流變學是針對物體的流動和變形所展開的研究科目。塗料配方中顔料的選擇,流變性能是一項極其重要的指標。簡單的說,顔料添加入塗料基料中將不可避免的改變塗料的流變特性。

反映流變性能最常用的指標就是塗料體系的粘度。當塗料體系流動的時候,通過粘度,我們很容易了解到流體發生的變化。如果是在任意小的外力下都可以流動的流體,同時所加的剪切應力的大小(單位面積上流體所受的力)和流體的速度梯度(D)(也被稱之爲剪切速率,即流體受力以後兩層流體間的速度隨位置的變化率)成正比,我們稱之爲牛頓流體。 

從本質上講,黏度是流體抗拒流動的一種性質,是流體分子間相互吸引而産生的阻礙分子間相對運動能力的量度,即流體流動的內部阻力。而牛頓流體中切應力和速度梯度D的比值是固定不變的。此項比值被稱爲液體黏度系數,簡稱黏度。然而有另一種流體,背離了上述的比例關系,被稱爲非牛頓流體。非牛頓流體分爲塑性流體,觸變性流體,假塑性流體,膨脹性流體等不同類型。 

當一種流體受到外力作用時,並不立即開始流動。只有在所加外力大到某一程度時才開始流動。流體開始流動所需的最小切應力被稱爲屈服值。此類流體被稱爲屬于非牛頓流體的塑性流體。黏度已不能獨立于所受切應力之外而保持不變。而是隨著剪切速率的變化呈現複雜的變化。大體上說,隨著剪切速率的上升,黏度往往會下降。通常的解釋是剪切力破壞了塗料體系的內部結構。在絕大多數情況下,一旦剪切力消失,塗料體系的結構將恢複。此種流體特性在塗料工業中有非常大的現實意義,能導入此種特性的助劑稱爲觸變劑。此類流體稱爲觸變性流體。 

當剪切應力到達一定值時,液體突然開始流動,在低中剪切力作用下基本呈現牛頓流體特性,在高剪切力作用下,粘度隨剪切速率增加而下降的流體被稱爲假塑性流體。粘度隨剪切速率增加而增加的流體被稱爲膨脹性流體,也稱剪切變稠流體。在剪切力作用下,流體將很快變得不能移動,形成近似剛性結構。流變性能對于塗料生産的分散階段,塗料倉儲階段和施工階段都具有非常重大的意義。

在塗料生産的分散階段,出于經濟和效率的考慮,我們希望有盡可能高的顔料含量和顔基比。但顔料含量越高,顔料粒子粒徑越小,比表積就越大,濕潤顔料表面的塗料基料就多,黏度就會上升。同樣在整個塗料體系中較大的顔料,樹脂粘結料和助劑體積因子也會導致黏度升高。 

我們希望在分散設備,觸變劑的幫助下,達到盡可能低的黏度,低的黏度意謂極好的流動性,盡可能高的顔料含量和顔基比。在塗料儲存階段,在沒有剪切力的情況下,我們希望在觸變劑的幫助下保持較高黏度,維持塗料系統的穩定性,防止顔料沉澱。在塗料施工階段,我們希望塗料系統呈現牛頓流體的特性,我們可按照施工手段的不同(噴塗,輥塗,刷塗等)來調節塗料粘度。

2015年11月27日

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塗料流變性能的重要性體現在哪裏?

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