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【集萃网观察】二、 粘度仪和粘性仪
粘度仪和粘性仪的种类是很多的，几乎可以这样认为：油墨行业是应用粘度仪最多的一个行业。至于粘性仪，则已成了油墨行业的主要仪器，目前是油墨制造中必不可少的仪器之一。
因之，这里想尽可能多地来讨论关于这方面的仪器，尤其是有代表性的类型。
（一）、粘 度 仪
粘度仪的设计原理几乎都是以牛顿流体为基础的，所以，不管它们有多少种类型，它们的基本原理还是同出共因。
1、毛细管式粘度仪(Capillary Viscosimeter)。
设有一根毛细管，它的内部半径为R，使牛顿流体以一致的滞流形式通过这根毛细管，作用在管子长度为I上的压力为。假设有一个与管子同心的液体圆壳，其半径为r，厚度为dr，长度为L。从这些薄圆先的对称排列来看，在壳外部的每一个流体颗粒，以速度v运动，而在它的内部，则速度稍大一些；为v+dv。故通过壳厚为dr的速度梯度(剪切速率)是－dv／dr，负的符号表示：半径增大则速度减小。
作用在被壳包围的液体圆筒上的力F，相当于作用在壳的长度上的压力P乘以圆壳的横断面πr2。这些力可通过壳的内表面而像剪切应力一样地分配，其面积相当于2πrL。 为了得到流过管子的体积的比例，可将管子中的所有同心圆壳(半径从r=0到r=R)的流动情况汇总起来。这可将在单位时间(t)内通过管子的一定断面(距离)的液体体积(v)记录下来，其形状就像一个回转抛物面。实际上，作用在毛细管长度为L上的压力P，可以通过在(进入)毛细管上面的流体的静压高差(头)而得到。
可以看出，毛细管粘度仪一般适用于牛顿流体，常用以测定溶剂、油脂等透明类物质。
对非牛顿流体而言，临界雷诺指数与剪切速率以及物质的分子大小、形状有关。大而较长的分子会明显地降低雷诺指数。所以毛细管粘度仪又叫运动粘度仪。
一种代表性的毛细管粘度仪，叫凯能－芬斯克粘度仪。另一种常用的毛细管粘度仪叫乌氏(Ubbelohde)粘度仪。还有一种赛包特(Saybolt)型粘度仪，是一种测定60厘米。流体自下部毛细管中流出所需时间的仪器。
毛细管粘度仪不能用作塑性油墨的基本流变性研究，因为塑性油墨在毛细管中的混合流动是非常复杂的。
2、气泡式粘度仪(Bubble Viscosimeter)。
气泡式粘度仪就是一种利用管子中被测流体的气泡上升的速度来测定它的粘度的仪器。它也是一种测定运动粘度的仪器。
气泡式粘度仪是一种具有较长历史的仪器，长期以来一直被涂料工业所采用，主要用于测定透明的流体。这种仪器也不能测定不透明的，具有屈服值的非牛顿流体。
加氏(gardner－Holdt)粘度仪是这类粘度仪的典型。
3、落球式粘度仪。
以落球式粘度仪测定流体的粘度时，是基于测定一个球落下通过被测流体的速度。测定比较简便，通过适当的数学处理后，也可得到比较准确的粘度数据。
落球式粘度仪是一种比较简便的仪器，一般也用来测定透明的牛顿流体，可以“泊”为单位表示。
4、小孔(单孔)式粘度仪(Orifice－Single－Viscosimeter)。
小孔式粘度仪与毛细管式粘度仪一样，均属于所谓流出(Efflux)型粘度仪。实际上，小孔式粘度仪可以看成是毛细管粘度仪的工业化，只是把流体的容量放大了，把毛细管部分改成了粗短的小孔而已。这种粘度仪在涂料工业中有比较广泛的应用。美国的4号福特杯（No.4Ford Cup），现在我国统一叫做“涂－4杯”。
这是一种测定流体从粘度杯中流出的全部时间(秒)来作为该流体的条件粘度的一种粘度仪。
涂－4粘度仪一般只适用于测定粘度在150秒以下的流体。水的粘度约为10秒。触变性大的流体则不甚适用。
这种粘度仪的缺点是由于孔径大，长度短，因此，流动的稳定性差，在流动中的雷诺指数也比较大，故不适于作比较精确的科学研究。
这种粘度仪的优点是结构简单，操作简便，易于擦洗，耐用。
还有一种更简便的与涂—4粘度仪近似的小孔粘度仪，就是所谓的柴(恩)氏(Zahn)粘度杯。这是一种圆筒(柱)体，球形底，并带有较长的手提梁的轻便粘度杯。一套共有五个，其底部开有不同尺寸的小孔，分别适用各种各种不同粘度产品的测量。
使用时只要把粘度杯浸入被测流体中，然后垂直提起，记录粘度杯离开流体后开始流出至流丝第一次中断所需的时间，以秒表示。
小孔式粘度仪可用于溶剂型油墨(例如凹版油墨、柔性凸版油墨)的粘度测定。这种仪器也适用于印刷车间的现场应用测定，至为简便、迅速。
多孔式粘度仪应用比较少。
5、旋转同心圆筒式粘度仪(Rotating Concentric Cylinder ViseosimeteF)。
旋转共轴圆筒式(或简称旋转式)粘度仪的原理：假设我们把两层平行的板弯曲成两个圆筒，一个静止不动(类似下板)，一个旋转而动(类似上板)，则就成了一个同心共轴的旋转式粘度仪了。
在毛细管粘度仪中，其流动形式随流体流过毛细管断面的情况而有很大的差别，而在旋转式粘度仪中则不然。所以，可以用它来测定非牛顿流体。
以旋转式粘度仪测定流体的粘度时，实际上都是以仪器的旋转速度和偶力M来表达的。一般设计都是一个圆筒静止，另一个圆筒旋转。偶力的数值则一般是通过弹簧的压缩来测得的。
我国油墨行业目前采用比较广的、由丹麦生产的爱密勒(EMLLA)旋转式粘度仪就是一种外筒静止，内筒旋转，装有偶力弹簧的仪器。由于它的旋转速度是固定的，故偏转的偶力就是被测流体的粘度。
（二）、粘 性 仪
粘性，也可定义为一种物质的粘着性(Stickiness)，换言之也可说成在既定速度下分离两个一定单位面积的平面(它们彼此之间则由液体所粘连在一起)所需的力。
粘性不仅包括液体的粘的性质，而且亦包括固体的弹性破裂特性。可以看出，粘性是一个很复杂的综合情况，它与弹性、粘附性能以及表面张力等因素均有关。
粘性仪(Tack Ometer)的规格，型号也很多，但是到目前为止，具有基本概念的典型，还是雷德(R．F．Reed)所发明的所谓油墨粘性仪(油墨计，油墨表)－Ink-O－meter。这是一种在动力的作用下像印刷机一样的、由两个辊子组成的，测定薄层油墨膜(分离)的力的仪器。
(二)、油墨的流动性能
油墨能否从容器中倒出来，流净?能否从储槽中通过泵的作用而流畅地输送到印刷机上的墨斗中?能否从墨斗中顺利地(传递)下墨?能否在印刷机上良好地分配，传递至版面以及转印至纸(或其它承印物)上?最后，油墨的印刷效果如何?等等，这一切均与油墨的流动(性能)有关。影响油墨流动(性能)的因素是多方面的，它是一个综合性能的体现。
1、油墨与触变性。
在一种牛顿流体中加入少量的分散体时，它仍然可以显示出牛顿流动的特性，但当分散体的量增加到一定程度(达到一定极限)时，它就会失去原有的牛顿流动而显示出塑性流动。而有塑性流动的物质几乎都有触变性。
触变性(Thixouopy)这个术语是在1927年开始被引用的，它是由两个希腊字衍生而来，意思是“由接触而变化”。所以，如果流体由于接触(例如搅拌)而引起流动(性能)的变化的性质就叫触变性。通俗地讲，任何一种悬浮(分散)体，当搅拌时有“变薄(稀)”现象，而放置后又发生“变厚(稠)”现象时，都可用触变性这个概念来加以解释。
触变性是种比较复杂的技术现象，触变性的破坏(失掉粘度)是随剪切应力的增加，随剪切时间的延长或其二者而增加(即表现粘度下降)。如果剪切应力取消，则触变性(粘度)又可恢复，触变结构又可重新形成。但这种结构的形成需要一定的时间，有的甚至可长达数月之久。
我们已经知道塑性粘度的曲线可以认为是由两部分组成的，即一部分是曲线，一部分是直线，前者表示非牛顿流体，后者表示牛顿流体。因此，这种流体的粘度也可以认为是由两部分组成的，即非牛顿粘度和牛顿粘度。前者可因内部结构的破坏而粘度有变化，后者则不会受外界的影响而引起粘度变化，所以，前者也可称为结构粘度，它们之间的关系可由下式表示：
η＝η牛+η结 （1）
式中：η=总粘度，
η牛=牛顿粘度；
η结=结构粘度。
大多数胶体系统都有结构粘度。
油墨的塑性一般是与粒子的结构相联系的，在静止存放时，它们形成松散的聚集联结(结构)，当用力剪切时，这种联结结构会被破坏，而再静止时，又可形成聚集联结(结构)。
这种结构一般认为主要是由颜料颗粒(粒子)的絮凝作用所造成的，而这又与颜料颗粒的形状有关，例如针状和板状的粒子比球状粒子的结构要强，但前者重新形成结构(或絮凝)的时间也要长一些。这种结构还与颜料的电导性有关。例如对一组炭黑含量为10％的分散体进行直流电阻测定后发现，由于炭黑类型的不同，而其电位差为100伏时，电阻可自6．4×1011至9．9×106欧姆。电导性大的炭黑其流动性就差。有些电导性的差别可以炭黑颗粒的聚集作用来解释：颗粒尺寸比较小的所谓短(流动)型炭黑，它们就有比较强的聚集倾向。颗粒会连成桥状结构而遍布于分散体中。而颗粒尺寸比较大的所谓长(流动)型炭黑则不然。
触变性的测定方法虽然有多种，但均存在着一些问题，下面介绍几种比较常用的(表达)方法：即（1）．流变曲线触变环面积法；（2）．触变性破解系数法；（3）．静置时间－剪切应力峰值图法。以下将此三种方法分别进行介绍。
（1）．流变曲线触变环面积法，是一种由封闭的所谓“触变环”的面积大小来估价流体触变性的方法，是用可变速的粘度仪(例如B型转盘式粘度仪)通过渐渐增加转速，达到某一个预定的最大转速后，再渐渐降低转速测定而得的。将渐渐增加转速和渐渐降低转速所测得的数据点于以剪切速率为纵坐标，以剪切应力为横坐标的坐标系中，然后将各点连起来，就可得到曲线。渐渐增加转速所得的曲线和渐渐降低转速所得的曲线(近似直线)，这两根线组成的封闭区叫触变性区域或称触变环。环的面积越大，则说明这个流体的触变性越大。
在作测定时应注意；(a)触变性的测定不仅需要渐渐增加与渐降低转速，而且与测定时的时间间隔有密切的关系。因为触变性的恢复(触变结构的重新形成)是随时间而增长的，因此，在递增和递减转速时，它们的时间间隔应尽可能地相等，一般推荐为10分钟；(b)选择预定的最大转速是非常重要的，不同的最大转速所作出的触变环的面积是不相同的；(c)虽然许多作过触[变性研究的人都认为温度对触变性的影响不大，但测定还是在一定的温度条件下进行为好。一般说，温度升高时触变性有增加的现象。
流变曲线触变环面积法(简称触变环法)是表达流体具有触变性的最常用而通俗的方法。在实际应用中，一般都是将触变环面积进行粗略的估计与比较来确定不同油墨的触变性大小的，很少从数学的概念去计算触变环的面积大小，因为不规则面积的计算非常费时间。
（2）．触变性破解系数法也是用可变速的粘度仪进行测定的，一般用两种速度来测定油墨的粘度，一种速度低一点，一种速度高一点。然后用下列公式求出触变性破解系数：
T＝2（η1+η2）／ln（w1+w2）2 （2）
式中：T=触变性破解系数，
η1=低速时测得的粘度，
η2=高速时测得的粘度，
w1=低速时的角速度，
w2=高速时的角速度。
如果η1= η2，则表示油墨是牛顿流体没有触变性。触变性破解系数越大，则表示触变性也越大。
一般旋转式粘度仪的转速都是用每分钟的转数(r．P．m．)来表示的。角速度可按下式计算：
w＝ πn/30 （3）
n是粘度仪的每分钟转数。角速度的单位是弧度／秒。
（3）．静置时间－剪切应力峰值图法。在旋转式粘度仪上用选定的剪切速率测定油墨的粘度时有两种情况：如果测定的是非触变性流体，则粘度仪的指针升至最大值后就保持不变；但如果测定的是触变性流体，则粘度仪的指针在达到最大值后随即会迅速降低到一个稳定值(最小读数)，这是因为触变性流体被剪切后触变性遭到破坏的缘故。我们把测定时达到的最大值叫做峰值。可以看出，这个峰值和流体的触变性大小有关，峰值越高，流体的触变性越大。前已提及，触变性的恢复(结构重建)是与时俱增的，所以，峰值与流体测定前曾静置过的时间长短有关，静置时间越长，峰值越高，当然，它也是有个极限的。
静置时间－剪切
应力峰值图法就是基于这个原理。
带自动记录装置的旋转式粘度仪(例如哈克粘度仪)都可用于这种测定。测定可按下列步骤进行并导出触变指数：
(a)将被测油墨在旋转式粘度仪上以选择好的剪切速率进行测定，当仪器开始旋转后，首先得到一个最大值，然后让仪器一直旋转以破坏油墨的触变性，直至得到一个稳定的最小读数。
(b)在得到稳定的最小读数后，关闭粘度仪，同时开始计时，使油墨在粘度仪中静置一段时间，然后再开动粘度仪并读出(记录)峰值(即最大值)。至得到稳定的最小读数后，再关闭。
(c)重复(a)及(b)的操作，但静置时间不同，一般为10秒，30秒、60秒¨¨等。这样就可以得到一系列峰值越来越高的数值(当然不是无限)。
(d)将峰值换算成绝对单位(达因／厘米。)，即将峰值换算成相应的剪切应力值，可以把这个值叫做剪切应力峰值。然后再计算出各个剪切应力峰值的平方根值和各个静置时间(秒)的平方根值。
(e)以静置时间的平方根值为横坐标，以剪切应力峰值的平方根值为纵坐标作图。这样就可以得到类似图中的各种曲线。曲线有明显的直线部分，作图时取平方根值的目的就是使曲线上的直线部分得以扩大，以使之能更清楚地显示出来。
曲线上直线部分的斜率就叫触变指数，用以表示被测流体的触变性大小。斜率越大则表示这个流体的触变性越大。
除此以外，用所谓粘度比法(即以低速=10转／分时测定的粘度值除以高速=20转／分时测定的粘度值)也可测定油墨的触变性。这种方法用于轮转(新闻)油墨中比较简便。测定时可先以搅拌将油墨的触变性破坏(但要严格掌握条件)，然后再进行测定。
比值越大表示油墨的触变性越大。对于轮转(新闻)油墨来说，其比值以1左右为好。
就油墨的配方设计而言，除了前述的一些因素外，油墨的触变性与所用颜料的特性有关。另如氧化炭黑比起非氧化的炭黑来在油墨中就具有比较小的触变性，与油墨配方组成中颜料(或填料)的含量有关(含量越高则触变性越大)，与颜料，连结料的润湿性能有关(润湿性能越差则触变性越大)等等。
在油墨中加入一些附加剂(例如成胶物质或触变性树脂等)是可以增加触变性的。例如触变性醇酸树脂即属此例，它是由于性油改性的醇酸树脂与聚酰胺树脂反应而成的。
在轮转(新闻)油墨中加入约5％的沥青油(由40％沥青和60％的机械油组成)后，油墨的触变性就会明显增加。在这类油墨中如果加入一定量的煤(灯)油，则油墨的塑性粘度会下降而触变性却不会好转并根本失去流动。可以看出，在浆状油墨中加入溶剂类稀释剂也是克服不了多少触变性的(除非根本破坏了浆状油墨的结构)。
油墨的触变性太大时，其缺点表现在：油墨不能用泵自储槽中打(输送)至印刷机上的墨斗中。对以喷射供墨的装置来说，就会使喷射不流畅(以上指轮转新闻油墨)。对比较稠的浆状油墨来说则表现为在墨斗中下墨不好之弊。
可以这样说：触变性对有些情况而言是种弊病，但对有些情况来说，却又似乎是种优点。例如有人认为有触变性的油墨，其印刷的网点比较清晰，对比较稀的流体油墨来说，触变性可以防止体系在存放中沉降，结块，倒翻等现象。
来源： 卓创资讯化工网
