涂料的流變學(xué)介紹

涂料的流變學(xué)簡(jiǎn)介（一）
前言

涂料中的流變學(xué)實(shí)際上是一門研究物質(zhì)粘彈性的學(xué)科，且這種粘彈性會(huì)隨著外力的持續(xù)作用呈現(xiàn)非線性的變化。涂料從制備到運(yùn)輸儲(chǔ)存再到最終的應(yīng)用施工，每一步都與流變學(xué)有著密切的聯(lián)系。

涂料在生產(chǎn)的過(guò)程中處于中高剪切速率，此時(shí)需要賦予涂料適中的粘度。粘度太低，剪切力不足，不利于顏料分散；粘度太高，基料對(duì)顏料的潤(rùn)濕性不好，亦會(huì)影響分散效率。另外，涂料的施工方式也多種多樣，包括噴涂、刷涂、輥涂、淋涂、浸涂等等，不同的施工方式也需要涂料具有不同的流變特性，賦予涂料優(yōu)異的施工性。
流變學(xué)原理

粘度的概念

粘度是剪切應(yīng)力與剪切速率的比值。因此 ，討論液體的粘度，首先要以液體所受到的剪切速率為前提。在涂料當(dāng)中，絕大多數(shù)的液體的粘度是隨著剪切速率的變化而變化的，而且往往在低剪切速率下的粘度會(huì)高于高剪切速率下的粘度。也因此，測(cè)量粘度的時(shí)候，轉(zhuǎn)速越高，所測(cè)得的粘度往往會(huì)越低。

流體的分類

流體可以分為牛頓流體和非牛頓流體

在不同剪切速率下粘度保持恒定的流體稱之為牛頓型流體。涂料工業(yè)中，水、溶劑和一部分乳液可以認(rèn)為近似牛頓流體。如果液體的粘度隨著剪切速率的變化也同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，這種流體我們稱之為非牛頓流體。其中，非牛頓流體又分為塑性流體、假塑性流體和膨脹型流體。

1.塑性流體是指在受到外力作用時(shí)并不立即流動(dòng)而要待外力增大到某一程度時(shí)才開始流動(dòng)的流體。這個(gè)臨界點(diǎn)的力稱之為屈服值。典型的塑性流體如牙膏，和一些粘稠的顏料漿料。

2. 假塑性流體：隨著剪切速率的增大而粘度下降，且沒(méi)有屈服值的流體稱之為假塑性流體，大多數(shù)涂料均為這類流體。

3. 膨脹型流體：隨著剪切速率的增大而粘度上升的流體稱之為膨脹型流體。常見的膨脹型流體有瀝青、泥漿、玉米糊等，而涂料中則較少出現(xiàn)。

牛頓流體(1)假塑性流體(2)和膨脹塑性流體(3)的粘度曲線圖；圖中橫坐標(biāo)為剪切速率，縱坐標(biāo)為粘度

同時(shí)，在假塑性流體中，有一些受到剪切力后流體的粘度不會(huì)馬上恢復(fù)，而是需要一定的恢復(fù)時(shí)間，這種流變特性我們稱之為觸變性。

如上圖所示，用一臺(tái)流變儀測(cè)量粘度，先由低剪切速率測(cè)量到高剪切速率，再測(cè)回低剪切速率，所繪制的粘度曲線呈環(huán)形，表明粘度的恢復(fù)需要時(shí)間，這種流體就稱為觸變性流體。觸變型流體同時(shí)也是假塑性流體。而對(duì)于膨脹型流體，這種表現(xiàn)則稱為震凝性。

研究涂料的觸變性對(duì)于實(shí)際應(yīng)用具有非常重要的意義。我們?cè)跍y(cè)試粘度時(shí)，必須要考慮流體的觸變特性，如果對(duì)流體的粘度做重復(fù)測(cè)試，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)往往沒(méi)有重現(xiàn)性；或者在測(cè)量粘度之前搖晃了容器，亦會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)有偏差，這都是因?yàn)橛|變性導(dǎo)致的。

粘度的測(cè)量

對(duì)于非牛頓型流體而言，不同的剪切速率下流體具有不同的粘度。因此，測(cè)量流體的粘度需要測(cè)定流體在不同剪切速率下的粘度，并繪制成一條曲線。

粘度的測(cè)量方法多種多樣，即便是在涂料領(lǐng)域，也需要多種多樣的測(cè)量方法，以滿足生產(chǎn)、施工的實(shí)用性。同時(shí)，每種方法所測(cè)得的剪切速率區(qū)間也各有差異。在涂料領(lǐng)域中，一般粘度的測(cè)量方法主要有流量杯法、落球法和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法等。

常見的流量杯包括涂-4杯、巖田2#杯等。而常見的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)則包括彈簧旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、斯托默粘度計(jì)、高剪切粘度計(jì)等。

流量杯一般用于簡(jiǎn)易測(cè)量，在施工現(xiàn)場(chǎng)等不便于精密測(cè)量的場(chǎng)合，流量杯具有優(yōu)秀的便攜性和快捷性。但需要注意的是，流量杯一般測(cè)量低粘度的液體較為準(zhǔn)確，例如用于噴涂或刷涂的開稀后的油漆，如果測(cè)量粘度較高的液體則準(zhǔn)確性較差。

而旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)一般用于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)涂料配方時(shí)的精確測(cè)量，不同的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)所測(cè)得的剪切速率范圍是有區(qū)別的。

    如圖所示，斯托默粘度計(jì)測(cè)量的粘度的剪切速率約在10² 1/s，為中剪切速率粘度，簡(jiǎn)稱中剪粘度。Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)可以測(cè)量低-中剪切速率粘度，而ICI粘度計(jì)則用來(lái)測(cè)量高剪切速率粘度。還有一種更為高端的流變儀如來(lái)美CP5000流變儀，可以測(cè)量從10^-2-10⁴ 1/s范圍內(nèi)的粘度值，且自動(dòng)繪制出粘度曲線圖，以及剪切撤銷后的粘度恢復(fù)曲線圖，用于模擬實(shí)際施工，使配方設(shè)計(jì)更為精確、方便。

    如果沒(méi)有流變儀，在開發(fā)配方時(shí)，一般建議斯托默粘度計(jì)、Brookfield粘度計(jì)、來(lái)美粘度計(jì)和ICI粘度計(jì)搭配使用，這樣才能測(cè)得較為完整的粘度區(qū)間數(shù)據(jù)。低剪粘度代表的是涂料在靜置狀態(tài)下的粘度，可以體現(xiàn)涂料是否容易沉降，或是否容易流掛等。中剪粘度是表觀粘度，即為手動(dòng)攪拌涂料時(shí)直觀感覺到的粘度。我們?cè)谄叫袑?duì)比兩種涂料的流變特性時(shí)，往往需要將兩種涂料調(diào)至接近的中剪粘度，或KU（斯托默）粘度，這樣得出的觸變性、后增稠等數(shù)據(jù)用于比較才更為準(zhǔn)確。而高剪切速率粘度一般情況下影響的是涂料的流平性、豐滿度和抗飛濺性等，這在溶劑型涂料中體現(xiàn)的并不太明顯，但在水性涂料中影響很大。因此，溶劑型的涂料往往不太需要去檢測(cè)ICI粘度值，但水性涂料比較建議測(cè)試。當(dāng)然，對(duì)涂膜的豐滿度影響最大的還是樹脂或乳液的種類，流變特性對(duì)豐滿度的影響只局限在相同的樹脂或乳液的情況。之所以高剪切速率粘度會(huì)影響涂膜豐滿度，是因?yàn)楦呒粽扯仍礁撸克r(shí)受到的阻力越大，涂料會(huì)更容易聚集，形成的漆膜也就越厚，豐滿度越高。

廣州來(lái)美科技有限公司

                                                        2020-2-26

來(lái)美粘度計(jì)CP3000和流變儀CP5000

優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：

1、采用無(wú)彈簧電子傳感器，可靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，故障率低；

2、量程范圍較寬，轉(zhuǎn)速高，一個(gè)相當(dāng)于其他品牌3臺(tái)的量程；

3、可以連接美標(biāo)轉(zhuǎn)子，椎板轉(zhuǎn)子，同軸轉(zhuǎn)子，一機(jī)多用；

三、主要功能：

1、相對(duì)動(dòng)力粘度(mPa.s) 2、絕對(duì)動(dòng)力粘度(mPa.s) 3、斯托默粘度(KU)（需另選配斯托默轉(zhuǎn)子） 4、運(yùn)動(dòng)粘度（cst） 5、剪切速率 6、剪切應(yīng)力

7、屈服應(yīng)力 8、粘度-時(shí)間曲線 9、溫度

10、剪切稀化系數(shù) 11、流變曲線 12、觸變性

13、溫度-粘度曲線 14、凝固點(diǎn)溫度 15、凝膠時(shí)間

四、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)：

1、錐板系統(tǒng) 2、板板系統(tǒng) 3、同軸系統(tǒng) 4、布氏系統(tǒng) 5、錨式系統(tǒng) 6、T型轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

五、溫控系統(tǒng)：

1）溫度控制范圍： -5~182℃（-60~400℃可選）

2）高精度：0.01℃分辨率，

3）穩(wěn)定性：+/-0.05℃

4）無(wú)需壓縮機(jī)噪音，

5）升溫降溫速度快，25-100℃升降溫大約2分鐘；

6）溫控曲線，升溫降溫速度可編程，50段程序控制。