涂料黏度的不同测定方法

本文主要针对试验室中不同试验要求，对不同体系的涂料，使用不同的试验方法进行黏度比较和分析。

1 试验方法

1.1 斯托默黏度计法

斯托默黏度计(图1)是试验室测定涂料黏度广泛使用的仪器，可以测量丙烯酸面漆、环氧底漆、氯化橡胶漆、环氧富锌底漆、聚氨酯面漆等不同体系涂料。其测量原理是通过平衡砝码质量产生的力矩与涂料的黏度阻力等两者相当时，查表得出涂料的KU值，测量范围为40～140 KU。将转子桨叶浸入被测样品，直至转轴标记处，从5～500 g砝码中选择合适的砝码放置在砝码架上，松开锁紧旋钮，开始计时，当转速稳定在200 r/min时，停止测定。因硬件、软件升级，仪器自动化程度不断提高，STM-KU2型黏度计(图2)可以直接数字显示黏度KU值、CP值，方便了工作，提高了效率，而且仪器对采集数据进行计权运算和相关处理，自动删除偏离中心区域的数据，提高了仪器测量的准确性。相对于旋转黏度计测量时旋转转子所受到的黏性力矩，斯托默黏度计桨叶受到的被测流体黏度阻力的试验结果重复性更高。斯托默黏度计的优点是操作简便，测量完毕，只需将桨叶拆下清洗即可，可以方便对大批量产品同时进行黏度测定。但是斯托默黏度计结构精密，对环境要求较高，振动、潮湿的环境对仪器测量的准确性有直接影响，而且也会缩短仪器的使用寿命。

图1 QNZ 斯托默黏度计

Fig. 1 QNZ Stormer Viscometer

图2 STM-KU2型斯托默黏度计

Fig. 2 STM-KU2 Stormer Viscometer

1.2 恩氏黏度法(涂-1黏度计法)

恩氏黏度法适用于GB/T 266、ASTMD1665、IP212标准。其原理是在温度20 ℃条件下，200 mL测定液体流出恩氏黏度计(图3)所需时间(s)与蒸馏水在相同条件下流出时间(s)之比，单位为恩格拉度。恩氏黏度是相对条件黏度。按照试验要求，搭建好试验仪器，调节黏度计水平，以黏度计内锅中3个水平支钉与液面相切为准，倒入被测液体，恒温至20 ℃。试验初期，可将数字式温控仪温度设定稍高些，同时转动外锅中的搅拌，加快恒温过程。拔开塞棒同时，按动秒表计时，当到达接受瓶200 mL刻度时，停止计时。20 ℃时，标准水值为(51±1) s，温度计分度0.5 ℃。恩氏黏度计的温控系统可根据试验需要，设定不同的温度，对涂料的黏度进行测量，但其不足处是试验装置搭建比较复杂，清洗相对麻烦，特别是黏性较大的产品不适宜用恩氏黏度法。

图3 WIN-1A恩氏黏度计

Fig. 3 Engler Viscometer 

1.3 涂-4黏度计法

涂-4黏度计法适用于流出时间小于150 s的涂料产品。涂-4黏度计(图4)容量为100 mL，当涂料盛满容器后，从底部标准孔中流出的时间来测定涂料黏度，单位为s，测得值乘以修正系数K，即为涂料的条件黏度。两次平行试验，其误差不宜超过0.5 s。试验完毕，应清洗残留的液体，特别是流出孔，保证杯子内壁的光洁度。涂-4黏度计法通常用来测量地板清漆、木器涂料等低黏度涂料产品。涂-4黏度计的优势为结构简单、操作简便。涂-4黏度计所得试验数据可与恩氏黏度计结果进行换算。但如果清洗不彻底，流出孔容易堵塞，会导致测量结果不准确。

图4 XND-1涂-4黏度计

Fig. 4 XND-1 Cup 4 Viscometer

1.4 旋转黏度计法

旋转黏度计(图5)通过不同转子和转速的组合，可以测量10～100 000 mPa · s的液体绝对黏度。量程范围参考(表1)，旋转黏度计可用于测量树脂黏度和环氧富锌底漆的TI值，也用于中间产品有机膨润土预胶黏度控制。当测量未知黏度的液体时，按照转子从小到大、转速从慢到快的原则进行操作，防止同步电机烧毁，当读数指针稳定在30～90分度区间时，按下指针锁定杆和电机开关，直接读出刻度盘上的数值，再乘上系数表上的系数，所得结果为被测样品的绝对黏度(mPa · s)。如超出测量范围，可通过改变转子和转速完成测量，转速有6 r/min、12 r/min、30r/min、60 r/min 4种。测量过程中，要固定升降螺钉，预防电机松动坠落。装卸转子时，要仔细小心，测量完毕，将转子清洗干净，放在专门的盒子中保存，并将黄色套圈安装在电机下部的转轴连接处，保护弹簧游丝的灵敏度。旋转黏度计量程范围较大，因此被广泛应用于涂料、油脂、食品、药物、染料、油墨、胶黏剂、化妆品等许多领域。旋转黏度计对工作部件转子的光洁度要求很高，所以有腐蚀性的液体不可以用其测定。

图5 NDJ-1旋转黏度计

Fig. 5 NDJ-1 Rotary Viscometer

1.5 落球黏度法

其原理是钢球自由下落速度与液体黏滞力成反比，黏度越大，钢球落下的时间越长。因高黏度流体中容易产生气泡，所以测量结果会有偏差，应做平行试验，减少误差。落球黏度计(图6)在试验室中用来测定涂料原料用树脂的黏度。落球黏度计缺点也很明显，因为需要观察钢球的状态，通常只能测定透明的牛顿液体，对不透明液体黏度的测定则并不适用。

图6 落球黏度计

Fig. 6 Multipoint Falling Ball Viscometer

1.6 岩田黏度杯法

因其携带方便，操作简单，被广泛应用于现场测量。测量时，将岩田杯(图7)浸入流体中，且流体没过岩田杯上端，提出杯子，同时按动秒表计时，当流体出现第1次断口时，停止计时，同时做3次测量，平均值为流体流出时间。岩田法适用于20～105 s流出时间流体，且结果数据要标明环境温度。岩田黏度杯的测量原理和结构与涂-4杯完全相同，但体积更加小巧，是现场技术服务的必备工具之一。但其不足之处是不能测量高黏度值的厚涂底漆涂料。

2 黏度单位的换算

绝对黏度，单位Pa · s，1.0 Pa · s＝10 P＝1 000 cP；

运动黏度， 单位m2/s，＝/ ，为该流体同一温度下的密度(kg/m3)；

恩氏黏度Et，单位(°) ，Et＝t/K20，t为试液在t ℃时从恩氏黏度计中流出200 mL所需时间，单位s。K20为黏度计20 ℃时水值；

涂-4杯黏度，单位m2/s，＝(T4－6.0)/0.223，T4为涂4杯测得流体流出时间s；

不同黏度测定方法所得试验数据也可通过表格进行换算，详见表2。

表2 各种黏度标准换算

Table 2 Viscosity Standards Conversion

结语

因测定方法不同，所得测量值也会有差异，因此和供应商、客户约定测试方法是十分必要的。温度是影响黏度的重要因素，通常约定试验温度为25 ℃。对黏度仪除每年送当地计量局强检外，也可使用性质稳定的黏度标准硅油进行校正，使黏度仪处于良好的工作状态。

王 飞 (中远关西涂料化工有限公司，上海 201907)

附：常用粘度杯换算表