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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2016-12-02 21:59
涂料在外力作用下，作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，在其相鄰兩層分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，使涂料產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力，這一特性稱為流體的黏度，黏度又分為動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度和條件黏度。
本文主要針對(duì)試驗(yàn)室中不同試驗(yàn)要求，對(duì)不同體系的涂料，使用不同的試驗(yàn)方法進(jìn)行黏度比較和分析。
1 試驗(yàn)方法
1.1 斯托默黏度計(jì)法
斯托默黏度計(jì)(圖1)是試驗(yàn)室測(cè)定涂料黏度廣泛使用的儀器，可以測(cè)量丙烯酸面漆、環(huán)氧底漆、氯化橡膠漆、環(huán)氧富鋅底漆、聚氨酯面漆等不同體系涂料。其測(cè)量原理是通過平衡砝碼質(zhì)量產(chǎn)生的力矩與涂料的黏度阻力等兩者相當(dāng)時(shí)，查表得出涂料的KU值，測(cè)量范圍為40～140 KU。將轉(zhuǎn)子槳葉浸入被測(cè)樣品，直至轉(zhuǎn)軸標(biāo)記處，從5～500 g砝碼中選擇合適的砝碼放置在砝碼架上，松開鎖緊旋鈕，開始計(jì)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在200 r/min時(shí)，停止測(cè)定。因硬件、軟件升級(jí)，儀器自動(dòng)化程度不斷提高，STM-KU2型黏度計(jì)(圖2)可以直接數(shù)字顯示黏度KU值、CP值，方便了工作，提高了效率，而且儀器對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)權(quán)運(yùn)算和相關(guān)處理，自動(dòng)刪除偏離中心區(qū)域的數(shù)據(jù)，提高了儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性。相對(duì)于旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)量時(shí)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子所受到的黏性力矩，斯托默黏度計(jì)槳葉受到的被測(cè)流體黏度阻力的試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性更高。斯托默黏度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，測(cè)量完畢，只需將槳葉拆下清洗即可，可以方便對(duì)大批量產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行黏度測(cè)定。但是斯托默黏度計(jì)結(jié)構(gòu)精密，對(duì)環(huán)境要求較高，振動(dòng)、潮濕的環(huán)境對(duì)儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性有直接影響，而且也會(huì)縮短儀器的使用壽命。
圖1 QNZ 斯托默黏度計(jì)
Fig. 1 QNZ Stormer Viscometer
圖2 STM-KU2型斯托默黏度計(jì)
Fig. 2 STM-KU2 Stormer Viscometer
1.2 恩氏黏度法(涂-1黏度計(jì)法)
恩氏黏度法適用于GB/T 266、ASTMD1665、IP212標(biāo)準(zhǔn)。其原理是在溫度20 ℃條件下，200 mL測(cè)定液體流出恩氏黏度計(jì)(圖3)所需時(shí)間(s)與蒸餾水在相同條件下流出時(shí)間(s)之比，單位為恩格拉度。恩氏黏度是相對(duì)條件黏度。按照試驗(yàn)要求，搭建好試驗(yàn)儀器，調(diào)節(jié)黏度計(jì)水平，以黏度計(jì)內(nèi)鍋中3個(gè)水平支釘與液面相切為準(zhǔn)，倒入被測(cè)液體，恒溫至20 ℃。試驗(yàn)初期，可將數(shù)字式溫控儀溫度設(shè)定稍高些，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)外鍋中的攪拌，加快恒溫過程。拔開塞棒同時(shí)，按動(dòng)秒表計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)接受瓶200 mL刻度時(shí)，停止計(jì)時(shí)。20 ℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)水值為(51±1) s，溫度計(jì)分度0.5 ℃。恩氏黏度計(jì)的溫控系統(tǒng)可根據(jù)試驗(yàn)需要，設(shè)定不同的溫度，對(duì)涂料的黏度進(jìn)行測(cè)量，但其不足處是試驗(yàn)裝置搭建比較復(fù)雜，清洗相對(duì)麻煩，特別是黏性較大的產(chǎn)品不適宜用恩氏黏度法。
圖3 WIN-1A恩氏黏度計(jì)
Fig. 3 Engler Viscometer
1.3 涂-4黏度計(jì)法
涂-4黏度計(jì)法適用于流出時(shí)間小于150 s的涂料產(chǎn)品。涂-4黏度計(jì)(圖4)容量為100 mL，當(dāng)涂料盛滿容器后，從底部標(biāo)準(zhǔn)孔中流出的時(shí)間來測(cè)定涂料黏度，單位為s，測(cè)得值乘以修正系數(shù)K，即為涂料的條件黏度。兩次平行試驗(yàn)，其誤差不宜超過0.5 s。試驗(yàn)完畢，應(yīng)清洗殘留的液體，特別是流出孔，保證杯子內(nèi)壁的光潔度。涂-4黏度計(jì)法通常用來測(cè)量地板清漆、木器涂料等低黏度涂料產(chǎn)品。涂-4黏度計(jì)的優(yōu)勢(shì)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便。涂-4黏度計(jì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)可與恩氏黏度計(jì)結(jié)果進(jìn)行換算。但如果清洗不徹底，流出孔容易堵塞，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。
圖4 XND-1涂-4黏度計(jì)
Fig. 4 XND-1 Cup 4 Viscometer
1.4 旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法
旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(圖5)通過不同轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速的組合，可以測(cè)量10～100 000 mPa · s的液體絕對(duì)黏度。量程范圍參考(表1)，旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)可用于測(cè)量樹脂黏度和環(huán)氧富鋅底漆的TI值，也用于中間產(chǎn)品有機(jī)膨潤(rùn)土預(yù)膠黏度控制。當(dāng)測(cè)量未知黏度的液體時(shí)，按照轉(zhuǎn)子從小到大、轉(zhuǎn)速從慢到快的原則進(jìn)行操作，防止同步電機(jī)燒毀，當(dāng)讀數(shù)指針穩(wěn)定在30～90分度區(qū)間時(shí)，按下指針鎖定桿和電機(jī)開關(guān)，直接讀出刻度盤上的數(shù)值，再乘上系數(shù)表上的系數(shù)，所得結(jié)果為被測(cè)樣品的絕對(duì)黏度(mPa · s)。如超出測(cè)量范圍，可通過改變轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速完成測(cè)量，轉(zhuǎn)速有6 r/min、12 r/min、30r/min、60 r/min 4種。測(cè)量過程中，要固定升降螺釘，預(yù)防電機(jī)松動(dòng)墜落。裝卸轉(zhuǎn)子時(shí)，要仔細(xì)小心，測(cè)量完畢，將轉(zhuǎn)子清洗干凈，放在專門的盒子中保存，并將黃色套圈安裝在電機(jī)下部的轉(zhuǎn)軸連接處，保護(hù)彈簧游絲的靈敏度。旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)量程范圍較大，因此被廣泛應(yīng)用于涂料、油脂、食品、藥物、染料、油墨、膠黏劑、化妝品等許多領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對(duì)工作部件轉(zhuǎn)子的光潔度要求很高，所以有腐蝕性的液體不可以用其測(cè)定。
圖5 NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)
Fig. 5 NDJ-1 Rotary Viscometer
1.5 落球黏度法
其原理是鋼球自由下落速度與液體黏滯力成反比，黏度越大，鋼球落下的時(shí)間越長(zhǎng)。因高黏度流體中容易產(chǎn)生氣泡，所以測(cè)量結(jié)果會(huì)有偏差，應(yīng)做平行試驗(yàn)，減少誤差。落球黏度計(jì)(圖6)在試驗(yàn)室中用來測(cè)定涂料原料用樹脂的黏度。落球黏度計(jì)缺點(diǎn)也很明顯，因?yàn)樾枰^察鋼球的狀態(tài)，通常只能測(cè)定透明的牛頓液體，對(duì)不透明液體黏度的測(cè)定則并不適用。
圖6 落球黏度計(jì)
Fig. 6 Multipoint Falling Ball Viscometer
1.6 巖田黏度杯法
因其攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。測(cè)量時(shí)，將巖田杯(圖7)浸入流體中，且流體沒過巖田杯上端，提出杯子，同時(shí)按動(dòng)秒表計(jì)時(shí)，當(dāng)流體出現(xiàn)第1次斷口時(shí)，停止計(jì)時(shí)，同時(shí)做3次測(cè)量，平均值為流體流出時(shí)間。巖田法適用于20～105 s流出時(shí)間流體，且結(jié)果數(shù)據(jù)要標(biāo)明環(huán)境溫度。巖田黏度杯的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)與涂-4杯完全相同，但體積更加小巧，是現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)的必備工具之一。但其不足之處是不能測(cè)量高黏度值的厚涂底漆涂料。
絕對(duì)黏度，單位Pa · s，1.0 Pa · s＝10 P＝1 000 cP；
運(yùn)動(dòng)黏度， 單位m2/s，＝/ ，為該流體同一溫度下的密度(kg/m3)；
恩氏黏度Et，單位(°) ，Et＝t/K20，t為試液在t ℃時(shí)從恩氏黏度計(jì)中流出200 mL所需時(shí)間，單位s。K20為黏度計(jì)20 ℃時(shí)水值；
涂-4杯黏度，單位m2/s，＝(T4－6.0)/0.223，T4為涂4杯測(cè)得流體流出時(shí)間s；
不同黏度測(cè)定方法所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)也可通過表格進(jìn)行換算，詳見表2。
表2 各種黏度標(biāo)準(zhǔn)換算
Table 2 Viscosity Standards Conversion
因測(cè)定方法不同，所得測(cè)量值也會(huì)有差異，因此和供應(yīng)商、客戶約定測(cè)試方法是十分必要的。溫度是影響?zhàn)ざ鹊闹匾蛩兀ǔ＜s定試驗(yàn)溫度為25 ℃。對(duì)黏度儀除每年送當(dāng)?shù)赜?jì)量局強(qiáng)檢外，也可使用性質(zhì)穩(wěn)定的黏度標(biāo)準(zhǔn)硅油進(jìn)行校正，使黏度儀處于良好的工作狀態(tài)。
王 飛 (中遠(yuǎn)關(guān)西涂料化工有限公司，上海 201907)
附：常用粘度杯換算表
來源：AnyTesting
