涂料粘度的測定方法和相關標準你知道多少呢？

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τ0>10 dyn/cm2 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，其國際單位為帕斯卡· 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—1998 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最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。這是最chang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/T6753.4—1988 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20s 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—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。

2.1.2 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 9751—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％。

表1 4 種涂料粘度測定方法的比較

2.2 涂料粘度測定的國際標準

國際標準中的ISO 2431 通過推出一系列的國際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很好的的測量范圍。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，對測得的流出時間更好在規定范圍中間，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國際標準

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國際標準

① ASTM D 562—2001

采用Stormer- 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 D 4287—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—1988 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 9751—1988 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。