如何使用HAAKE哈克VisctesterIQ流變儀測(cè)試低粘度流體

簡(jiǎn)介

由于傳感器的扭矩讀數(shù)小，所以使用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量水就成為了一種挑戰(zhàn)。機(jī)械軸承儀器（如  Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流變儀）尤其如此。雖然配備了超低摩擦球軸承，但儀器的轉(zhuǎn)矩下限為 0.2 mNm，與研究級(jí)流變儀（如 Thermo Scientific HAAKE MARS 流變儀）相比，高出約 5 個(gè)數(shù)量級(jí)。但仍有許多在業(yè)內(nèi)（如聚合物涂層）進(jìn)行的相關(guān)流變 QC 測(cè)試處理低粘度流體。在本應(yīng)用指南中，我們將展示如何利用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀測(cè)試粘度極低的流體。

圖 1：Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流變儀（帶 TM-LI-C48 液缸）。
 

試驗(yàn)結(jié)果與討論

圖 1 所示為用于水測(cè)試的流變儀設(shè)置。 HAAKEViscotester iQ 流變儀配備有直徑 48 mm 的溫度控制液缸TM-LI-C48 及相應(yīng)的雙狹縫轉(zhuǎn)子 CCB41 DG。為了從粘度如此低的流體中獲得有意義的數(shù)據(jù)，就要對(duì)測(cè)量例程作相應(yīng)調(diào)整。圖  2 所示為適用于如下所示測(cè)試的Thermo Scientific HAAKE RheoWin 例程。在此類測(cè)試中，zui重要的參數(shù)之一就是每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量用時(shí)，積分時(shí)間也很重要。此處，使用 45 秒的測(cè)量用時(shí)和 15 秒的積分時(shí)間。通過  Thermo  Scientific  提供的外部循環(huán)器SC100-A10 實(shí)現(xiàn)溫度控制。測(cè)量溫度為 20℃（68℉），選擇平衡時(shí)間為 3 分鐘。除了流變測(cè)試外，還使用了HAAKE RheoWin 軟件的自動(dòng)數(shù)據(jù)分析和報(bào)告功能。

圖 2：HAAKE Viscotester iQ 流變儀中用于測(cè)試低粘度流體的Thermo Scientific HAAKE RheoWin 常規(guī)界面。

圖 3：在 20℃ 條件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀測(cè)試水時(shí)，作為剪切速率 γ 的函數(shù)的粘度 η 和轉(zhuǎn)矩 M。以對(duì)數(shù)標(biāo)度標(biāo)繪數(shù)據(jù)。

圖 3 所示為利用本方法對(duì)水進(jìn)行的 9 次測(cè)試的測(cè)試結(jié)果。由圖 3 可看出，各項(xiàng)結(jié)果從 0.2 mNm 扭矩開始具有非常高的重復(fù)性。不在規(guī)定的過程中時(shí)，可獲得的剪切速率范圍有限，但是，可以使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀在約 500～4000 s-1 的 1 個(gè)數(shù)量級(jí)以上測(cè)試水。低于 500 s-1 時(shí)，扭矩讀數(shù)低于規(guī)范要求，高于 4000 s-1 時(shí)，由于泰勒渦流的出現(xiàn)，監(jiān)測(cè)到粘度升高 [1]。

圖 4：直接從 HAAKE RheoWin 軟件得到泰勒渦流的情況下，配備雙間隙轉(zhuǎn)子 CCB41 DG 的 HAAKE Viscotester iQ 流變儀的計(jì)算測(cè)量范圍。

如圖 4 所示，此次渦流出現(xiàn)的位置正是 HAAKE RheoWin“范圍計(jì)算器”所預(yù)測(cè)的位置。為進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和再現(xiàn)性，在圖 5 中顯示與圖 3 相同的結(jié)果，不過，圖 5以線性標(biāo)度標(biāo)繪而成。

圖 5：在 20℃ 條件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀時(shí)，作為剪切速率的函數(shù)的粘度。以線性標(biāo)度標(biāo)繪數(shù)據(jù)。

由圖 5 可看出，HAAKE Viscotester iQ 流變儀能夠利用直徑較大的雙間隙轉(zhuǎn)子測(cè)量水。20℃ 時(shí)，在泰勒渦不穩(wěn)定前，所有數(shù)據(jù)均處于 1.00 mPas（cP）的理論水體粘度 ±10% 的范圍內(nèi)。

結(jié)論
Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流變儀為質(zhì)量控制提供了一種快速、簡(jiǎn)便且準(zhǔn)確的工具。雖然，此流變儀配有機(jī)械軸承，但仍可準(zhǔn)確評(píng)估粘度極低的流體（如水）的粘度。

參考文獻(xiàn)
[1] Taylor, G.I. “Stability of a Viscous Liquid contained between Two Rotating Cylinders“, 1923. Phil. Trans Royal Society A223, 289–343.