涂料流變學及其測量的應用解決方案

涂料的概念

“涂料，因早期的涂料大多以植物油為主要原料，故又稱作油漆。現(xiàn)在合成樹脂已取代了植物油，故稱為涂料。涂料并非只有液態(tài)，粉末涂料就是涂料品種中的一大類。”

涂料的流變性

涂料一般為粘稠液體或粉狀物質(zhì)。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，包括觸變型和流凝型，實際中的涂料大多數(shù)是觸變型流體。

在涂料的生產(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。當涂料受到簡單剪切做單向?qū)恿鳎瑢娱g有速度差，若剪切應力為τ，剪切速率為Y，則粘度η＝τ/Y，稱為動力粘度，單位為Pa.s，常用單位為mPa.s或者cP（厘泊）。粘度是涂料流變學的一個重要指標，與剪切速率和剪切應力密切相關(guān)。

涂料主要有三部分組成：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或者良好的流動性才有足夠的流平，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，涂料流變性幾個方面的參數(shù)：屈服值、觸變性、粘度恢復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。

涂料流變學測量解決方案

美國Brookfield公司作為世界上出色的旋轉(zhuǎn)粘度計/流變儀制造商之一。自從1932年發(fā)明出世界上臺表盤式旋轉(zhuǎn)粘度計以來，推出了一系列針對涂料生產(chǎn)和研發(fā)的粘度計/流變儀，為涂料生產(chǎn)和研發(fā)過程中的流變性、流動性研究與測量提供了一套完整的應用解決方案。

01標準型旋轉(zhuǎn)粘度計

以DV2T為代表

該類機型的轉(zhuǎn)子通常為常見的圓盤式轉(zhuǎn)子，也可以根據(jù)用戶需求配置其它轉(zhuǎn)子。新型的DV2T機型配備了5.7英寸全彩色觸屏顯示，可以與電腦連接，通過人性化的軟件來進行測量。可以用于測量涂料原料的粘度、半成品的粘度、成品的粘度等，在QC和R&D中應用很多。

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，測量準確度也有很大提高。此類粘度計還有DV1、DV3T、表盤式、DVS+等。

DV2T旋轉(zhuǎn)粘度計

02斯托默型粘度計

以KU-3為代表

涂料中常用的是斯托默（Stormer）粘度計。此儀器的初發(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Stormer粘度計（KU-3）配有200RPM的固定轉(zhuǎn)速去驅(qū)動馬達，以*取代傳統(tǒng)粘度計所需的砝碼。此類粘度計還可以直接讀出以克數(shù)、cP為單位的涂料粘度。使用起來簡單快捷，在很大程度上使測量更，重復性也更高，可以滿足客戶不同測試條件的需要。

KU-3斯托默粘度計

 老款KU-2粘度計

03CAP系列錐板粘度計

以CAP2000+為代表

主要用于測定較粘稠物料的粘度及其流變性。因為其剪切速率比較高（剪切速率高可達13,300 1/S），非常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*儀器。該儀器所需樣品量少、清洗方便、測試速度快，而且自帶溫控系統(tǒng)。除了CAP2000+粘度計，還有單轉(zhuǎn)速的純QC機型CAP1000+粘度計。

CAP2000+錐板粘度計

04RST系列流變儀

以RST-CPS為代表

RST系列流變儀可以控制剪切應力和剪切速率，在測量涂料的觸變性、屈服應力等性能方面更加方便。涂料在涂裝后的終外觀取決于烘烤初期涂料的流動性之類的流變學行為，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RST系列流變儀采用一個從高到低的剪切速率變化，可以很好地反應涂料的觸變性行為。RST系列流變儀通過對剪切應力的控制，可以表征涂料剛開始屈服到流動的曲線變化，獲得更全面的涂料流變性。

05在線粘度計

以AST-100為代表

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。目前涂料行業(yè)應用的在線粘度計主要有兩種：TT-100旋轉(zhuǎn)式在線粘度計和AST-100振動式在線粘度計。

 AST-100INK在線粘度計

06粉體流動測試儀

以PFT為代表

PFT粉體流動測試儀可以對粉末涂料的流動性能進行分析研究。通過粉末的流動性能來反映粉末涂料的涂覆效果以及產(chǎn)品配方的有效性，并以此預估在運輸、倉儲、使用過程中的粉末涂料由于流動性行為或設備局限做造成的堵塞潛在性。

涂料的流變性復雜。隨著涂料應用范圍的擴大和研究的深入，已總結(jié)出一些實用規(guī)律用于實踐指導，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，促進了涂料在R&D、QC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！