯、 可編程 、轉(zhuǎn)速范 原材料和成品質(zhì)量ASTM圍寬控制、研發(fā)D2196KU-2數(shù)顯、可顯示 KU 和 CP成品質(zhì)量控制GB 9269、值、操作簡單ASTM D562高剪切速率 、可測少量GB 9751、CAP2000+研發(fā)和質(zhì)量控制ASTM樣品、易于清洗D4287附件備注少量樣品適配器、超低也可選用表粘度適配器、升降支架、盤式、 DV-I+槳式轉(zhuǎn)子等等樣品杯也可選用轉(zhuǎn)子CAP1000+剪切應(yīng)力可控 、可測量DV-III+ 流變R/S 流變儀屈服應(yīng)力與觸變性、性 研發(fā)和質(zhì)量控制溫控附件、轉(zhuǎn)子儀有 RS 部分價比最高的

9、流變儀功能AST 100 在實時監(jiān)控生產(chǎn)中的粘也可選用 TT度、保證不同批次的產(chǎn)生產(chǎn)中質(zhì)量控制 100 在線粘線粘度計品質(zhì)量、堅固耐用度計另外， Brookfield的大部分粘度計/流變儀都可以和計算機配合使用，這類粘度計也被稱為可編程粘度計， 即可以通過程序來控制粘度計的運行， 設(shè)定不同的程序， 即可測定不同條件下的粘度， 然后數(shù)據(jù)輸入電腦， 通過軟件來分析涂料的流變性， 根據(jù)流變性來預(yù)測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，自動采集數(shù)據(jù)，繪制粘度-時間 /溫度關(guān)系圖表，生成的數(shù)據(jù)也可以通過Excel 文件輸出，方便

10、了客戶。 RS 流變儀使用 Rheo2000 軟件，功能更加強大，能測流變曲線、屈服應(yīng)力、觸變指數(shù)、蠕變性、粘彈性等。三、結(jié)語涂料的流變性比較復(fù)雜，至今仍有很多理論問題有待研究。盡管如此，隨著涂料應(yīng)用范圍的擴大和研究的深入， 已總結(jié)出一些實用規(guī)律用于指導(dǎo)實踐， 特別是一些高性能的儀器包括旋轉(zhuǎn)粘度計 /流變儀的使用，使測量的數(shù)據(jù)可以在很大程度上反映涂料的流變性，促進了涂料的研發(fā)、質(zhì)量控制以及生產(chǎn)方面的技術(shù)進步，也將使涂料流變性的研究越來越深入！四、涂料標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)粘度計法國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：觸變型涂料用流出杯法所測粘度過大，需用旋轉(zhuǎn)粘度計。有旋轉(zhuǎn)槳式粘度計、同軸圓桶旋轉(zhuǎn)粘度計、錐形平板粘度計等。在國家標(biāo)準(zhǔn)中，

11、旋轉(zhuǎn)粘度計測涂料粘度的方法標(biāo)準(zhǔn)常用的有GB T 9269-1988建筑涂料粘度的測定斯托默粘度計法和GB T 975 1-1988涂料在高剪切速率下粘度的測定。GB T 9269-1988 適用于建筑涂料粘度的測定，也可以用于適宜涂料粘度的測定。它以產(chǎn)生 200 r min轉(zhuǎn)速所需要的負荷表示，單位為克(g )也可以通過查 GB T 9269-1988中的表格獲得與產(chǎn)生200 r/min 轉(zhuǎn)速所需要的負荷和克雷布斯(Krebs) 單位 (KU) 換算。克雷布斯(Krebs) 單位 (KU) 是產(chǎn)生 200 r min 轉(zhuǎn)速所需要負荷的一種對數(shù)函數(shù)，一般用來表示用于刷涂和輥涂涂料的粘度。GB T

12、 9751-1988 中在 5 000 20 000 s的剪切速率下，測定涂料的動力學(xué)粘度，在比較各種涂料的粘度時，剪切速率應(yīng)大致相同。這項標(biāo)準(zhǔn)適用于一切刷涂涂料，而不管其是否具有牛頓性質(zhì)。 此項標(biāo)準(zhǔn)中可以使用旋轉(zhuǎn)粘度計和錐板粘度計。對于同一試驗者在同一試驗室中使用一臺設(shè)備所取得的兩次測定值之間的相對誤差不應(yīng)大于5。涂料粘度測定的國際標(biāo)準(zhǔn) ASTM D 562-2001采用 Stormer 一型粘度計測量Krebs 單位用的涂料粘稠度的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用斯托默粘度計測定涂料粘度的方法，結(jié)果以克和克雷布斯(Krebs) 單位 (KU) 表示。 ASTM D4287-2000用錐板粘度計測定高速剪切粘度的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在高速剪切條件下(12000 s-1)使用錐板粘度計測定涂料粘度的方法，結(jié)果以mPa·s表示。 ISO 2884