Зачем измерять вязкость краски
Вязкость определяет, как краска ведёт себя на каждом этапе: при хранении (расслаивается ли), при перемешивании и перекачке, при нанесении (стекает ли с вертикальной поверхности, ложится ли ровно, оставляет ли следы кисти) и при сушке. Измерение вязкости краски нужно в трёх случаях: чтобы принять сырьё и проконтролировать партию, чтобы довести краску до рабочей вязкости под способ нанесения (кисть, валик, пневматическое или безвоздушное распыление), и чтобы разработать или откорректировать рецептуру.
Для первых двух задач обычно достаточно простого прибора, который работает в цеху и даёт воспроизводимый результат. Для третьей нужен прибор, который показывает вязкость как физическую величину. Подробнее о том, какие величины бывают, мы писали в статье «Измерение вязкости: методы, динамическая и кинематическая вязкость».
Вискозиметр для краски ВЗ-246: воронка и условная вязкость
Вискозиметр ВЗ 246 (в документах пишут ВЗ-246) — это воронка с калиброванным соплом. В неё наливают определённый объём краски, открывают сопло и замеряют секундомером время, за которое жидкость вытекает. Это и есть условная вязкость: она выражается в секундах и зависит от диаметра сопла. У воронки ВЗ-246 есть сменные сопла разного диаметра, поэтому один прибор покрывает несколько диапазонов — от жидких грунтов до густых эмалей. Воронки ВЗ-4 и ВЗ-1 устроены по тому же принципу, но у них одно сопло.
Что хорошо у воронки
Воронка проста, не требует питания, умещается в ящике рабочего стола, и результат понятен технологу без расчётов. Её часто используют для вязкости под распыление: на упаковке или в технологической карте написано «вязкость в заданных секундах по ВЗ-246 при 20 °C», и оператор доводит краску растворителем до этих секунд. Это инструмент для технологического контроля, и именно для него воронка и создана.
Чего воронка не показывает
Секунды истечения — не мПа·с. Для ньютоновской жидкости время истечения связано с вязкостью, но для структурированной краски связь нарушена: воронка измеряет вязкость при определённой, довольно высокой скорости сдвига, и ничего не говорит о поведении краски при малых скоростях — при хранении, стекании, растекании. Две краски с одинаковым временем истечения могут вести себя на поверхности по-разному. Кроме того, на результат влияют температура краски, чистота сопла и точность отсчёта времени, поэтому испытание проводят при заданной температуре.
Для испытаний по методике условной вязкости подбирают воронки и вспомогательное оборудование. Об условной вязкости в целом и о перерасчёте в кинематическую рассказывает статья «Условная вязкость: вискозиметр Энглера, градусы ВУ и пересчёт в кинематическую», а подходящие приборы собраны в разделе «Вискозиметры условной вязкости».
Рис. 1. Выбор способа измерения вязкости краски по задаче
Вискозиметр Стормера и единицы Кребса (KU)
Вискозиметр Стормера — ротационный прибор с лопастным шпинделем, который вращается в банке с краской. Здесь измеряют не время, а нагрузку: на привод подвешивают груз, и подбирают его массу так, чтобы лопасть вращалась с заданной скоростью. По массе груза прибор определяет вязкость в единицах Кребса (Krebs Units, KU) — это стандартная шкала для лакокрасочной отрасли, на которую опирается ASTM D562.
Вязкость в KU хорошо согласуется с тем, как краску воспринимает маляр при работе кистью и валиком: слишком низкое значение — краска стекает и брызгает, слишком высокое — тянется и плохо растекается. Поэтому KU стали основным показателем для водно-дисперсионных, эмульсионных и фасадных красок. В нашем каталоге такой прибор — КАДАММ ВИС-КУ: диапазон 40–141 KU, что соответствует 32–1099 г нагрузки и справочно 27–5274 сП (мПа·с), частота вращения 200 об/мин, погрешность ±1 %, повторяемость ±0,5 %.
Единицы KU не равны мПа·с, и пересчёт зависит от материала, поэтому значения в сантипуазах на приборе справочные. Для сопоставления с другими методами берите условия испытания, а не цифру. Перевод единиц разобран в статье «Единицы вязкости».
Ротационный вискозиметр для краски
Ротационный вискозиметр для краски измеряет динамическую вязкость в мПа·с при заданных шпинделе, скорости и температуре. Его главное преимущество — можно менять скорость и видеть, как ведёт себя материал. Краска, как правило, неньютоновская: на малых скоростях (покой, хранение, стекание) она заметно вязче, чем на высоких (перемешивание, распыление, прокатка валиком). Один ряд измерений на разных скоростях даёт картину, которую не получить ни воронкой, ни Стормером.
Когда нужен ротационный прибор
- Разработка и доработка рецептур: влияние загустителя, пигмента, наполнителя на вязкость и на сопротивление стеканию.
- Техническое задание заказчика, где вязкость указана в мПа·с при определённой скорости и температуре.
- Контроль тиксотропных красок и покрытий, где важно, как быстро вязкость восстанавливается после сдвига.
- Материалы вне диапазона воронок и Стормера: густые шпатлёвки, пасты, герметики, клеи.
Какой класс прибора взять
Для жидких и средних красок подходят приборы с шпинделями ряда L и R. Цифровые вискозиметры серии КАДАММ ВИС-Ц работают с шпинделями L1–L4 и №0–№4, имеют 4, 8, 9 или 11 ступеней скорости и интерфейс RS232 для вывода данных. Если нужен ряд скоростей без ступеней, подойдут КАДАММ ВИС-Н и программируемые КАДАММ ВИС-П с плавной регулировкой 0,1–200 об/мин. Принцип работы и подбор шпинделя описаны в статьях «Как работает ротационный вискозиметр» и «Вязкость по Брукфильду: классы LV, RV, HB, шпиндели».
Сравнение методов измерения вязкости краски
| Параметр | Воронка ВЗ-246 | Вискозиметр Стормера | Ротационный вискозиметр |
|---|---|---|---|
| Результат | Секунды истечения | Единицы Кребса (KU) | мПа·с при заданной скорости |
| Скорость сдвига | Не регулируется | Одна (фиксированная частота вращения) | Регулируется, можно задать ряд |
| Неньютоновские свойства | Не видны | Ограниченно | Видны при измерении на нескольких скоростях |
| Где применяют | Цех, вязкость под распыление | Водно-дисперсионные и эмульсионные краски | Лаборатория, разработка, споры |
| Приборы КАДАММ | Условная вязкость | КАДАММ ВИС-КУ | КАДАММ ВИС-Ц, КАДАММ ВИС-Н, КАДАММ ВИС-П |
Правило простое: не сравнивайте числа разных методов напрямую. Секунды по воронке, KU и мПа·с описывают разные вещи. Если в техническом задании указан метод, измеряйте именно им, а если нужно связать два метода для своего материала, сделайте собственную корреляционную таблицу по серии образцов.
Как выполнять измерение вязкости краски
Подготовка пробы
Краску перемешивают так, чтобы она была однородной, но без вовлечения воздуха: пузырьки искажают результат. Тиксотропные материалы выдерживают после перемешивания одинаковое время, иначе вязкость будет разной от замера к замеру. Если пузырьки остались, пробу дегазируют: вариант с вакуумом описан в статье «Вакуумная камера для дегазации компаундов и смол».
Температура
Вязкость краски падает с ростом температуры, и разброс в несколько градусов заметно искажает результат. Методики предписывают испытание при 20 или 25 °C. Пробу выдерживают в термостатируемой ёмкости: подбор оборудования описан в разделе «Жидкостные термостаты» и в статье «Как подобрать термостат к реактору», принцип которой подходит и для термостатирования вискозиметра.
Фиксация условий
Записывайте метод, прибор, шпиндель или сопло, скорость, температуру, время выдержки и партию материала. Без этого результат нельзя воспроизвести. Как проверять сами приборы по стандартным образцам, написано в статье «Поверка и калибровка вискозиметра».
Типовой комплект для лаборатории ЛКМ
Вот как можно скомпоновать оснащение по задачам. Это ориентир, итоговый набор определяется вашими методиками и номенклатурой продукции.
| Задача | Тип прибора | Карточки КАДАММ | Что ещё нужно |
|---|---|---|---|
| Быстрый цеховой контроль партии, вязкость под распыление | Воронка условной вязкости | Раздел Вискозиметры условной вязкости | Секундомер, термометр, стакан для пробы |
| Водно-дисперсионные, эмульсионные краски, вязкость в KU | Вискозиметр Стормера | КАДАММ ВИС-КУ | Термостатируемая ёмкость: жидкостный термостат |
| Рецептуры, ряд скоростей, мПа·с | Ротационный цифровой или программируемый | КАДАММ ВИС-Ц, КАДАММ ВИС-Н, КАДАММ ВИС-П | Термостат для пробы, мешалка для приготовления образцов: лабораторные мешалки |
| Густые пасты, герметики, клеи | Ротационный с классом HB | КАДАММ ВИС-П | Дегазация пробы: вакуумная камера |
| Горячие покрытия, расплавы | Вискозиметр с нагревом пробы | КАДАММ ВИС-ПТ, КАДАММ ВИС-ТУ | Нагрев до 300 °C входит в прибор |
Подробный порядок выбора прибора по диапазону, скоростям и классу пружины — в статье «Как выбрать ротационный вискозиметр». Если вы не уверены, что вам нужно, напишите нам, какие материалы измеряете и по какой методике, и инженеры подберут состав комплекта.