CN1014930B - 测定材料粘度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

在先有技术中已知的测量涂料有效粘度和弹性特性的方法和根据“滚球法”原理工作的测量装置中，存在涂料板倾斜导致纹理形成和较浓的溶剂雾沉积的缺点。为了克服这些缺点，将涂料衬底水平放置，从磁场静止位置位移后，在置于衬底下面的永久磁铁或电磁铁场梯度的影响下，磁化球励磁滚动，伴随着水平放置的衬底的运动，这些运动作为测量的基础。

Description

本发明涉及测定涂料有效粘度和弹性特性的一种方法及实现这种测定方法的装置。

工业涂料对光泽性和防腐性有很高的要求。涂料的流动性要好，不应有任何象溶剂凸起和弧坑这样的表面缺陷，也不应有纹理形成。边缘复盖度必须尽量好。从根本上来说，这些所需特性取决于涂料在干燥过程中流动性能的瞬时变化。涂料流动性能和它的瞬时变化是由涂料原料配方的性质和数量及涂料干燥过程的条件（急骤蒸发阶段的时间、烘干时间、烘干温度等）所决定的。

用“滚球法”测定涂料的流动性能是从1936年开始的。此后，这种测定方法时常使用。在DE3420341    C2所述的一种计算机控制的测量装置能够定量地测定涂料在急骤蒸发和烘干过程的表观粘度。在这个场合，涂料板与水平倾斜一定角度（例如：30°），马达转动涂料板用以补偿涂料薄膜上钢球的滚动，而马达围绕着垂直于它的平面并通过其中心的轴转动。电气元件、点式光源与连带的光检测器一起用以控制马达转动。马达转动涂料板的方向与球的运动方向相反，以便在垂直方向使球大约保持同一位置。涂料板转动速度与涂料粘度成反比。根据这种方法，膜的粘度可作为时间或膜温度的函数来测定。

这种测定方法有缺点，在物理干燥期间，涂料板倾斜引起纹理的形成，也沉积较浓的溶剂雾。因此，会使测量用的钢球进入厚度不同的部位，这本身就表明它对测量精确度是不利的。

本发明的目的是提出一种免除抗动纹理形成和溶剂雾沉积的测定方法 和测定装置。用本发明的方法和装置，能够在较大的范围内调节球所受作用力的大小，因此可以做到扩大粘度的测定范围。

换句话说，根据本发明提出的方案，上述目标得以实现。涂料衬底被水平地放置，于是同时避免了扰动纹理的形成和溶剂雾的沉积。能够在较大范围内调节作用在铁磁材料球上磁力的大小，这就可以大大扩充粘度测定范围，大约从10Pas至1000Pas或更多。与先前的测定装置比较，在涂料烘干过程中，本装置在技术上有可能测定更大的、预先未知的粘度范围。

测定粘性涂料薄膜上球的速度能够联机进行，因而，测定方法可以完全自动化。

可参照附图说明本发明的例证性实施方案。在附图中，图1表示磁力测定装置的略图，图2表示用本发明的测定装置得到的曲线。

图1表示测定装置的主要部分。磁化球1在与衬底3一起运动的涂料层2上，在置于衬底3下面的永久磁铁或电磁铁4场梯度的影响下励磁滚动，衬底3由玻璃之类的非铁磁性材料制成并被水平地放置。对于给定磁铁4，调节衬底3的速度V使其满足磁化球1在距静止位置为恒定距离上保持滚动的要求。在这个场合，可使用一非接触性传感器来检测球的位置。这就相当于一个以恒定的磁力驱动球的试验，其中球1的滚动速度与涂料有效粘度成反比。由伺服马达驱动的衬底3的运动可是纯直线运动，或是转动（圆形轨迹），然而，它也能够是两种运动的复合运动（例如：螺旋运动）。

用电磁铁4产生磁场具有优点，通过改变线圈电流的大小，可以在较宽的范围内改变和调节球1所受的作用力。这比以前只以不变力（即重力）作用在滚动球的测量装置具有显著的优点。根据本发明，粘度测定范围值从10Pas至1000Pas或更大。

然而，本发明的测定方法还包括针对不同的涂料粘度，可进一步调节驱动力或球1的滚动速度：

a）选择不同的位移△X;

b）选择不同的衬底厚度;

c）选择不同的极靴几何形状;

d）选择不同的球径;

e）选择不同磁导率的球体材料。

因此，比起先有技术所用的作业方式和斜板操作来，本发明的方法有下列优点：

1.在涂层即涂料薄膜上没有纹理形成;

2.没有较浓的溶剂雾沉积或没有溶剂陷井形成;

3.可联机测定有效粘度;

4.可在较大的范围内调节球1所受磁力的大小;

5.粘度范围为10mPas至1000Pas或更大;

6.用磁场使球1横向聚焦;

7.测定方法能完全自动化;

8.为了测定粘弹性，可将本测定方法扩展为摆动滚动。

图2表示用磁力测定装置得到的曲线图。使用永久磁铁，对于不同粘度的油膜（油膜厚度250μm），球的滚动时间作为磁场的函数。用直径为2.5mm的软铁作球1。选择从80至1200mPas五种不同粘度的校准用油进行测量。在厚度1mm的玻璃板3上用绘图直尺作出油膜，测量温度为20℃，测量位移△X为3cm。

下述物理数学关系式表示球1滚动速度与涂料层2的有效粘度成反比：

ω＝ (V)/(R) （ω＝球的角速度，R＝球半径，V＝球的滚动速度），

F～6πη_effRV（F＝摩擦力，η_eff＝涂层的有效粘度），

K～R³Hk Hgrad H（K＝磁化率，grad＝磁场强度梯度，H＝磁场强度，Hk为球的磁化率），

V～R²Sinα k Hgrad H 1/(η_eff) （α＝磁场强度方向与曲面法线的夹角）。

本发明图2的测定结果从实验上证实了理论上导出的测定时间t（或球的滚动速度V）与涂料层2（即油膜）的粘度两者之间的线性关系式。结论是磁力测定方法能够满足要求，即测定涂料层的粘度。

在涂料层烘干阶段，温度范围从200℃（或直到300℃），必须考虑铁磁性的铁球磁化强度的减少。磁化率与温度的相关性是已知的。因此，用计算机计算有效粘度时，应在计算机软件中考虑这种相关性。

测定装置能这样扩展，在电磁铁4产生的横向交变磁场附加的影响下，球1作摆动滚动。用此方法，能够决定涂料层2的弹性特性。复数刚性模量（complex    modulus）（分别为储能模量（storage    modulus）和损耗模量（loss    modulus））的实数部分和虚数部分可定为频率的函数。

Claims (10)

1、测定涂料在急骤蒸发阶段和烘干阶段有效粘度与弹性特性的方法，其中球在涂有被测涂料的衬底上滚动，其特征在于在置于衬底下面的永久磁铁或电磁铁场梯度的作用下，磁化球从磁场中的静止位置离开后就在与水平放置的衬底一同运动的涂料薄膜上励磁滚动；而且，对于给定磁铁，调节衬底的速度使其满足磁化球在距静止位置为恒定距离上保持滚动的要求，用非接触性传感器来检测球的位置，控制衬底的馈送率。

2、按照权利要求1的方法，其特征在于在电磁铁附加交变磁场的影响下，球作横向摆动滚动。

3、实现权利要求1或2所述测定涂料层2在急骤蒸发阶段和烘干阶段的有效粘度和弹性特性的方法的装置，在该方法中，球1在复有被测涂料的衬底3上滚动，其特征在于衬底3由非铁磁性材料板组成，球1由铁磁性材料组成，其直径为1mm至10mm，最好是1.5至4mm，伺服马达转动保证了衬底3的运动，并且衬底3下面放置有永久磁铁或电磁铁4。

4、按照权利要求3的装置，其特征在于球由钢组成，其直径为2.5mm。

5、按照权利要求3或4的装置，其特征在于衬底3作纯直线运动。

6、按照权利要求3或4的装置，其特征在于衬底3作转动运动。

7、按照权利要求3或4的装置，其特征在于衬底作纯直线运动或转动的复合运动。

8、按照权利要求3的装置，其特征在于采用可调节的电磁铁4，通过线圈电流的变化，可在较宽的范围内改变或调节球1所受的作用力。

9、按照权利要求3的装置，其特征在于采用不同磁化率铁磁性球体材料。

10、按照权利要求3的装置，其特征在于用非铁磁性材料玻璃作衬底3。

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