涂料流变学及其测量的应用解决方案

涂料的概念

“涂料，因早期的涂料大多以植物油为主要原料，故又称作油漆。现在合成树脂已取

代了植物油，故称为涂料。涂料并非只有液态，粉末涂料就是涂料品种中的一大类。”

涂料的流变性

涂料一般为粘稠液体或粉状物质。由于涂料在涂装的过程中，一定要经过流体这个阶

段，所以流变性能是涂料的一项重要性能。流体按大类可以分为牛顿型和非牛顿型，

非牛顿型流体又分为剪切速率依存型和时间依存型。剪切速率依存型是指流体的流动

行为随剪切速率的变化而变化，包括假塑型、胀流型和塑型。时间依存型是指一定剪

切速率下流体随时间而变化的流动特性，包括触变型和流凝型，实际中的涂料大多数

是触变型流体。

在涂料的生产、贮存、施工和成膜过程中，所受到的力可以分为纯剪切、拉伸剪切和

简单剪切等，其中主要是简单剪切。当涂料受到简单剪切做单向层流，层间有速度差，

若剪切应力为τ，剪切速率为 Y，则粘度η＝τ/Y，称为动力粘度，单位为 Pa.s，常用

单位为 mPa.s 或者 cP（厘泊）。粘度是涂料流变学的一个重要指标，与剪切速率和

剪切应力密切相关。

涂料主要有三部分组成：成膜物质、溶剂和填料。这几种物质对涂料流变性的影响主

要在低剪切速率方面，如颜料的絮凝，各种助剂的存在，所形成的结构使粘度变化很

大；在高剪切速率下，结构被破坏，所呈现的粘度接近树脂溶液本身和分散颗粒对粘

度的影响。高低剪切速率下的粘度配合，使涂料有一个符合储存和施工所需的流变性

能。

例如在涂料贮存中，希望体系有较高的粘度，防止颜料和填料的沉淀；在施工时开始

要求体系粘度较低，有利于涂膜流平，但要求涂膜粘度在一定时间达到较高粘度，以

免涂膜产生流挂和流淌现象；粉末涂料只有它的熔融体有足够低的粘度时或者良好的

流动性才有足够的流平，另外粘度也对颜料在涂料中的分散有很大影响。

从以上分析也可以看出，涂料流变性几个方面的参数：屈服值、触变性、粘度恢复速

度和施工剪切速率下的粘度对涂料的质量影响很大，所以这几个参数的测量在涂料的

生产、研发和使用中备受重视。

涂料流变学测量解决方案

美国 Brookfield 公司作为世jie上zui出色的旋转粘度计/流变仪制造商之一。自从 1932

年发明出世jie上第一台表盘式旋转粘度计以来，推出了一系列针对涂料生产和研发的

粘度计/流变仪，为涂料生产和研发过程中的流变性、流动性研究与测量提供了一套

完整的应用解决方案。

01 标准型旋转粘度计

该类机型的转子通常为常见的圆盘式转子，也可以根据用户需求配置其它转子。zui新

型的 DV2T 机型配备了 5.7 英寸全彩色触屏显示，可以与电脑连接，通过人性化的软

件来进行测量。可以用于测量涂料原料的粘度、半成品的粘度、成品的粘度等，在

QC 和 R&D 中应用很多。

针对不同客户的需求，Brookfield 还推出了小量样品适配器（SSA）、螺旋适配器（SA）、

超低粘度适配器（ULA）、升降支架、桨式转子等附件。在一些生产或者研发过程中

使用这些附件可以使测量粘度的范围大大扩大，测量准确度也有很大提高。此类粘度

计还有 DV1、DV3T、表盘式、DVS+等。

02 斯托默型粘度计

涂料中zui常用的是斯托默（Stormer）粘度计。此仪器的zui初发展是模仿漆工用桨叶

搅拌涂料，视其阻力大小来判断该漆的稠度，以 Krebs Unit(KU)表示。Brookfield

推出的新一代 Stormer 粘度 计（KU-3）配有 200RPM 的固定转速去驱动马达，以完

全取代传统粘度计所需的砝码。此类粘度计还可以直接读出以克数、cP 为单位的涂

料粘度。使用起来简单快捷，在很大程度上使测量更精确，重复性也更高，可以满足

客户不同测试条件的需要。

03CAP 系列锥板粘度计

主要用于测定较粘稠物料的粘度及其流变性。因为其剪切速率比较高（剪切速率zui高

可达 13,300 1/S），非常合适用来模拟涂料刷涂过程中的剪切速率，是涂料生产中

的质量控制和研发中的必备仪器。该仪器所需样品量少、清洗方便、测试速度快，而

且自带温控系统。除了 CAP2000+粘度计，还有单转速的纯 QC 机型 CAP1000+粘

度计。

04RST 系列流变仪

RST 系列流变仪可以控制剪切应力和剪切速率，在测量涂料的触变性、屈服应力等性

能方面更加方便。涂料在涂装后的zui终外观取决于烘烤初期涂料的流动性之类的流变

学行为，在涂装后的流动性只能在ji低的剪切速率下才能研究，所以使用 RST 系列

流变仪采用一个从高到低的剪切速率变化，可以很好地反应涂料的触变性行为。RST

系列流变仪通过对剪切应力的控制，可以表征涂料刚开始屈服到流动的曲线变化，获

得更全面的涂料流变性。

05 在线粘度计

在线粘度计可以对涂料生产过程的粘度进行实时监控。通过粘度来反映产品的质量，

进行质量控制，保证了不同批次产品质量的一致性，可以及时发现生产中问题，减少

各种浪费，节约生产成本。目前涂料行业应用的在线粘度计主要有两种：TT-100 旋

转式在线粘度计和 AST-100 振动式在线粘度计。

06 粉体流动测试仪

PFT 粉体流动测试仪可以对粉末涂料的流动性能进行分析研究。通过粉末的流动性能

来反映粉末涂料的涂覆效果以及产品配方的有效性，并以此预估在运输、仓储、使用

过程中的粉末涂料由于流动性行为或设备局限做造成的堵塞潜在性。

涂料的流变性复杂。随着涂料应用范围的扩大和研究的深入，已总结出一些实用规律

用于实践指导，特别是一些高性能的仪器包括旋转粘度计/流变仪的使用，使测量的

数据可以在很大程度上反映涂料的流变性，促进了涂料在 R&D、QC 以及生产方面的

技术进步，也将使涂料流变性的研究越来越深入！