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HAAKE流變儀測試低粘度流體

發布:柜谷科技發展(上海)有限公司
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Jan Philip Plog, Thermo Fisher Scientific, Material Characterization, Karlsruhe, Germany

關鍵詞 流變性,低粘度,水樣流體

簡介

       由于傳感器的扭矩讀數小,所以使用旋轉流變儀測量水就成為了一種挑戰。機械軸承儀器(如Thermo Scientific? HAAKETM Viscotester? iQ 流變儀)尤其如此。雖然配備了超低摩擦球軸承,但儀器的轉矩下限為 0.2 mNm,與研究級流變儀(如 Thermo Scientific? HAAKE? MARS? 流變儀)相比,高出約 5 個數量級。但仍有許多在業內(如聚合物涂層)進行的相關流變QC測試處理低粘度流體。在本應用指南中,我們將展示如何利用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀測試粘度極低的流體。

試驗結果與討論

       圖1所示為用于水測試的流變儀設置。HAAKE Viscotester iQ 流變儀配備有直徑 48 mm 的溫度控制液缸TM-LI-C48 及相應的雙狹縫轉子 CCB41 DG。為了從粘度如此低的流體中獲得有意義的數據,就要對測量例程作相應調整。圖 2 所示為適用于如下所示

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

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

圖 2:HAAKE Viscotester iQ 流變儀中用于測試低粘度流體的Thermo Scientific HAAKE RheoWin 常規界面.png

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

       測試的Thermo Scientific? HAAKE? RheoWin? 例程。在此類測試中,最重要的參數之一就是每個測量點的測量用時,積分時間也很重要。此處,使用45 秒的測量用時和 15 秒的積分時間。通過 Thermo Scientific 提供的外部循環器SC100-A10 實現溫度控制。測量溫度為 20℃(68℉),選擇平衡時間為 3 分鐘。除了流變測試外,還使用了HAAKE RheoWin 軟件的自動數據分析和報告功能。

圖 3:在 20℃ 條件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀測試水時,作為剪切速率 γ 的函數的粘度 η 和轉矩 M。以對數標度標繪數據.png

圖 3:在 20℃ 條件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀測試水時,作為剪切速率 γ 的函數的粘度 η 和轉矩 M。以對數標度標繪數據。

圖 4:直接從 HAAKE RheoWin 軟件得到泰勒渦流的情況下,配備雙間隙轉子 CCB41 DG 的 HAAKE Viscotester iQ 流變儀的計算測量范圍.png

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

圖 5:在 20℃ 條件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀時,作為剪切速率的函數的粘度。以線性標度標繪數據.png

圖 5:在 20℃ 條件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀時,作為剪切速率的函數的粘度。以線性標度標繪數據。

       圖 3 所示為利用本方法對水進行的 9 次測試的測試結果。由圖 3 可看出,各項結果從 0.2 mNm 扭矩開始具有非常高的重復性。不在規定的過程中時,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 個數量級以上測試水。低于 500 s-1 時,扭矩讀數低于規范要求,高于 4000 s-1 時,由于泰勒渦流的出現,監測到粘度升高 [1]。如圖 4 所示,此次渦流出現的位置正是 HAAKE RheoWin“范圍計算器”所預測的位置。為進一步強調數據的質量和再現性,在圖 5 中顯示與圖 3 相同的結果,不過,圖 5以線性標度標繪而成。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子測量水。20℃ 時,在泰勒渦不穩定前,所有數據均處于 1.00 mPas(cP)的理論水體粘度 ±10% 的范圍內。

結論

       Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流變儀為質量控制提供了一種快速、簡便且準確的工具。雖然,此流變儀配有機械軸承,但仍可準確評估粘度極低的流體(如水)的粘度。

參考文獻

[1] Taylor, G.I. “Stability of a Viscous Liquid containedbetween Two Rotating Cylinders“, 1923. Phil.TransRoyal Society A223, 289–343.


2020-03-30 13:40:16
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