涂料流變學(xué)及其測量

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(xiàng)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(shí)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(dāng)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(yīng)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(xué)的一個重要指標(biāo)，與剪切速率和

剪切應(yīng)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(dá)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(fù)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(xué)測量解決方案

美國 Brookfield 公司作為世jie上zui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jie上第yi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(yīng)用解決方案。

01 標(biāo)準(zhǔn)型旋轉(zhuǎn)粘度計

該類機(jī)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。zui新

型的 DV2T 機(jī)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(jìn)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(yīng)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(kuò)大，測量準(zhǔn)確度也有很大提高。此類粘度

計還有 DV1、DV3T、表盤式、DVS+等。

02 斯托默型粘度計

涂料中zui常用的是斯托默（Stormer）粘度計。此儀器的zui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(dá)，以完

全取代傳統(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(fù)性也更高，可以滿足

客戶不同測試條件的需要。

03CAP 系列錐板粘度計

主要用于測定較粘稠物料的粘度及其流變性。因?yàn)槠浼羟?/span>速率比較高（剪切速率zui高

可達(dá) 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(jī)型 CAP1000+粘

度計。

04RST 系列流變儀

RST 系列流變儀可以控制剪切應(yīng)力和剪切速率，在測量涂料的觸變性、屈服應(yīng)力等性

能方面更加方便。涂料在涂裝后的zui終外觀取決于烘烤初期涂料的流動性之類的流變

學(xué)行為，在涂裝后的流動性只能在ji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(yīng)涂料的觸變性行為。RST

系列流變儀通過對剪切應(yīng)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

在線粘度計可以對涂料生產(chǎn)過程的粘度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。通過粘度來反映產(chǎn)品的質(zhì)量，

進(jìn)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(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)成本。目前涂料行業(yè)應(yīng)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。

06 粉體流動測試儀

PFT 粉體流動測試儀可以對粉末涂料的流動性能進(jìn)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(yù)估在運(yùn)輸、倉儲、使用

過程中的粉末涂料由于流動性行為或設(shè)備局限做造成的堵塞潛在性。

涂料的流變性復(fù)雜。隨著涂料應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和研究的深入，已總結(jié)出一些實(shí)用規(guī)律

用于實(shí)踐指導(dǎo)，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(jìn)了涂料在 R&D、QC 以及生產(chǎn)方面的

技術(shù)進(jìn)步，也將使涂料流變性的研究越來越深入！