【集萃網(wǎng)觀察】油墨粘度和屈服值的測(cè)定

    前面介紹了油墨流動(dòng)的主要流型，并建立了它們的流變方程。這些方程聯(lián)系著力學(xué)變量(切應(yīng)力r、切變速率D)和油墨的物理特性參量：粘度η、屈服值r、k值、n值等)。所有這些物理特性參量都是要用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定的，對(duì)于油墨，粘度和屈服值的實(shí)驗(yàn)測(cè)定尤其重要。這里討論粘度和屈服值的測(cè)定方法。

    油墨的粘度和屈服值都是在粘度計(jì)上測(cè)定的，粘度計(jì)是一種主要用來(lái)測(cè)定液體穩(wěn)態(tài)粘度的儀器。粘度計(jì)的種類很多，這里先介紹幾種常用粘度計(jì)的構(gòu)造、原理和使用上的優(yōu)缺點(diǎn)。

    有五種常用粘度計(jì)，它們是：毛細(xì)管粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、錐板粘度計(jì)、平行板粘度計(jì)和落棒粘度計(jì)。這些粘度計(jì)在油墨的粘滯性、屈服值、觸變性、拉絲性的測(cè)定中都有應(yīng)用。

    毛細(xì)管粘度計(jì)，是用在活塞上加壓的方法，迫使液體流過(guò)一定長(zhǎng)度和直徑的毛細(xì)管，測(cè)定一定壓降下、單位時(shí)間內(nèi)的流體流量，用以計(jì)算液體的粘度。毛細(xì)管粘度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是，構(gòu)造簡(jiǎn)單，裝料容易，溫度和切變速率較易控制，所以應(yīng)用比較廣泛。毛細(xì)管粘度計(jì)可以用來(lái)測(cè)定油墨的塑性粘度和屈服值。毛細(xì)管粘度計(jì)的缺點(diǎn)是，切變速率沿毛細(xì)管的徑向分布不均一，而且，為了得到準(zhǔn)確的粘度值，必須對(duì)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行較大的修正。

    旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)由兩個(gè)半徑不等的同軸圓筒組成，被測(cè)液體加在兩簡(jiǎn)之間，外筒轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)筒固定，或者內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)外筒固定。測(cè)定轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速和承受的轉(zhuǎn)矩，用以計(jì)算液體的粘度。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)內(nèi)外筒的間隙控制得很小時(shí)，被測(cè)液體各部分的切變速率接近于均一，這對(duì)非牛頓流體的粘度測(cè)量十分重要，因?yàn)榉桥ｎD流體對(duì)于切變速率的變化非常敏感。另外，這種儀器容易校準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正量也小。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的主要缺點(diǎn)是，裝料比較困難，對(duì)于粘稠的油墨更是這樣；測(cè)定中會(huì)出現(xiàn)威森伯格(Weissenderg)現(xiàn)象，被測(cè)流體會(huì)沿筒軸上爬．這給測(cè)定工作帶來(lái)一定的麻煩，還有，用這種儀器時(shí)，切變速率不能很高，否則會(huì)帶來(lái)不能接受的測(cè)試誤差。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)在油墨測(cè)定中，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，不僅可以測(cè)定油墨的粘度和屈服值，而且可以測(cè)定油墨的觸變性。

    錐扳粘度計(jì)由一塊平面圓板和一個(gè)與圓板同軸的圓錐組成，圓板固定，圓錐旋轉(zhuǎn)，被測(cè)液體放在圓板和圓錐之間，測(cè)定圓的轉(zhuǎn)速和承受的轉(zhuǎn)矩，用以計(jì)算液體的粘度。錐板粘度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是，被測(cè)液體各部分的切變速率均一，前面已經(jīng)指出，這點(diǎn)十分重要：此外，這種儀器的裝料、清理都很方便。錐板粘度計(jì)與旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)一樣也不能測(cè)定高切變速率下的液體粘度，而且，因?yàn)殄F、板間的距離要求比較精確，對(duì)操作有較高的要求，這是錐板粘度計(jì)的缺點(diǎn)。錐板粘度計(jì)特別適合于非牛頓流津的測(cè)定，油墨測(cè)定中也經(jīng)常使用。

    平行板粘度計(jì)由兩塊平行板組成。被測(cè)液體放在下板中央，使上板從一定高度下落，壓迫被測(cè)液體使其在兩板之間呈圓形并向四周擴(kuò)散，測(cè)定在一定重量的上板的作用下，被測(cè)液體的擴(kuò)展半徑和相應(yīng)的時(shí)間，用以計(jì)算液體的粘度。平行板粘度汁的主要優(yōu)點(diǎn)是用途比較廣泛，對(duì)油墨來(lái)說(shuō)，不僅可以測(cè)定塑性粘度和屈服值，而且可以測(cè)定拉絲性。但平行板粘度計(jì)測(cè)定時(shí)，計(jì)算很不方便，而且有較大的隨意性，對(duì)屈服值的測(cè)定和計(jì)算更是這樣。所以測(cè)得的結(jié)果僅有比較的價(jià)值，而與準(zhǔn)確的結(jié)果相差較遠(yuǎn)。

    落棒粘度計(jì)，是使一定尺寸和重量的圓棒垂直地落入被測(cè)液體，測(cè)定一定重量的圓棒在液體中下落的速度，用以測(cè)定液體的粘度。落棒粘度計(jì)的構(gòu)造、原理、使用都比較簡(jiǎn)單，用來(lái)測(cè)定較稠的油墨，如膠印墨還比較普遍。但是，落棒粘度計(jì)用來(lái)測(cè)定油墨的塑性粘度和屈服值，必須將實(shí)驗(yàn)結(jié)果作一系列的修正和數(shù)值處理，所得到的數(shù)據(jù)也只能用來(lái)作為相互的比較。

    由于測(cè)試對(duì)象的不同，穩(wěn)態(tài)粘度計(jì)有很多種類。如果液體的彈性效應(yīng)不容忽視，要測(cè)量的物理特性參量不只是粘度和屈服值，而是更多更復(fù)雜時(shí)，所用的測(cè)試儀器有動(dòng)態(tài)流變儀、正交流變儀等。

    以上簡(jiǎn)單地介紹了五種常用粘度計(jì)的構(gòu)造和原理。從中可以看到，被測(cè)液體在粘度計(jì)中的流變行為是真實(shí)情況的模擬。分析液體在粘度計(jì)中的流變性質(zhì)，有助于我們對(duì)實(shí)際流動(dòng)的理解。