精細(xì)陶瓷 陶瓷漿料觸變行為的測(cè)定 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法 征求意見(jiàn)稿

1GB/TXXXXX—XXXX精細(xì)陶瓷陶瓷漿料觸變行為的測(cè)定旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法本文件規(guī)定了一種使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量陶瓷漿料觸變行為的方法，用于陶瓷成型的高固相漿料一般具有非牛頓特性。該方法僅限于用同軸雙圓柱粘度計(jì)、錐板粘度計(jì)和平行板粘度計(jì)作為旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)來(lái)測(cè)量高固相含量陶瓷漿料的觸變行為。2規(guī)范性引用文件本文件無(wú)規(guī)范性引用文件。3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1剪切應(yīng)力shearstress當(dāng)流體受到剪切作用時(shí)，在垂直于剪切力的平面上產(chǎn)生的力。3.2剪切速率shearrate垂直于流體流動(dòng)的層流速率變化比例。3.3牛頓性Newtonianproperty漿料的剪切應(yīng)力與剪切速率成正比。3.4非牛頓特性non-Newtonianproperty漿料的剪切應(yīng)力與剪切速率不成正比。3.5粘度viscosity剪切應(yīng)力與剪切速率的比值。2GB/TXXXXX—XXXX3.6粘度曲線viscositycurve剪切速率與粘度關(guān)系曲線。3.7流變曲線flowcurve剪切速率與剪切應(yīng)力關(guān)系曲線。3.8觸變行為thixotropicbehaviour流體的流動(dòng)特性具有時(shí)間依賴性，在控制剪切時(shí)，表觀粘度隨時(shí)間減小，隨著剪切力的消除而逐漸恢復(fù)。3.9陶瓷漿料ceramicslurry混合或分散在水或其它液體中的研磨陶瓷粉末的懸浮液。注：懸浮液用于陶瓷工藝，如絲網(wǎng)印刷，注漿成型，流延成型4原理4.1通過(guò)流動(dòng)曲線的遲滯測(cè)量評(píng)價(jià)其觸變行為使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量陶瓷漿料的流動(dòng)曲線，同時(shí)測(cè)量剪切速率和剪切應(yīng)力。從流動(dòng)曲線遲滯的量級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)其觸變行為。4.2通過(guò)粘度的時(shí)間依賴性評(píng)價(jià)觸變性行為使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量陶瓷漿料的流動(dòng)曲線，同時(shí)測(cè)量剪切速率和粘度。在高剪切速率下，通過(guò)破壞陶漿中聚集或絮凝結(jié)構(gòu)來(lái)降低陶漿粘度后，測(cè)定低剪切速率下粘度的恢復(fù)過(guò)程來(lái)評(píng)價(jià)陶漿的觸變特性。在低剪切速率下，可以反應(yīng)測(cè)出再絮凝結(jié)構(gòu)的形成與時(shí)間的關(guān)系。因此，通過(guò)使用低剪切速率的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)其觸變行為。5設(shè)備旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)有各種不同的測(cè)量形態(tài)。本文中定義剪切速率的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)為同軸雙圓柱系統(tǒng)、圓錐板系統(tǒng)和平行板系統(tǒng)。5.1測(cè)量系統(tǒng)該測(cè)量系統(tǒng)由對(duì)稱、同軸的兩個(gè)面組成，兩個(gè)面之間是被測(cè)粘度的漿料。其中一個(gè)表面以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)，而另一個(gè)保持靜止。扭矩測(cè)量裝置連接到其中一個(gè)表面，從而可以確定克服漿料粘滯阻力所需的扭矩。理想的測(cè)量系統(tǒng)是由同軸雙圓柱系統(tǒng)和圓錐板系統(tǒng)組成，可以在每次測(cè)量中確定剪切速率。采用平行板系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量也是可行的，適用于高粘度陶瓷漿料的測(cè)量。3GB/TXXXXX—XXXX5.2儀器的基本能力測(cè)量?jī)x器應(yīng)允許可選擇的轉(zhuǎn)子和定子能夠產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)頻率范圍。此外，設(shè)備必須能測(cè)量扭矩。扭矩測(cè)量精度在滿量程讀數(shù)的2%以內(nèi)。在測(cè)量工作范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率測(cè)量精度在測(cè)量值的2%以內(nèi)。此外，粘度測(cè)量的重復(fù)性，準(zhǔn)確度為±2%。5.3校正旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)定期使用標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)粘度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。使用標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量的點(diǎn)進(jìn)行作圖擬合，如果擬合的圖像沒(méi)有在測(cè)量方法的精度限制內(nèi)通過(guò)坐標(biāo)系原點(diǎn)，則應(yīng)仔細(xì)地檢查程序和儀器。標(biāo)準(zhǔn)溶液的粘度范圍應(yīng)與測(cè)量漿料樣品的粘度范圍相同，校準(zhǔn)溫度應(yīng)與樣品的測(cè)量溫度一致。5.4溫度控制裝置恒溫器的循環(huán)溫度在0℃到50℃之間，誤差應(yīng)保持在±0.2℃內(nèi)。在此溫度之外，維持的溫度范圍允許在±0.5℃內(nèi)。溫度計(jì)的精度應(yīng)為±0.2℃。6料漿的預(yù)處理6.1常規(guī)在陶瓷漿料的測(cè)量中，有許多問(wèn)題需要注意。如果陶瓷漿料具有沉降特性，則必須通過(guò)攪拌、混合和震蕩分散試樣。在攪拌、混合和震蕩分散陶瓷漿料的過(guò)程中，應(yīng)注意不要產(chǎn)生氣泡，因?yàn)檫@會(huì)改變陶瓷漿料的觸變性。6.2除泡攪拌、混合、震蕩后漿料中若有氣泡形成，可進(jìn)行減壓脫氣處理。然而，減壓后的漿料的性能可能發(fā)生改變。因此，除非料漿制備后的除泡處理有利于陶瓷成型，否則不建議采用脫氣工藝。如果對(duì)料漿進(jìn)行減壓了脫氣，則應(yīng)在報(bào)告中體現(xiàn)。6.3通過(guò)攪拌，混合和超聲波分散料漿高速攪拌、混合，超聲分散等分散工藝會(huì)導(dǎo)致漿料的溫度升高，其中的聚合物隨著溫度的升高而產(chǎn)生不可逆地改變，可能會(huì)改變漿料的觸變性行為。因此不推薦采用以上方法處理料漿。7測(cè)量條件7.1陶瓷漿料的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)設(shè)置小心地將漿料放入粘度計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)中，以免產(chǎn)生氣泡。7.2溫度測(cè)量應(yīng)該在相同的溫度下進(jìn)行，因?yàn)闇囟葧?huì)影響漿料的粘度。如果沒(méi)有必要規(guī)定工藝溫度，則首選測(cè)量溫度為23℃±0.2℃。8測(cè)量步驟4GB/TXXXXX—XXXX8.1通過(guò)流動(dòng)曲線的遲滯測(cè)量測(cè)量觸變行為8.1.1剪切速率的條件和測(cè)量范圍的設(shè)定剪切速率的設(shè)定應(yīng)在儀器允許的條件下進(jìn)行。根據(jù)測(cè)量程序，剪切速率是連續(xù)或逐步增加的。為了在增加剪切速率時(shí)充分破壞漿料中的聚集或絮凝結(jié)構(gòu)，建議最大剪切速率為300s-1或更多。然而如果在高粘度的情況下，達(dá)到儀器的測(cè)量極限，則不適用。當(dāng)剪切速率增大和減小時(shí)的測(cè)量時(shí)間較短，則不可能觀察到足夠的滯后現(xiàn)象。此外，如果測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)發(fā)生沉降。因此，建議增加和減少剪切速率操作的測(cè)量時(shí)間各為90s。對(duì)于逐步法，建議盡可能多地步數(shù)測(cè)量剪切速率的增加或減少，且不小于10步。8.1.2測(cè)量步驟將漿料放入粘度計(jì)后，要有足夠的時(shí)間達(dá)到設(shè)定的溫度并進(jìn)行測(cè)量。若漿料具有沉降特性，則應(yīng)以恒定的剪切速率旋轉(zhuǎn)至恒定的溫度，以防止?jié){料沉降。在8.1.1所述的條件下，流變曲線的測(cè)量應(yīng)以剪切速率為變量進(jìn)行。當(dāng)達(dá)到最大剪切速率后，剪切速率按相同速率逐步停止。將測(cè)量的漿料靜置3分鐘至5分鐘，以恢復(fù)漿料的觸變性能后，使用相同的程序再次測(cè)量流動(dòng)曲線。增加/減少剪切速率和漿料靜止?fàn)顟B(tài)的操作至少要進(jìn)行三次。為了盡量減少由于顆粒沉降或漿料干燥造成的流動(dòng)曲線的影響，建議及時(shí)測(cè)量和密封樣品容器。8.1.3測(cè)量結(jié)果分析方法隨著漿料粘度的增加，流動(dòng)曲線的滯后面積有增大的趨勢(shì)。因此，滯后的評(píng)價(jià)是無(wú)量綱的。測(cè)量時(shí)間與測(cè)量剪切應(yīng)力的關(guān)系如圖1所示。剪切速率增大和減小過(guò)程的面積分別表示為A和B。由于遲滯的無(wú)綱量性，面積計(jì)算為(A×B)/(A+B)。對(duì)每個(gè)測(cè)量都執(zhí)行此分析，(A×B)/(A+B)的計(jì)算值作為測(cè)量次數(shù)的線性函數(shù)畫圖。此外，在剪切速率逐步增減的情況下，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)曲線與水平軸之間的梯形近似的面積積分來(lái)計(jì)算評(píng)價(jià)面積，如圖1所示。由于第1次和第2次測(cè)量數(shù)據(jù)可能不同，第3次或以后的測(cè)量數(shù)據(jù)用于分析。由于改變剪切速率后的測(cè)量點(diǎn)可能變化很大，因此將這些測(cè)量點(diǎn)從計(jì)算中去除是可取的。圖1測(cè)量時(shí)間與剪切應(yīng)力的關(guān)系8.2在恒定的低剪切速率下，通過(guò)粘度隨時(shí)間的變化測(cè)量觸變行為（3ITT）5GB/TXXXXX—XXXX8.2.1設(shè)置測(cè)量程序剪切速率分為三段，第一段為低剪切速率，第二段為高剪切速率，第三段為低剪切速率。在高剪切速率下破壞充分聚集的漿料或絮凝結(jié)構(gòu)，在低剪切速率下恢復(fù)漿料被破壞的結(jié)構(gòu)。在此測(cè)量中，建議高剪切速率為最小為300s-1，低剪切速率為不大于30s-1。為保證料漿結(jié)構(gòu)被充分破壞，以及結(jié)構(gòu)回復(fù)，每段測(cè)量時(shí)間不小于3min。重復(fù)測(cè)量時(shí)，時(shí)間間隔應(yīng)盡可能短。8.2.2測(cè)量步驟將漿料放入粘度計(jì)后，要有足夠的時(shí)間達(dá)到設(shè)定的溫度并進(jìn)行測(cè)量。若漿料具有沉降特性，則應(yīng)以恒定的剪切速率旋轉(zhuǎn)至恒定的溫度，以防止?jié){料沉降。8.2.1中描述的測(cè)量程序應(yīng)至少執(zhí)行兩次，以確認(rèn)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性。如果重復(fù)性差，則應(yīng)進(jìn)行附加測(cè)量。由于沉降性較強(qiáng)的漿料樣品不能長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量，將新的漿料放入粘度計(jì)，再次進(jìn)行第一次測(cè)量。8.2.3測(cè)量結(jié)果分析方法在高剪切速率下充分破壞陶瓷漿料的聚集或絮凝結(jié)構(gòu)后，可以通過(guò)低剪切速率下粘度恢復(fù)過(guò)程的時(shí)間依賴性測(cè)量來(lái)評(píng)價(jià)觸變特性。聚集或絮凝結(jié)構(gòu)的生成相對(duì)緩慢。在高剪切速率下，由于聚集或絮凝結(jié)構(gòu)被快速破壞，很難評(píng)估其時(shí)間依賴性。因此，主要采用低剪切速率的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析，由于改變剪切速率后的測(cè)量點(diǎn)可能變化很大，因此將這些測(cè)量點(diǎn)從計(jì)算中去除是可取的?？刹捎靡韵氯N方法評(píng)價(jià)料漿的觸變性：（1）第三段測(cè)試程序結(jié)束時(shí)(η1）與第一段測(cè)試測(cè)序結(jié)束時(shí)(η3）的粘度比值，如圖2所示；圖2用于計(jì)算η3/η1的示意圖（2）第三段測(cè)試程序中粘度恢復(fù)到第一段測(cè)試測(cè)試結(jié)束時(shí)粘度值的25%（Tη25%）、50%（Tη50%）所用的時(shí)間，如圖3所示；圖3用于計(jì)算（Tη25%）、50%（Tη50%）的示意圖6GB/TXXXXX—XXXX（3）第三段測(cè)試測(cè)序開(kāi)始預(yù)選定義時(shí)間段內(nèi)時(shí)間-粘度函數(shù)的斜率，定義時(shí)間短建議大于60s，如圖4用于時(shí)間-粘度函數(shù)斜率計(jì)算的示意圖9測(cè)試報(bào)告測(cè)試報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：a)測(cè)試機(jī)構(gòu)的名稱和地址；b)測(cè)試日期，客戶名稱和地址；c)本文件編號(hào)；d)樣品材料的描述，如：材料種類、編號(hào)和批次等；e)測(cè)試系統(tǒng)的描述；f)實(shí)驗(yàn)溫度；g)測(cè)量條件（遲滯測(cè)量：例如最大剪切速率、平穩(wěn)時(shí)間、剪切速率增減的時(shí)間間隔、步數(shù)和每個(gè)剪切速率；剪切應(yīng)力隨時(shí)間變化：高、低剪切速率值）試驗(yàn)樣品數(shù)量和有效樣品數(shù)量；h)漿料的制備方法；i)剪切應(yīng)力與測(cè)量時(shí)間的關(guān)系圖或測(cè)量時(shí)間與粘度的關(guān)系圖；j)(AB)/(A+B)值或數(shù)據(jù)擬合的函數(shù)，粘度比值或回復(fù)時(shí)間或斜率。7GB/TXXXXX—XXXX（資料性）本文件與ISO20379:2018結(jié)構(gòu)編號(hào)對(duì)照一覽表表A.1給出了本文件與ISO20379:2018結(jié)構(gòu)編號(hào)對(duì)照一覽表。表A.1本文件與ISO20379:2018