涂料粘度及其測定方法

摘要：詳細介紹 4 種關于涂料粘度測定的方法及相關國家標準，并對各個方法進行比較，簡單介紹 7 個國外涂料粘度測定的方法標準。

    關鍵詞：涂料；粘度；測定方法

    0 前言

    粘度是涂料性能中的一個重要指標，對于涂料 的儲存穩定性，施工性能和成膜性能有很大影響。例如對于乳膠漆，在貯存過程中涂料的剪切應力 τ 0>1O dyn/cm 2 有利于防止沉降，粘度 15 ～ 30 Pa · s 能保證適當的沾漆量；粘度在 2 ． 5 ～ 5 ． 0 Pa · s 保證刷涂性和*漆膜性能。在刷涂后如果粘度能夠 >250 Pa · 8 則能很好地控制流掛，因此測定涂料的粘度成為涂料生產和檢驗中的常規項目。

    1 粘度的定義

    粘度可以認為是液體對于流動所具有的內部 阻力。

    動力粘度是指對液體所施加的剪切應力與速度梯度的比值，其單位為帕斯卡·秒 (Pa · s) ， 習用單位為厘泊 (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。在國家標準 GB ／ T 6753 ． 4 ． _l998 中將流體的流動類型分 為牛頓型流動和不規則流動。

    牛頓型流動，當剪切應力與速度梯度比值既不 隨時間也不隨速度梯度方式而改變時，這種材料所 呈現的流動類型稱為牛頓型流動，當這 一 比值變化 很小時。機械擾動 ( 如攪拌 ) 對粘度的影響可忽略 不計，這種材料被稱為具有近似牛頓型的流動。 一 般清漆和低粘度色漆屬于這種液體。

    不規則流動，當剪切應力與速度梯度比值隨時間或隨剪切速率而改變時。這種材料所呈現的流動 類型稱為不規則流動。

    2 涂料粘度的測定方法

    涂料粘度的測定方法很多，包括流出杯、斯托 默粘度計、落球粘度計、旋轉粘度計、毛細管粘度 計，錐板粘度計等等。

    2 ． 1 涂料粘度測定的國家標準

    2 ． 1 ． 1 流出杯法

    流出杯是在實驗室，生產車間和施工場所zui容 易獲得的涂料粘度測量儀器。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。流量杯粘度計所測定的粘度為運 動粘度，即為一定量的試樣。在一定溫度下從規定直徑的孔所流出的時間，以秒表示。這是zui常用的 涂料粘度測定方法。因為可以在很多場合方便地使 用，因此在世界各地得以廣泛的應用。

    在國家標準中，關于流出杯測涂料粘度的方法標準有 GB ／ T 1723-1993 涂料粘度測定法和 GB/T 6753 ． 4_l988 色漆和清漆用流出杯測定流出時間。 在 GB ／ T 1723-1993 中使用涂- 1 杯和涂 -4 杯。涂- 1 杯用于測定流出時間不低于 20 s 的涂料產品。 涂 -4 杯適用于測定流出時間在 150 s 以下的涂料。 比較兩次測定值之差不大于平均值的 3 ％，取兩次測定值的平均值作為測定結果。

    在 GB ／ T 6753 ． 4 - l988 中，使用尺寸相似而流出孔徑分別為 3 mln ， 4 mm ， 5 mm ， 6 mm 的 4 種流出杯，用于測定能準確地判定自流出杯流出孔流出的液流斷點的實驗物料。對于流出時間超過 100 s 的實驗物 料，由于延遲效應，斷點難以斷定且重復性差。
1 ． 2 旋轉粘度計法

    觸變型涂料用流出杯法所測粘度過大，需用旋轉粘度計。有旋轉槳式粘度計、同軸圓桶旋轉粘度 計、錐形平板粘度計等。

    在國家標準中，旋轉粘度計測涂料粘度的方法 標準常用的有 GB ／ T 9269---1988 建筑涂料粘度的測定斯托默粘度計法和 GB ／ T 975 1-1988 涂料在高剪 切速率下粘度的測定。

    GB ／ T 9269-1988 適用于建筑涂料粘度的測 定，也可以用于適宜涂料粘度的測定。它以產生 200 r ／ min 轉速所需要的負荷表示，單位為克 (g) 。 也可以通過查 GB ／ T 9269---1988 中的表格獲得與產生 200 r/min 轉速所需要的負荷和克雷布斯 (Krebs) 單位 (KU) 換算。克雷布斯 (Krebs) 單位 (KU) 是產生 200 r ／ min 轉速所需要負荷的一種對數函數，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，測定涂料的動力學粘度，在比較各種涂料的粘度時，剪切速率應大致相同。這項標準適用于 一 切刷涂涂料，而不管其是否具有牛頓性質。此項標準中可以使用旋轉粘度計和錐板粘度計。對于同 一 試驗者在同一試驗室中使用一臺設備所取得的 兩次測定值之間的相對誤差不應大于 5 ％。

    2 ． 2 涂料粘度測定的標準

    標準中的 ISO 243l 通過推出一系列的標準流出杯解決了不同國家標準中流出杯個體 差異對測定結果的影響問題。世界各國使用的流量 杯粘度計各有不同的名稱，我國主要有涂杯粘度計、 ISO 杯粘度計；美國有福特 (FORD) 杯粘度計；德國的 DIN 杯粘度計。它們都按孔徑大小分不同的型號，每種型號的粘度杯都有其*的測量范圍。 若低于或高于流出時間范圍，則所測得的數據就不 準確，因此選用流量杯測定粘度時，需要根據樣品粘度情況選擇合適型號的粘度計，對測得的流出時 間在規定范圍中間，并且注明使用何種型號的 粘度計所測。一般涂料常選用涂 -4 杯、 DIN-4 杯、 ISO - 4 杯等粘度計來測定其粘度。而在涂料生產車 間或涂裝施工現場常用浸漬型粘度計，國內外多采 用福特杯 (Ford Cup) 和察恩杯 (Zahn Cup ) 。

    2 ． 2 ． 1 用流出杯測涂料粘度的標準

    ① ISO 2431-1993 色漆和清漆。

    用流量杯測定流動時間 ( 使用 ISO 流出杯 ) 用于測試牛頓型或近似牛頓型液體的流出時間，結果 以 s 表示。

    ② ASTM D 5125-1997

    用 ISO 流量杯法測定涂料及有關材料粘度的標準試驗方法 ( 使用 ISO 流出杯 ) 用于測試牛頓型或 近似牛頓型液體的流出時間，結果以 s 表示。

 ③ ASTM D 4212 — 1999

    浸漬型粘度杯測定粘度的試驗方法，使用浸漬 型粘度杯測定粘度，結果以 s 表示。

    2 ． 2 ． 2 旋轉粘度計測涂料粘度的標準

    ① ASTM D 562-2001

    采用 Stormer 一型粘度計測量 Krebs 單位用的涂料粘稠度的標準試驗方法。標準規定了用斯托默粘 度計測定涂料粘度的方法，結果以克和克雷布斯 (Krebs) 單位 (KU) 表示。

    ② ASTM D4287-2000

    用錐板粘度計測定高速剪切粘度的標準試驗 方法。標準規定了在高速剪切條件下 (12 000 s -1) 使用錐板粘度計測定涂料粘度的方法，結果以 mPa · s 表示。

    ③ ISO 2884 — 1 — 1999

    涂料和清漆，用旋轉粘度計測定粘度。第 1 部分：高剪切速率下使用的錐形和板式粘度計。標準 規定了在高速剪切條件下使用錐板粘度計測定涂 料粘度的方法，結果以 mPa · s 表示。

    ④ ISO 2884 — 2 — 2003

    色漆和清漆，用旋轉粘度計測定粘度。第 2 部 分：以規定速率工作的盤式或球式粘度計。標準規 定了使用盤式或球式粘度計測定涂料粘度的方法，結果以 mPa · s 表示。

    3 結語

    綜上所述，涂料粘度的測定方法可分為兩大類，即流出杯法和旋轉粘度計法。在國家標準中的 4 種方法 (GB ／ T 1723-1993 涂料粘度測定法、 GB ／ T6753 ． 4_l988 色漆和清漆用流出杯測定流出時間、 GB ／ T 9269--1988 建筑涂料粘度的測定斯托默粘度計法和 GB ／ T 975 1 — l988 涂料在高剪切速率下粘度的測定 ) 各有其優缺點，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，但是換算關系有 些是經驗公式，不能很好地反映涂料粘度，所以應該根據實際情況選擇合適的方法來測定涂料粘度。

 

表 1 4 種涂料粘度測定方法的比較

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