采用 HAAKE Viscotester iQ Air 测试低粘度流体

 采用 HAAKE Viscotester iQ Air 测试低粘度流体

 关键词

流变学；低粘度；水样

引言

由于可传递至传感器的扭矩读数偏低，因此，在旋转流变仪上测试水始终构成挑战。对于市售的最小空气轴承流变仪，即新型 Thermo ScientificTM HAAKETMViscotesterTM iQ Air，尤其如此。HAAKE Viscotester iQAir 配低摩擦双球面轴承，其扭矩极限值较小（10μNm），仅较Thermo Scientific™ HAAKE™ MARS™60 研究级流变仪约高 3 个数量级。尽管如此，食品、石油或涂料等行业应用中的许多相关流变 QC 测试仍需针对低粘度流体。本应用指南阐述了采用新型HAAKE Viscotester iQ Air 测试粘度极低流体（如水）的方法。

实验结果与讨论

图 1 为进行水测试的设置。HAAKE Viscotester iQAir 配直径 48 mm 的新型液体温控圆筒 TM-LI-C48和相应的双夹缝转子 CC41 DG。

为获得此类低粘度流体的有效数据，须相应调整测量程序。图 2 为采用 Thermo Scientific™ HAAKE™RheoWin™ 软件进行如下所示测试的测试程序。此类测试中最重要参数是单个测量点的持续时间和积分时间。在本实验中，使用 45 s 的测量时间和 15 s 的积分时间。采用 ThermoScientific 外置循环器 SC100-A10 进行温控。测量温度为 20℃（68℉）且平衡时间为 3 分钟。除流变测试外，还使用 HAAKE RheoWin软件的自动化数据评估和报告功能。

如图 3 所示，自10 μNm 扭矩开始，结果极具可再现性。此外，如蓝线所示，所有实测值均在 10% 的容差范围内。通过与标准 HAAKE Viscotester iQ 的可获取剪切速率范围比较，可发现，空气轴承流变仪可将低剪切速率流态范围增加超过一个数量级。当然，可获取的剪切速率范围仍然有限。然而，依然可使用 ViscotesteriQ Air，在两个数量级的剪切速率（约30 至 3000 s-1）条件下对水进行测量。当剪切速率低于 30 s-1 时，扭矩读数不达标；当其高于 3000 s-1 时，受泰勒漩涡 [1] 起点影响，可监测到粘度增加。如图 4 所示，该起点恰在RheoWin Range Calculator 所预测的位置出现。

图 5 所示结果再次与图 3 所示结果相同，进一步说明数据的可靠性和可再现性。不过，此次数据按线性标度进行绘制。

如图 5 所示，Viscotester iQ Air 可使用大直径双间隙转子轻松测量水。在泰勒不稳定性开始前，20°C 时的所有数据均在 ±10% 的水粘度理论值（1.00 mPas（cP））范围内。

结论

Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ Air 是一款适用于质控的快速、简便且准确的流变仪。该仪器为市售的最小空气轴承流变仪，可在较宽的剪切速率范围内准确测定粘度极低的流体（如水）。

参考文献

[1] Taylor, G.I. "Stability of a Viscous Liquid contained between Two Rotating Cylinders“. Phil. Trans. Royal Society A223 (605–615): 289–343, 1923.

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