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技术文章

涂料流变学及其测量的应用解决方案

阅读:3195          发布时间:2019/2/18

涂料的概念

“涂料,因早期的涂料大多以植物油为主要原料,故又称作油漆。现在合成树脂已取代了植物油,故称为涂料。涂料并非只有液态,粉末涂料就是涂料品种中的一大类。”

 

涂料的流变性

涂料一般为粘稠液体或粉状物质。由于涂料在涂装的过程中,一定要经过流体这个阶段,所以流变性能是涂料的一项重要性能。流体按大类可以分为牛顿型和非牛顿型,非牛顿型流体又分为剪切速率依存型和时间依存型。剪切速率依存型是指流体的流动行为随剪切速率的变化而变化,包括假塑型、胀流型和塑型。时间依存型是指一定剪切速率下流体随时间而变化的流动特性,包括触变型和流凝型,实际中的涂料大多数是触变型流体。

 

在涂料的生产、贮存、施工和成膜过程中,所受到的力可以分为纯剪切、拉伸剪切和简单剪切等,其中主要是简单剪切。当涂料受到简单剪切做单向层流,层间有速度差,若剪切应力为τ,剪切速率为Y,则粘度η=τ/Y,称为动力粘度,单位为Pa.s,常用单位为mPa.s或者cP(厘泊)。粘度是涂料流变学的一个重要指标,与剪切速率和剪切应力密切相关。

 

涂料主要有三部分组成:成膜物质、溶剂和填料。这几种物质对涂料流变性的影响主要在低剪切速率方面,如颜料的絮凝,各种助剂的存在,所形成的结构使粘度变化很大;在高剪切速率下,结构被破坏,所呈现的粘度接近树脂溶液本身和分散颗粒对粘度的影响。高低剪切速率下的粘度配合,使涂料有一个符合储存和施工所需的流变性能。

 

例如在涂料贮存中,希望体系有较高的粘度,防止颜料和填料的沉淀;在施工时开始要求体系粘度较低,有利于涂膜流平,但要求涂膜粘度在一定时间达到较高粘度,以免涂膜产生流挂和流淌现象;粉末涂料只有它的熔融体有足够低的粘度时或者良好的流动性才有足够的流平,另外粘度也对颜料在涂料中的分散有很大影响。

 

从以上分析也可以看出,涂料流变性几个方面的参数:屈服值、触变性、粘度恢复速度和施工剪切速率下的粘度对涂料的质量影响很大,所以这几个参数的测量在涂料的生产、研发和使用中备受重视。

 

涂料流变学测量解决方案

美国Brookfield公司作为世界上出色的旋转粘度计/流变仪制造商之一。自从1932年发明出世界上台表盘式旋转粘度计以来,推出了一系列针对涂料生产和研发的粘度计/流变仪,为涂料生产和研发过程中的流变性、流动性研究与测量提供了一套完整的应用解决方案。

 

01标准型旋转粘度计

以DV2T为代表

 

该类机型的转子通常为常见的圆盘式转子,也可以根据用户需求配置其它转子。新型的DV2T机型配备了5.7英寸全彩色触屏显示,可以与电脑连接,通过人性化的软件来进行测量??梢杂糜诓饬客苛显系恼扯?、半成品的粘度、成品的粘度等,在QC和R&D中应用很多。

 

针对不同客户的需求,Brookfield还推出了小量样品适配器(SSA)、螺旋适配器(SA)、超低粘度适配器(ULA)、升降支架、桨式转子等附件。在一些生产或者研发过程中使用这些附件可以使测量粘度的范围大大扩大,测量准确度也有很大提高。此类粘度计还有DV1、DV3T、表盘式、DVS+等。

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DV2T旋转粘度计

 

 

02斯托默型粘度计

以KU-3为代表

 

涂料中常用的是斯托默(Stormer)粘度计。此仪器发展是模仿漆工用桨叶搅拌涂料,视其阻力大小来判断该漆的稠度,以Krebs Unit(KU)表示。Brookfield推出的新一代Stormer粘度计(KU-3)配有200RPM的固定转速去驱动马达,以完全取代传统粘度计所需的砝码。此类粘度计还可以直接读出以克数、cP为单位的涂料粘度。使用起来简单快捷,在很大程度上使测量更,重复性也更高,可以满足客户不同测试条件的需要。

 

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KU-3斯托默粘度计

 

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 老款KU-2粘度计

 

 

03CAP系列锥板粘度计

以CAP2000+为代表

 

主要用于测定较粘稠物料的粘度及其流变性。因为其剪切速率比较高(剪切速率高可达13,300 1/S),非常合适用来模拟涂料刷涂过程中的剪切速率,是涂料生产中的质量控制和研发中的必备仪器。该仪器所需样品量少、清洗方便、测试速度快,而且自带温控系统。除了CAP2000+粘度计,还有单转速的纯QC机型CAP1000+粘度计。

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CAP2000+锥板粘度计

 

 

 

04RST系列流变仪

以RST-CPS为代表

RST系列流变仪可以控制剪切应力和剪切速率,在测量涂料的触变性、屈服应力等性能方面更加方便。涂料在涂装后的外观取决于烘烤初期涂料的流动性之类的流变学行为,在涂装后的流动性只能在极低的剪切速率下才能研究,所以使用RST系列流变仪采用一个从高到低的剪切速率变化,可以很好地反应涂料的触变性行为。RST系列流变仪通过对剪切应力的控制,可以表征涂料刚开始屈服到流动的曲线变化,获得更全面的涂料流变性。

 

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05在线粘度计

以AST-100为代表

在线粘度计可以对涂料生产过程的粘度进行实时监控。通过粘度来反映产品的质量,进行质量控制,保证了不同批次产品质量的一致性,可以及时发现生产中问题,减少各种浪费,节约生产成本。目前涂料行业应用的在线粘度计主要有两种:TT-100旋转式在线粘度计和AST-100振动式在线粘度计。

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 AST-100INK在线粘度计

 

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06粉体流动测试仪

以PFT为代表

PFT粉体流动测试仪可以对粉末涂料的流动性能进行分析研究。通过粉末的流动性能来反映粉末涂料的涂覆效果以及产品配方的有效性,并以此预估在运输、仓储、使用过程中的粉末涂料由于流动性行为或设备局限做造成的堵塞潜在性。

 

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涂料的流变性复杂。随着涂料应用范围的扩大和研究的深入,已总结出一些实用规律用于实践指导,特别是一些高性能的仪器包括旋转粘度计/流变仪的使用,使测量的数据可以在很大程度上反映涂料的流变性,促进了涂料在R&D、QC以及生产方面的技术进步,也将使涂料流变性的研究越来越深入!

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