塑性黏度检测
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发布时间:2025-07-09 09:30:23 更新时间:2025-07-08 09:30:23
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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塑性黏度是流变学中描述非牛顿流体(如油漆、油墨、钻井液、化妆品、食品浆料等)流动特性的重要参数,特指流体在层流状态下,剪切应力与剪切速率呈线性关系时的斜率值。它反映了流体内部结构对抗流动的阻力,与流体内部分子或颗粒间的内摩擦力直接相关。塑性黏度的高低直接影响产品的施工性能、输送效率、沉降稳定性及最终使用效果。因此,准确检测和控制塑性黏度对于产品质量控制、配方优化、工艺改进以及满足特定应用要求至关重要。
塑性黏度检测的核心项目是测定流体在特定剪切条件下(通常是在层流区且剪切应力超过屈服值后)的粘度值。具体还可能包括或关联以下项目:
1. 流变曲线测绘: 测定剪切应力与剪切速率的关系曲线,塑性黏度即为此线性段的斜率。
2. 表观黏度: 在特定剪切速率下测得的黏度值,可能与塑性黏度不同。
3. 动切力 (Yield Point): 流变曲线上线性段外推至剪切速率为零时对应的剪切应力,反映流体开始流动所需的最小力。
4. 触变性/流变性: 评估黏度随时间或剪切历史变化的特性。
塑性黏度的测量主要依赖于旋转流变仪或高级别的旋转粘度计:
1. 旋转流变仪: * 核心部件: 测量头(马达和扭矩传感器)、温控系统(帕尔帖或循环浴)、测量转子系统(如同心圆筒、锥板或平行板)。 * 功能: 能精确控制剪切速率或剪切应力,测绘完整的流变曲线,直接计算塑性黏度 (通常软件自动拟合宾汉模型或卡森模型得出) 和动切力。适用于研究开发和高精度质量控制。
2. 高级旋转粘度计 (带流变功能): * 部分功能强大的旋转粘度计也能进行多速率扫描,获得有限数据点下的流变曲线,并通过内置程序或手动计算得出塑性黏度。常用于生产现场或常规QC。
3. 马氏漏斗粘度计: * 主要用于钻井液领域,测量的是表观黏度(与塑性黏度相关但不完全相同),操作简单快速,是现场常用工具,但精度和提供的信息量有限。
最常用且精确的方法是使用旋转流变仪进行稳态剪切速率扫描:
1. 样品准备: 确保样品均匀、无气泡,温度恒定(通常在25°C或特定应用温度)。对于触变性样品,需规定预剪切和静置恢复时间。
2. 仪器校准: 使用标准粘度油对仪器进行扭矩和温控校准。
3. 测量系统选择: 根据样品性质(颗粒大小、粘度范围)选择合适的测量转子系统(如圆筒用于中低粘度含颗粒样品,锥板用于高精度均质样品)。
4. 装样: 小心将样品装入测量间隙,避免引入气泡或剪切。
5. 温度平衡: 使样品在设定温度下平衡足够时间。
6. 预剪切 (可选): 对触变性样品施加高剪切速率使其结构恢复一致。
7. 稳态速率扫描: * 设定从低到高的一系列线性递增的剪切速率 (如 1, 5, 10, 50, 100, 200, 300 s⁻¹ 等)。 * 在每个设定的剪切速率下,等待足够长时间(或直到扭矩稳定),记录稳定的剪切应力值。
8. 数据处理与计算: * 绘制剪切应力 (τ) vs. 剪切速率 (γ) 曲线。 * 在曲线明显的线性段(通常较高剪切速率区),使用线性回归(宾汉模型:τ = τ0 + μ_p * γ)拟合数据。 * 拟合直线的斜率 μ_p 即为塑性黏度 (Plastic Viscosity, PV)。 * 直线在Y轴(剪切应力轴)上的截距即为动切力 (Yield Point, YP)。
塑性黏度检测遵循多种国际、国家或行业标准,具体标准选择取决于应用领域:
1. 通用标准: * ASTM D2196: 《Standard Test Methods for Rheological Properties of Non-Newtonian Materials by Rotational (Brookfield type) Viscometer》 - 详细描述了使用旋转粘度计测量非牛顿流体流变性能(包括塑性黏度)的方法。
2. 涂料、油墨领域: * ISO 3219: 《Plastics - Polymers/resins in the liquid state or as emulsions or dispersions - Determination of viscosity using a rotational viscometer with defined shear rate》 - 规定使用旋转流变仪在指定剪切速率下测定粘度,是流变曲线测绘的基础。 * 相关行业标准(如ASTM D4287用于油墨)。
3. 钻井液领域: * API RP 13B-1: 《Recommended Practice for Field Testing Water-based Drilling Fluids》 & API RP 13B-2: 《Recommended Practice for Field Testing Oil-based Drilling Fluids》 - 规定了使用直读式粘度计(如Fann 35型)在特定转速(如300 rpm和600 rpm)下读数计算塑性黏度 (PV) 和动切力 (YP) 的标准现场方法:PV = θ600 - θ300 (单位:cP)。 * GB/T 16783.1: 《石油天然气工业 钻井液现场测试 第1部分: 水基钻井液》 (中国国家标准,等效或修改采用API标准)。
4. 食品、化妆品等领域: * 常参考上述通用标准,或有特定的行业标准和客户规范。
在实际检测中,必须严格按照选定的标准进行操作,包括仪器设置、样品处理、测试步骤、数据分析和报告格式,以确保结果的准确性、重现性和可比性。
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
证书编号:ISO9001-2024001
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