涂料黏度的不同測定方法

本文主要針對試驗室中不同試驗要求，對不同體系的涂料，使用不同的試驗方法進行黏度比較和分析。

1 試驗方法

1.1 斯托默黏度計法

斯托默黏度計(圖1)是試驗室測定涂料黏度廣泛使用的儀器，可以測量丙烯酸面漆、環(huán)氧底漆、氯化橡膠漆、環(huán)氧富鋅底漆、聚氨酯面漆等不同體系涂料。其測量原理是通過平衡砝碼質量產(chǎn)生的力矩與涂料的黏度阻力等兩者相當時，查表得出涂料的KU值，測量范圍為40～140 KU。將轉子槳葉浸入被測樣品，直至轉軸標記處，從5～500 g砝碼中選擇合適的砝碼放置在砝碼架上，松開鎖緊旋鈕，開始計時，當轉速穩(wěn)定在200 r/min時，停止測定。因硬件、軟件升級，儀器自動化程度不斷提高，STM-KU2型黏度計(圖2)可以直接數(shù)字顯示黏度KU值、CP值，方便了工作，提高了效率，而且儀器對采集數(shù)據(jù)進行計權運算和相關處理，自動刪除偏離中心區(qū)域的數(shù)據(jù)，提高了儀器測量的準確性。相對于旋轉黏度計測量時旋轉轉子所受到的黏性力矩，斯托默黏度計槳葉受到的被測流體黏度阻力的試驗結果重復性更高。斯托默黏度計的優(yōu)點是操作簡便，測量完畢，只需將槳葉拆下清洗即可，可以方便對大批量產(chǎn)品同時進行黏度測定。但是斯托默黏度計結構精密，對環(huán)境要求較高，振動、潮濕的環(huán)境對儀器測量的準確性有直接影響，而且也會縮短儀器的使用壽命。

圖1 QNZ 斯托默黏度計

Fig. 1 QNZ Stormer Viscometer

圖2 STM-KU2型斯托默黏度計

Fig. 2 STM-KU2 Stormer Viscometer

1.2 恩氏黏度法(涂-1黏度計法)

恩氏黏度法適用于GB/T 266、ASTMD1665、IP212標準。其原理是在溫度20 ℃條件下，200 mL測定液體流出恩氏黏度計(圖3)所需時間(s)與蒸餾水在相同條件下流出時間(s)之比，單位為恩格拉度。恩氏黏度是相對條件黏度。按照試驗要求，搭建好試驗儀器，調節(jié)黏度計水平，以黏度計內鍋中3個水平支釘與液面相切為準，倒入被測液體，恒溫至20 ℃。試驗初期，可將數(shù)字式溫控儀溫度設定稍高些，同時轉動外鍋中的攪拌，加快恒溫過程。拔開塞棒同時，按動秒表計時，當?shù)竭_接受瓶200 mL刻度時，停止計時。20 ℃時，標準水值為(51±1) s，溫度計分度0.5 ℃。恩氏黏度計的溫控系統(tǒng)可根據(jù)試驗需要，設定不同的溫度，對涂料的黏度進行測量，但其不足處是試驗裝置搭建比較復雜，清洗相對麻煩，特別是黏性較大的產(chǎn)品不適宜用恩氏黏度法。

圖3 WIN-1A恩氏黏度計

Fig. 3 Engler Viscometer 

1.3 涂-4黏度計法

涂-4黏度計法適用于流出時間小于150 s的涂料產(chǎn)品。涂-4黏度計(圖4)容量為100 mL，當涂料盛滿容器后，從底部標準孔中流出的時間來測定涂料黏度，單位為s，測得值乘以修正系數(shù)K，即為涂料的條件黏度。兩次平行試驗，其誤差不宜超過0.5 s。試驗完畢，應清洗殘留的液體，特別是流出孔，保證杯子內壁的光潔度。涂-4黏度計法通常用來測量地板清漆、木器涂料等低黏度涂料產(chǎn)品。涂-4黏度計的優(yōu)勢為結構簡單、操作簡便。涂-4黏度計所得試驗數(shù)據(jù)可與恩氏黏度計結果進行換算。但如果清洗不徹底，流出孔容易堵塞，會導致測量結果不準確。

圖4 XND-1涂-4黏度計

Fig. 4 XND-1 Cup 4 Viscometer

1.4 旋轉黏度計法

旋轉黏度計(圖5)通過不同轉子和轉速的組合，可以測量10～100 000 mPa · s的液體絕對黏度。量程范圍參考(表1)，旋轉黏度計可用于測量樹脂黏度和環(huán)氧富鋅底漆的TI值，也用于中間產(chǎn)品有機膨潤土預膠黏度控制。當測量未知黏度的液體時，按照轉子從小到大、轉速從慢到快的原則進行操作，防止同步電機燒毀，當讀數(shù)指針穩(wěn)定在30～90分度區(qū)間時，按下指針鎖定桿和電機開關，直接讀出刻度盤上的數(shù)值，再乘上系數(shù)表上的系數(shù)，所得結果為被測樣品的絕對黏度(mPa · s)。如超出測量范圍，可通過改變轉子和轉速完成測量，轉速有6 r/min、12 r/min、30r/min、60 r/min 4種。測量過程中，要固定升降螺釘，預防電機松動墜落。裝卸轉子時，要仔細小心，測量完畢，將轉子清洗干凈，放在專門的盒子中保存，并將黃色套圈安裝在電機下部的轉軸連接處，保護彈簧游絲的靈敏度。旋轉黏度計量程范圍較大，因此被廣泛應用于涂料、油脂、食品、藥物、染料、油墨、膠黏劑、化妝品等許多領域。旋轉黏度計對工作部件轉子的光潔度要求很高，所以有腐蝕性的液體不可以用其測定。

圖5 NDJ-1旋轉黏度計

Fig. 5 NDJ-1 Rotary Viscometer

1.5 落球黏度法

其原理是鋼球自由下落速度與液體黏滯力成反比，黏度越大，鋼球落下的時間越長。因高黏度流體中容易產(chǎn)生氣泡，所以測量結果會有偏差，應做平行試驗，減少誤差。落球黏度計(圖6)在試驗室中用來測定涂料原料用樹脂的黏度。落球黏度計缺點也很明顯，因為需要觀察鋼球的狀態(tài)，通常只能測定透明的牛頓液體，對不透明液體黏度的測定則并不適用。

圖6 落球黏度計

Fig. 6 Multipoint Falling Ball Viscometer

1.6 巖田黏度杯法

因其攜帶方便，操作簡單，被廣泛應用于現(xiàn)場測量。測量時，將巖田杯(圖7)浸入流體中，且流體沒過巖田杯上端，提出杯子，同時按動秒表計時，當流體出現(xiàn)第1次斷口時，停止計時，同時做3次測量，平均值為流體流出時間。巖田法適用于20～105 s流出時間流體，且結果數(shù)據(jù)要標明環(huán)境溫度。巖田黏度杯的測量原理和結構與涂-4杯完全相同，但體積更加小巧，是現(xiàn)場技術服務的必備工具之一。但其不足之處是不能測量高黏度值的厚涂底漆涂料。

2 黏度單位的換算

絕對黏度，單位Pa · s，1.0 Pa · s＝10 P＝1 000 cP；

運動黏度， 單位m2/s，＝/ ，為該流體同一溫度下的密度(kg/m3)；

恩氏黏度Et，單位(°) ，Et＝t/K20，t為試液在t ℃時從恩氏黏度計中流出200 mL所需時間，單位s。K20為黏度計20 ℃時水值；

涂-4杯黏度，單位m2/s，＝(T4－6.0)/0.223，T4為涂4杯測得流體流出時間s；

不同黏度測定方法所得試驗數(shù)據(jù)也可通過表格進行換算，詳見表2。

表2 各種黏度標準換算

Table 2 Viscosity Standards Conversion

結語

因測定方法不同，所得測量值也會有差異，因此和供應商、客戶約定測試方法是十分必要的。溫度是影響?zhàn)ざ鹊闹匾�因素，通常約定試驗溫度為25 ℃。對黏度儀除每年送當?shù)赜嬃烤謴姍z外，也可使用性質穩(wěn)定的黏度標準硅油進行校正，使黏度儀處于良好的工作狀態(tài)。

王 飛 (中遠關西涂料化工有限公司，上海 201907)

附：常用粘度杯換算表