HAAKE流变仪测试低粘度流体

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 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。

试验结果与讨论

       图1所示为用于水测试的流变仪设置。HAAKE Viscotester 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

图 1：Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流变仪（带TM-LI-C48 液缸）。

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。

       测试的Thermo Scientific™ HAAKE™ RheoWin™ 例程。在此类测试中，Z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 γ 的函数的粘度 η 和转矩 M。以对数标度标绘数据。

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。

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。

       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]。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。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 containedbetween Two Rotating Cylinders“, 1923. Phil.TransRoyal Society A223, 289–343.