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