低粘度流体（水）中粘度检测方案(流变仪)

Jan Philip Plog， Thermo Fisher Scientific， Material Characterization， Karlsruhe， Germany 关键词 流变性，低粘度，水样流体 简介 由于传感器的扭矩读数小，所以使用旋转流变仪测量水就成为了一种挑战。机械轴承仪器(如 Thermo ScientificTMHAAKETM ViscotesterTM iQ 流变仪)尤其如此。虽然配备了超低摩擦球轴承，但仪器的转矩下限为0.2 mNm， 与研究级流变仪(如Thermo Scientific TM HAAKETM MARSTM 流变仪)相比，高出约5个数量级。但仍有许多在业内(如聚合物涂层)进行的相关流变 QC 测试处理低粘度流体。在本应用指南中，我们将展示如何利用 HAAKE Viscotester iQ 流变仪测试粘度极低的流体。 图 1所示为用于水测试的流变仪设置。 HAAKEViscotester iQ 流变仪配备有直径48 mm 的温度控制液缸TM-LI-C48 及相应的双狭缝转子 CCB41 DG。 为了从粘度如此低的流体中获得有意义的数据，就要对测量例程作相应调整。图2所示为适用于如下所示测试的Thermo Scientific TM HAAKE TM RheoWinTM 例程。在此类测试 图 2： HAAKE Viscotester iQ 流变仪中用于测试低粘度流体的Thermo Scientific HAAKE RheoWin 常规界面。 NTI 月 图1：： Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流变仪(带TM-LI-C48液缸)。 中，最重要的参数之一就是每个测量点的测量用时，积分时间也很重要。此处，使用45秒的测量用时和15秒的积分时间。通过 Thermo Scientific 提供的外部循环器SC100-A10实现温度控制。测量温度为20℃(68℉)，选择平衡时间为3分钟。除了流变测试外，还使用了HAAKE RheoWin 软件的自动数据分析和报告功能。 图3：在20℃条件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流变仪测试水时，作为剪切速率y的函数的粘度n和转矩M。以对数标度标绘数据。 图3所示为利用本方法对水进行的9次测试的测试结果。由图3可看出，各项结果从 0.2 mNm 扭矩开始具有非常高的重复性。不在规定的过程中时，可获得的剪切速率范围有限，但是，可以使用 HAAKE Viscotester iQ 流变仪在约500~4000s的1个数量级以上测试水。低于500s时，扭矩读数低于规范要求，高于4000s时，由于泰勒涡流的出现，监测到粘度升高[1]。如图4所示，此次涡流出现的位置正是 HAAKERheoWin“范围计算器”所预测的位置。为进一步强调数据的质量和再现性，在图5中显示与图3相同的结果，不过，图5以线性标度标绘而成。 由图5可看出， HAAKE Viscotester iQ 流变仪能够利用直径较大的双间隙转子测量水。20℃时，在泰勒涡不稳定前，所有数据均处于 1.00 mPas (cP)的理论水体粘度±10%的范围内。 结论 Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流变仪为质量控制提供了一种快速、简便且准确的工具。虽然，此流变仪配有机械轴承，但仍可准确评估粘度度低的流体(如水)的粘度。 ( 参 考 文献 ) 图4：直接从 HAAKE RheoWin 软件得到泰勒涡流的情况下，配备双间隙转子 CCB41 DG 的 HAAKE Viscotester iQ 流变仪的计算测量范围。 ( [1] T aylor， G .I.“Stability of a Viscous Liquid containedbetween Two Ro t ating Cylinders"， 19 2 3. P h il. TransRoyal Society A223， 289-343. ) 1，0 0.5 102 10° 10 y (单位1/s) 图5：在20℃条件下使用 HAAKE Viscotester iQ流变仪时，作为剪切速率的函数的粘 测试水 度。以线性标度标绘数据。 thermoscientific.com/mc C2014/12 Thermo Fisher Scientific Inc.。保留所有权利。所有仪器图片的版权均归 Thermo Fisher Scientific 所有。所有商标的所有权均归 Thermo Fisher Scientific 及其子公司所有。本文件信息仅供参考。产品规格、术语以及定价有可能随时变更。并非各个产品在所有国家均有售。详情请咨询当地销售代表。 邮箱：anthonyqian guigu@126.com 网址： www.gui-gu.cn 免费服务热线：400-800-5297 手机：13817633069 简介由于传感器的扭矩读数小，所以使用旋转流变仪测量水就成为了一种挑战。机械轴承仪器（如  Thermo Scientific HAAKETM Viscotester iQ 流变仪）尤其如此。虽然配备了超低摩擦球轴承，但仪器的转矩下限为 0.2 mNm，与研究级流变仪（如 Thermo Scientific HAAKE MARS 流变仪）相比，高出约 5 个数量级。但仍有许多在业内（如聚合物涂层）进行的相关流变 QC 测试处理低粘度流体。在本应用指南中，我们将展示如何利用 HAAKE Viscotester iQ 流变仪测试粘度极低的流体。图 1：Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流变仪（带 TM-LI-C48 液缸）。试验结果与讨论图 1 所示为用于水测试的流变仪设置。 HAAKEViscotester iQ 流变仪配备有直径 48 mm 的温度控制液缸TM-LI-C48 及相应的双狭缝转子 CCB41 DG。为了从粘度如此低的流体中获得有意义的数据，就要对测量例程作相应调整。图  2 所示为适用于如下所示测试的Thermo Scientific HAAKE RheoWin 例程。在此类测试中，最重要的参数之一就是每个测量点的测量用时，积分时间也很重要。此处，使用 45 秒的测量用时和 15 秒的积分时间。通过  Thermo  Scientific  提供的外部循环器SC100-A10 实现温度控制。测量温度为 20℃（68℉），选择平衡时间为 3 分钟。除了流变测试外，还使用了HAAKE RheoWin 软件的自动数据分析和报告功能。图 2：HAAKE Viscotester iQ 流变仪中用于测试低粘度流体的Thermo Scientific HAAKE RheoWin 常规界面。图 3：在 20℃ 条件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流变仪测试水时，作为剪切速率 γ 的函数的粘度 η 和转矩 M。以对数标度标绘数据。图 3 所示为利用本方法对水进行的 9 次测试的测试结果。由图 3 可看出，各项结果从 0.2 mNm 扭矩开始具有非常高的重复性。不在规定的过程中时，可获得的剪切速率范围有限，但是，可以使用 HAAKE Viscotester iQ 流变仪在约 500～4000 s-1 的 1 个数量级以上测试水。低于 500 s-1 时，扭矩读数低于规范要求，高于 4000 s-1 时，由于泰勒涡流的出现，监测到粘度升高 [1]。图 4：直接从 HAAKE RheoWin 软件得到泰勒涡流的情况下， 配备双间隙转子 CCB41 DG 的 HAAKE Viscotester iQ 流变仪的计算测量范围。如图 4 所示，此次涡流出现的位置正是 HAAKE RheoWin“范围计算器”所预测的位置。为进一步强调数据的质量和再现性，在图 5 中显示与图 3 相同的结果，不过，图 5以线性标度标绘而成。图 5：在 20℃ 条件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流变仪时，作为剪切速率的函数的粘度。以线性标度标绘数据。由图 5 可看出，HAAKE Viscotester iQ 流变仪能够利用直径较大的双间隙转子测量水。20℃ 时，在泰勒涡不稳定前，所有数据均处于 1.00 mPas（cP）的理论水体粘度 ±10% 的范围内。结论Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流变仪为质量控制提供了一种快速、简便且准确的工具。虽然，此流变仪配有机械轴承，但仍可准确评估粘度极低的流体（如水）的粘度。参考文献 [1] Taylor, G.I. “Stability of a Viscous Liquid contained between Two Rotating Cylinders“, 1923. Phil. Trans Royal Society A223, 289–343.