涂料粘度的測(cè)定方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)你知道多少呢？

0 前言

粘度是涂料性能中的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于涂料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，施工性能和成膜性能有很大影響。例如對(duì)于乳膠漆，在貯存過程中涂料的剪切應(yīng)力τ0>10 dyn/cm2 有利于防止沉降，粘度15~30 Pa•s能保證適當(dāng)?shù)恼雌崃?；粘度?.5~5.0 Pa•s 保證刷涂性和很好的漆膜性能。在刷涂后如果粘度能夠>250 Pa•s 則能很好地控制流掛，因此測(cè)定涂料的粘度成為涂料生產(chǎn)和檢驗(yàn)中的常規(guī)項(xiàng)目。

1 粘度的定義

粘度可以認(rèn)為是液體對(duì)于流動(dòng)所具有的內(nèi)部阻力。動(dòng)力粘度是指對(duì)液體所施加的剪切應(yīng)力與速度梯度的比值，其國(guó)際單位為帕斯卡• 秒（Pa•s），習(xí)用單位為厘泊（cP），1 cP ＝ 1 mPa•s。通過比較在不同剪切速率下粘度的變化，我們可以把流體分為牛頓型流體和非牛頓型流體。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6753.4—1998 中將流體的流動(dòng)類型分為牛頓型流動(dòng)和不規(guī)則流動(dòng)。牛頓型流動(dòng)，當(dāng)剪切應(yīng)力與速度梯度比值既不隨時(shí)間也不隨速度梯度方式而改變時(shí)，這種材料所呈現(xiàn)的流動(dòng)類型稱為牛頓型流動(dòng)，當(dāng)這一比值變化很小時(shí)，機(jī)械擾動(dòng)（如攪拌）對(duì)粘度的影響可忽略不計(jì)，這種材料被稱為具有近似牛頓型的流動(dòng)。一般清漆和低粘度色漆屬于這種液體。不規(guī)則流動(dòng)，當(dāng)剪切應(yīng)力與速度梯度比值隨時(shí)間或隨剪切速率而改變時(shí)，這種材料所呈現(xiàn)的流動(dòng)類型稱為不規(guī)則流動(dòng)。

2 涂料粘度的測(cè)定方法

涂料粘度的測(cè)定方法很多，包括流出杯、斯托默粘度計(jì)、落球粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、毛細(xì)管粘度計(jì)，錐板粘度計(jì)等等。

2.1 涂料粘度測(cè)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 流出杯法

流出杯是在實(shí)驗(yàn)室，生產(chǎn)車間和施工場(chǎng)所最容易獲得的涂料粘度測(cè)量?jī)x器。由于流量杯容積大，流出孔粗短，因此操作、清洗均較方便，且可以用于不透明的色漆。流量杯粘度計(jì)所測(cè)定的粘度為運(yùn)動(dòng)粘度，即為一定量的試樣，在一定溫度下從規(guī)定直徑的孔所流出的時(shí)間，以秒表示。這是最chang用的涂料粘度測(cè)定方法。因?yàn)榭梢栽诤芏鄨?chǎng)合方便地使用，因此在世界各地得以廣泛的應(yīng)用。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于流出杯測(cè)涂料粘度的方法標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 1723—1993 涂料粘度測(cè)定法和GB/T6753.4—1988 色漆和清漆用流出杯測(cè)定流出時(shí)間。在GB/T 1723—1993 中使用涂-1 杯和涂-4 杯，

涂-1杯用于測(cè)定流出時(shí)間不低于20s 的涂料產(chǎn)品，涂-4杯適用于測(cè)定流出時(shí)間在150 s 以下的涂料。比較兩次測(cè)定值之差不大于平均值的3％，取兩次測(cè)定值的平均值作為測(cè)定結(jié)果。在GB/T 6753.4—1988 中，使用尺寸相似而流出孔徑分別為3 mm，4 mm，5 mm，6 mm的4種流出杯，用于測(cè)定能準(zhǔn)確地判定自流出杯流出孔流出的液流斷點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)物料。對(duì)于流出時(shí)間超過100 s 的實(shí)驗(yàn)物料，由于延遲效應(yīng)，斷點(diǎn)難以斷定且重復(fù)性差。

2.1.2 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法

觸變型涂料用流出杯法所測(cè)粘度過大，需用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，有旋轉(zhuǎn)槳式粘度計(jì)、同軸圓桶旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、錐形平板粘度計(jì)等。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)涂料粘度的方法標(biāo)準(zhǔn)常用的有GB/T 9269—1988 建筑涂料粘度的測(cè)定斯托默粘度計(jì)法和GB/T 9751—1988 涂料在高剪切速率下粘度的測(cè)定。GB/T 9269—1988 適用于建筑涂料粘度的測(cè)定，也可以用于適宜涂料粘度的測(cè)定。它以產(chǎn)生200 r/min 轉(zhuǎn)速所需要的負(fù)荷表示，單位為克（g）。也可以通過查GB/T 9269—1988 中的表格獲得與產(chǎn)生200 r/min 轉(zhuǎn)速所需要的負(fù)荷和克雷布斯（Krebs）單位（KU）換算。克雷布斯（Krebs）單位（KU）是產(chǎn)生200 r/min 轉(zhuǎn)速所需要負(fù)荷的一種對(duì)數(shù)函數(shù)，一般用來表示用于刷涂和輥涂涂料的粘度。GB/T 9751—1988 中在5 000~20 000 s-1 的剪切速率下，測(cè)定涂料的動(dòng)力學(xué)粘度，在比較各種涂料的粘度時(shí)，剪切速率應(yīng)大致相同。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)適用于一切刷涂涂料，而不管其是否具有牛頓性質(zhì)。此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中可以使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)和錐板粘度計(jì)。對(duì)于同一試驗(yàn)者在同一試驗(yàn)室中使用一臺(tái)設(shè)備所取得的兩次測(cè)定值之間的相對(duì)誤差不應(yīng)大于5％。

表1 4 種涂料粘度測(cè)定方法的比較

2.2 涂料粘度測(cè)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的ISO 2431 通過推出一系列的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)流出杯解決了不同國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中流出杯個(gè)體差異對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響問題。世界各國(guó)使用的流量杯粘度計(jì)各有不同的名稱，我國(guó)主要有涂杯粘度計(jì)、ISO 杯粘度計(jì)；美國(guó)有福特（FORD）杯粘度計(jì)；德國(guó)的DIN 杯粘度計(jì)。它們都按孔徑大小分不同的型號(hào)，每種型號(hào)的粘度杯都有其很好的的測(cè)量范圍。若低于或高于流出時(shí)間范圍，則所測(cè)得的數(shù)據(jù)就不準(zhǔn)確，因此選用流量杯測(cè)定粘度時(shí)，需要根據(jù)樣品粘度情況選擇合適型號(hào)的粘度計(jì)，對(duì)測(cè)得的流出時(shí)間更好在規(guī)定范圍中間，并且注明使用何種型號(hào)的粘度計(jì)所測(cè)。一般涂料常選用涂-4 杯、DIN-4 杯、ISO-4 杯等粘度計(jì)來測(cè)定其粘度。而在涂料生產(chǎn)車間或涂裝施工現(xiàn)場(chǎng)常用浸漬型粘度計(jì)，國(guó)內(nèi)外多采用福特杯（Ford Cup）和察恩杯（Zahn Cup）。

2.2.1 用流出杯測(cè)涂料粘度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

① ISO 2431—1993 色漆和清漆。

用流量杯測(cè)定流動(dòng)時(shí)間（使用ISO 流出杯）用于測(cè)試牛頓型或近似牛頓型液體的流出時(shí)間，結(jié)果以s 表示。

② ASTM D 5125—1997用ISO 流量杯法測(cè)定涂料及有關(guān)材料粘度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（使用ISO 流出杯）用于測(cè)試牛頓型或近似牛頓型液體的流出時(shí)間，結(jié)果以s 表示。

③ ASTM D 4212—1999浸漬型粘度杯測(cè)定粘度的試驗(yàn)方法，使用浸漬型粘度杯測(cè)定粘度，結(jié)果以s 表示。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)涂料粘度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

① ASTM D 562—2001采用Stormer- 型粘度計(jì)測(cè)量Krebs 單位用的涂料粘稠度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用斯托默粘度計(jì)測(cè)定涂料粘度的方法，結(jié)果以克和克雷布斯（Krebs）單位（KU）表示。

② ASTM D 4287—2000用錐板粘度計(jì)測(cè)定高速剪切粘度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在高速剪切條件下（12 000 s-1）使用錐板粘度計(jì)測(cè)定涂料粘度的方法，結(jié)果以mPa•s 表示。

③ ISO 2884—1—1999涂料和清漆，用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定粘度。第1 部分: 高剪切速率下使用的錐形和板式粘度計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在高速剪切條件下使用錐板粘度計(jì)測(cè)定涂料粘度的方法，結(jié)果以mPa•s 表示。

④ ISO 2884—2—2003色漆和清漆，用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定粘度。第2 部分: 以規(guī)定速率工作的盤式或球式粘度計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了使用盤式或球式粘度計(jì)測(cè)定涂料粘度的方法，結(jié)果以mPa•s 表示。

3 結(jié)語

綜上所述，涂料粘度的測(cè)定方法可分為兩大類，即流出杯法和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的4 種方法（GB/T 1723—1993 涂料粘度測(cè)定法、GB/T6753.4—1988 色漆和清漆用流出杯測(cè)定流出時(shí)間、GB/T 9269—1988 建筑涂料粘度的測(cè)定斯托默粘度計(jì)法和GB/T 9751—1988 涂料在高剪切速率下粘度的測(cè)定）各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通過這些方法所得的粘度值可以通過一定的方法互相換算，但是換算關(guān)系有些是經(jīng)驗(yàn)公式，不能很好地反映涂料粘度，所以應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法來測(cè)定涂料粘度。