塗料在外力作用下,作層流運動時,在其相鄰兩層分子間產生內摩擦力,使塗料產生運動阻力,這一特性稱為流體的黏度,黏度又分為動力黏度、運動黏度和條件黏度。
本文主要針對試驗室中不同試驗要求,對不同體系的塗料,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 斯託默黏度計法
斯託默黏度計是試驗室測定塗料黏度廣泛使用的儀器,可以測量丙烯酸面漆、環氧底漆、氯化橡膠漆、環氧富鋅底漆、聚氨酯面漆等不同體系塗料。其測量原理是通過平衡砝碼質量產生的力矩與塗料的黏度阻力等兩者相當時,查表得出塗料的KU值,測量範圍為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,鬆開鎖緊旋鈕,開始計時,當轉速穩定在200 r/min時,停止測定。因硬體、軟體升級,儀器自動化程度不斷提高,STM-KU2型黏度計可以直接數字顯示黏度KU值、CP值,方便了工作,提高了效率,而且儀器對採集數據進行計權運算和相關處理,自動刪除偏離中心區域的數據,提高了儀器測量的準確性。相對於旋轉黏度計測量時旋轉轉子所受到的黏性力矩,斯託默黏度計槳葉受到的被測流體黏度阻力的試驗結果重複性更高。斯託默黏度計的優點是操作簡便,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。但是斯託默黏度計結構精密,對環境要求較高,振動、潮溼的環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。

1.2 恩氏黏度法(塗-1黏度計法)
恩氏黏度法適用於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,恆溫至20 ℃。試驗初期,可將數字式溫控儀溫度設定稍高些,同時轉動外鍋中的攪拌,加快恆溫過程。拔開塞棒同時,按動秒表計時,當到達接受瓶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可根據試驗需要,設定不同的溫度,對塗料的黏度進行測量,但其不足處是試驗裝置搭建比較複雜,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。
1.3 塗-4黏度計法
塗-4黏度計法適用於流出時間小於150 s的塗料產品。塗-4黏度計容量為100 mL,當塗料盛滿容器後,從底部標準孔中流出的時間來測定塗料黏度,單位為s,測得值乘以修正係數K,即為塗料的條件黏度。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。塗-4黏度計法通常用來測量地板清漆、木器塗料等低黏度塗料產品。塗-4黏度計的優勢為結構簡單、操作簡便。塗-4黏度計所得試驗數據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。
1.4 旋轉黏度計法
旋轉黏度計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。量程範圍參考(表1),旋轉黏度計可用於測量樹脂黏度和環氧富鋅底漆的TI值,也用於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,當讀數指針穩定在30~90分度區間時,按下指針鎖定杆和電機開關,直接讀出刻度盤上的數值,再乘上係數表上的係數,所得結果為被測樣品的絕對黏度(mPa · s)。如超出測量範圍,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,預防電機鬆動墜落。裝卸轉子時,要仔細小心,測量完畢,將轉子清洗乾淨,放在專門的盒子中保存,並將黃色套圈安裝在電機下部的轉軸連接處,保護彈簧遊絲的靈敏度。旋轉黏度計量程範圍較大,因此被廣泛應用於塗料、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。

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。落球黏度計在試驗室中用來測定塗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,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並不適用。

1.6 巖田黏度杯法
因其攜帶方便,操作簡單,被廣泛應用於現場測量。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。巖田法適用於20~105 s流出時間流體,且結果數據要標明環境溫度。巖田黏度杯的測量原理和結構與塗-4杯完全相同,但體積更加小巧,是現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塗底漆塗料。

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;
塗-4杯黏度,單位m2/s,=(T4-6.0)/0.223,T4為塗4杯測得流體流出時間s;