涂料流變學(xué)及測量的應用解決方案

“涂料，因早期的涂料大多以植物油為主要原料，故又稱(chēng)作油漆?，F在合成樹(shù)脂已取代了植物油，故稱(chēng)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(lèi)。”

涂料一般為粘稠液體或粉狀物質(zhì)。由于涂料在涂裝的過(guò)程中，一定要經(jīng)過(guò)流體這個(gè)階段，所以流變性能是涂料的一項重要性能。流體按大類(lèi)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(shí)間依存型。剪切速率依存型是指流體的流動(dòng)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(shí)間依存型是指一定剪切速率下流體隨時(shí)間而變化的流動(dòng)特性，包括觸變型和流凝型，實(shí)際中的涂料大多數是觸變型流體。

在涂料的生產(chǎn)、貯存、施工和成膜過(guò)程中，所受到的力可以分為純剪切、拉伸剪切和簡(jiǎn)單剪切等，其中主要是簡(jiǎn)單剪切。當涂料受到簡(jiǎn)單剪切做單向層流，層間有速度差，若剪切應力為τ，剪切速率為Y，則粘度η＝τ/Y，稱(chēng)為動(dòng)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(gè)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，所形成的結構使粘度變化很大；在高剪切速率下，結構被破壞，所呈現的粘度接近樹(shù)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(gè)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(shí)開(kāi)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(shí)間達到較高粘度，以免涂膜產(chǎn)生流掛和流淌現象；粉末涂料只有它的熔融體有足夠低的粘度時(shí)或者良好的流動(dòng)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(gè)方面的參數：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(gè)參數的測量在涂料的生產(chǎn)、研發(fā)和使用中備受重視。

美國B(niǎo)rookfield公司作為Z出色的旋轉粘度計/流變儀制造商之一。自從1932年發(fā)明出D一臺表盤(pán)式旋轉粘度計以來(lái)，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(guò)程中的流變性、流動(dòng)性研究與測量提供了一套完整的應用解決方案。

以DV2T為代表

該類(lèi)機型的轉子通常為常見(jiàn)的圓盤(pán)式轉子，也可以根據用戶(hù)需求配置其它轉子。Z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(guò)人性化的軟件來(lái)進(jìn)行測量?？梢杂糜跍y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(hù)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、槳式轉子等附件。在一些生產(chǎn)或者研發(fā)過(guò)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(lèi)粘度計還有DV1、DV3T、表盤(pán)式、DVS+等。

以KU-3為代表

涂料中Z常用的是斯托默（Stormer）粘度計。此儀器的Z初發(fā)展是模仿漆工用槳葉攪拌涂料，視其阻力大小來(lái)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的固定轉速去驅動(dòng)馬達，以*取代傳統粘度計所需的砝碼。此類(lèi)粘度計還可以直接讀出以克數、cP為單位的涂料粘度。使用起來(lái)簡(jiǎn)單快捷，在很大程度上使測量更，重復性也更高，可以滿(mǎn)足客戶(hù)不同測試條件的需要。

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Z高可達13,300 1/S），合適用來(lái)模擬涂料刷涂過(guò)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。除了CAP2000+粘度計，還有單轉速的純QC機型CAP1000+粘度計。

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Z終外觀(guān)取決于烘烤初期涂料的流動(dòng)性之類(lèi)的流變學(xué)行為，在涂裝后的流動(dòng)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(gè)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(guò)對剪切應力的控制，可以表征涂料剛開(kāi)始屈服到流動(dòng)的曲線(xiàn)變化，獲得更全面的涂料流變性。

以AST-100為代表

在線(xiàn)粘度計可以對涂料生產(chǎn)過(guò)程的粘度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。通過(guò)粘度來(lái)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(shí)發(fā)現生產(chǎn)中問(wèn)題，減少各種浪費，節約生產(chǎn)成本。目前涂料行業(yè)應用的在線(xiàn)粘度計主要有兩種：TT-100旋轉式在線(xiàn)粘度計和AST-100振動(dòng)式在線(xiàn)粘度計。

以PFT為代表

PFT粉體流動(dòng)測試儀可以對粉末涂料的流動(dòng)性能進(jìn)行分析研究。通過(guò)粉末的流動(dòng)性能來(lái)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(guò)程中的粉末涂料由于流動(dòng)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(zhù)涂料應用范圍的擴大和研究的深入，已總結出一些實(shí)用規律用于實(shí)踐指導，特別是一些高性能的儀器包括旋轉粘度計/流變儀的使用，使測量的數據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(lái)越深入！