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油墨涂料的黏度的测试方法

 更新时间:2009-04-25 点击量:3097

一、涂料的流变性与测量
涂料一般为粘稠液体或粉状物质,可以用不同的施工工艺涂覆在物体表面,干燥后能形成粘附牢固、具有一定的强度、连续的固态漆膜,赋予被涂物以保护、美化和其它预期的效果。由于涂料在涂装的过程中,一定要经过流体这个阶段,所以流变性能是涂料的一项重要性能。流体按大类可以分为牛顿型和非牛顿型,非牛顿型流体又分为剪切速率依存型和时间依存型。剪切速率依存型是指流体的流动行为随剪切速率的变化而变化,包括假塑型、胀流型和塑型。时间依存型是指一定剪切速率下流体随时间而变化的流动特性,包括触变型和震凝型,实际中的涂料大多数是触变型流体。

在涂料的生产、贮存、施工和成膜过程中,所受到的力可以分为纯剪切、拉伸剪切和简单剪切等,其中主要是简单剪切,当涂料受到简单剪切做单向层流,层间有速度差,若剪切应力为τ,剪切速率为Ý,则粘度η=τ,称为动力粘度,单位为Pa.s(泊),常用单位为mPa.s或者cP(厘泊)。粘度是涂料流变学的一个重要指标,与剪切速率和剪切应力密切相关。表1即是按照涂料受到简单剪切估计的一些施工方法以及流平流挂的剪切速率:

1 各种施工方法的剪切速率(S1

施工方法 喷涂 刷涂/滚涂 搅拌 投料 流平/流挂颜料沉降

剪切速率 >104 103104 101103 100102 103
100 <10-3

涂料主要有三部分组成:成膜物质、溶剂和填料。这几种物质对涂料流变性的影响主要在低剪切速率方面,如颜料的絮凝,各种助剂的存在,所形成的结构使粘度变化很大;在高剪切速率下,结构被破坏,所呈现的粘度接近树脂溶液本身和分散颗粒对粘度的影响。高低剪切速率下的粘度配合,使涂料有一个符合储存和施工所需的流变性能。例如在涂料贮存中,希望体系有较高的粘度,防止颜料和填料的沉淀;在施工时开始要求体系粘度较低,有利于涂膜流平,但要求涂膜粘度在一定时间达到较高粘度,以免涂膜产生流挂和流淌现象;粉末涂料只有它的熔融体有足够低的粘度时才有足够的流平,另外粘度也对颜料在涂料中的分散有很大影响。

从以上分析也可以看出,涂料的流变性的以下几个方面的参数:屈服值、触变性、粘度恢复速度和施工剪切速率下的粘度对涂料的质量影响很大,所以这几个参数的测量在涂料的生产、研发和使用中备受重视。


二、Brookfield的涂料流变学测量解决方案

Brookfield
作为世界上zui出色的旋转粘度计/流变仪制造商之一,自从1934年研究出*台表盘式旋转粘度计,推出了一系列针对涂料生产和研发用的粘度计/流变仪,为涂料生产中的流变性研究与测量提出了一个完整的解决方案。1、通用的DV-II+ Pro 型旋转粘度计,这个机型的转子是比较常见的是圆盘式转子,也可以根据用户需求配合其它转子,数字显示,可以与电脑连接,通过人性化的软件来进行测量,可以用来测量涂料的原料的粘度、半成品的粘度、成品的粘度等,在质量控制和研发中做配方设计中应用很多。针对不同客户的需求,Brookfield还推出了小量样品适配器(SSA)、螺旋适配器(SA)、超低粘度适配器(ULA)、升降支架、桨式转子等附件,在一些生产或者研发过程中使用这些附件可以使测量粘度的范围大大扩大,测量准确度也有很大提高。此类粘度计还有DV-I+、表盘式、DV-E等。

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、涂料中zui常用的是斯托默(Stormer)粘度计,此仪器的zui初发展是模仿漆工用桨叶搅拌涂料,视其阻力大小来判断该漆的稠度,以Krebs Unit(KU)表示。Brookfield推出的新一代的Stormer粘度计(KU-2)配有固定转速为200rpm的驱动马达,以*取代传统粘度计所需砝码,此类粘度计现在还可以直接读出以cP(厘泊)为单位的涂料粘度,这在很大程度上使测量更方便,可以满足客户不同测试条件的需要。

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CAP系列锥板粘度计主要用于测定较粘稠物料的黏度及其流变性,因为其剪切速率比较高(剪切速率zui高可达13300s1),比较合适用来模拟涂料刷涂过程中的剪切速率,是涂料生产中的质量控制和研发中的*仪器。该仪器的优点除了所需样品量少、清洗方便、测试速度快以外,还自带温控系统。

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R/S流变仪可以控制剪切应力/剪切速率,在测量涂料的触变性、屈服应力等性能方面的使用更加方便。涂料在涂装后的zui终外观取决于烘烤初期涂料的流动性之类的流变学行为,在涂装后的流动性只能在极低的剪切速率下才能研究,所以使用R/S流变仪采用一个从高到低的剪切速率变化,可以很好的反应涂料的触变行为。R/S流变仪通过对剪切应力的控制,可以表征涂料刚开始屈服到流动的曲线变化,更全面的涂料的流变性。

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、在线粘度计可以对涂料生产过程的粘度进行实时监控,通过粘度来反映产品的质量,进行质量控制,保证了不同批次产品质量的一致性,可以及时发现生产中问题,减少各种浪费,节约生产成本。目前涂料用的在线粘度计主要有两种:TT100AST100。下表即是此方案。

Brookfield
的涂料流变性测量解决方案

粘度计型号 主要特点 应用范围 适用标准 附件 备注

DV-II+Pro
数显、可编程、转速范围宽 原材料和成品质量控制、研发 ASTM D2196 少量样品适配器、超低粘度适配器、升降支架、桨式转子等也可选用表盘式、DV-I+

KU-2
数显、可显示KUCP值、操作简单 成品质量控制 GB 9269ASTM D562 样品杯

CAP2000+
高剪切速率、可测少量样品、易于清洗 研发和质量控制 GB 9751ASTM D4287 转子 也可选用
CAP1000+
R/S
流变仪 剪切应力可控、可测量屈服应力与触变性、的流变仪 研发和质量控制 温控附件、转子 DV-III+流变仪有RS部分功能

AST
100在线粘度计 实时监控生产中的粘度、保证不同批次的产品质量、坚固耐用 生产中质量控制也可选用TT100在线粘度计


另外,Brookfield的大部分粘度计/流变仪都可以和计算机配合使用,这类粘度计也被称为可编程粘度计,即可以通过程序来控制粘度计的运行,设定不同的程序,即可测定不同条件下的粘度,然后数据输入电脑,通过软件来分析涂料的流变性,根据流变性来预测不同配方和工艺条件下涂料的性能。例如DV-III+流变仪使用Rheocalc32软件,可以设定不同程序,自动采集数据,绘制粘度-时间/温度关系图表,生成的数据也可以通过Excel文件输出,方便了客户。RS流变仪使用Rheo2000软件,功能更加强大,能测流变曲线、屈服应力、触变指数、蠕变性、粘弹性等。


三、结语

涂料的流变性比较复杂,至今仍有很多理论问题有待研究。尽管如此,随着涂料应用范围的扩大和研究的深入,已总结出一些实用规律用于指导实践,特别是一些高性能的仪器包括旋转粘度计/流变仪的使用,使测量的数据可以在很大程度上反映涂料的流变性,促进了涂料的研发、质量控制以及生产方面的技术进步,也将使涂料流变性的研究越来越深入!


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