涂料流變學(xué)及測(cè)量的應(yīng)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(xiàn)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(xiàng)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(shù)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(dāng)涂料受到簡(jiǎn)單剪切做單向?qū)恿?，層間有速度差，若剪切應(yīng)力為τ，剪切速率為Y，則粘度η＝τ/Y，稱(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(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(duì)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(shù)脂溶液本身和分散顆粒對(duì)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(chǔ)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(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(shí)或者良好的流動(dòng)性才有足夠的流平，另外粘度也對(duì)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(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(duì)涂料的質(zhì)量影響很大，所以這幾個(gè)參數(shù)的測(cè)量在涂料的生產(chǎn)、研發(fā)和使用中備受重視。

美國(guó)Brookfield公司作為Z出色的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)/流變儀制造商之一。自從1932年發(fā)明出D一臺(tái)表盤(pán)式旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)以來(lái)，推出了一系列針對(duì)涂料生產(chǎn)和研發(fā)的粘度計(jì)/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(cè)量提供了一套完整的應(yīng)用解決方案。

以DV2T為代表

該類(lèi)機(jī)型的轉(zhuǎn)子通常為常見(jiàn)的圓盤(pán)式轉(zhuǎn)子，也可以根據(jù)用戶(hù)需求配置其它轉(zhuǎn)子。Z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(guò)人性化的軟件來(lái)進(jìn)行測(cè)量?？梢杂糜跍y(cè)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(duì)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(zhuǎn)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(cè)量粘度的范圍大大擴(kuò)大，測(cè)量準(zhǔn)確度也有很大提高。此類(lèi)粘度計(jì)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(jì)。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(jì)（KU-3）配有200RPM的固定轉(zhuǎn)速去驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，以*取代傳統(tǒng)粘度計(jì)所需的砝碼。此類(lèi)粘度計(jì)還可以直接讀出以克數(shù)、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(cè)量更，重復(fù)性也更高，可以滿(mǎn)足客戶(hù)不同測(cè)試條件的需要。

以CAP2000+為代表

主要用于測(cè)定較粘稠物料的粘度及其流變性。因?yàn)槠浼羟兴俾时容^高（剪切速率Z高可達(dá)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(cè)試速度快，而且自帶溫控系統(tǒng)。除了CAP2000+粘度計(jì)，還有單轉(zhuǎn)速的純QC機(jī)型CAP1000+粘度計(jì)。

以RST-CPS為代表

RST系列流變儀可以控制剪切應(yīng)力和剪切速率，在測(cè)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(yīng)涂料的觸變性行為。RST系列流變儀通過(guò)對(duì)剪切應(yīng)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(jì)可以對(duì)涂料生產(chǎn)過(guò)程的粘度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)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(xiàn)生產(chǎn)中問(wèn)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(xiàn)粘度計(jì)主要有兩種：TT-100旋轉(zhuǎn)式在線(xiàn)粘度計(jì)和AST-100振動(dòng)式在線(xiàn)粘度計(jì)。

以PFT為代表

PFT粉體流動(dòng)測(cè)試儀可以對(duì)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(yù)估在運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、使用過(guò)程中的粉末涂料由于流動(dòng)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(jì)/流變儀的使用，使測(cè)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(lái)越深入！