鑄造涂料流變性能的簡易測定方法研究

陳學(xué)更，何 龍，韓 文，朱勁松 （寧夏共享化工有限公司，寧夏銀川 750021）

測試分析

鑄造涂料流變性能的簡易測定方法研究

陳學(xué)更，何 龍，韓 文，朱勁松 （寧夏共享化工有限公司，寧夏銀川 750021）

研究了一種測定鑄造涂料流變性能參數(shù)的簡易方法，并推導(dǎo)出了觸變率和屈服值的計(jì)算公式。該法具有簡單易行、重復(fù)性好的特點(diǎn)。

流變性能；觸變率；流變曲線；剪切稀釋；屈服值

0 引言

流變性能是鑄造涂料的重要性能之一，它影響到涂料的諸多性能。尤為重要的是，鑄造涂料流變性能的優(yōu)劣將直接影響到涂料的施工性能，如刷涂性能和涂層表面光潔度、厚度、均勻性等。涂膜弊病（如涂料在流涂過程中產(chǎn)生的流痕、堆積、涂層上薄下厚、波紋痕等）與涂料的流變性能有直接關(guān)系。但是在鑄造涂料的研發(fā)、生產(chǎn)或現(xiàn)場應(yīng)用中，流變性能往往被忽略。首先是因?yàn)橄嚓P(guān)從業(yè)人員沒有從技術(shù)上認(rèn)識到涂料流變性能的重要性和復(fù)雜性，而僅考慮到一些單一的指標(biāo)，比如僅僅籠統(tǒng)地考慮刷涂性，而忽視了其它關(guān)聯(lián)密切的因素；其次，由于流變性能的復(fù)雜性，導(dǎo)致涂料的流變性能難以檢測和量化［1］。

針對上述問題，本研究從鑄造涂料研發(fā)與應(yīng)用的實(shí)際出發(fā)，通過試驗(yàn)分析，找出一種相對簡單的量化檢測鑄造涂料流變性能的試驗(yàn)方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料與儀器

M45莫來石（325目，Al2O3含量42%），偃師市光明高科耐火材料有限公司；軟水，自制；BP17 PVA，臺灣長春化工有限公司；AFZ 701A凹凸棒土（400目），安徽明美礦物有限公司；CX-470聚醚有機(jī)硅消泡劑，廣州冠志新材料科技有限公司；D-03防腐劑，廣州東歌化工科技有限公司；Silok-2238有機(jī)硅表面活性劑，廣州市斯洛柯化學(xué)有限公司。

實(shí)驗(yàn)室分散砂磨機(jī)，上海眾石機(jī)械有限公司；NDJ-5s旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海維菱科學(xué)儀器有限公司。

1.2 涂料制備

由于水基涂料相比醇基涂料的剪切速率下降慢，恢復(fù)亦慢，故選取水基涂料作為流變性能測量的研究對象。涂料配方見表1。

表1 鑄造涂料配方Table 1 Formulation of foundry coatings

涂料制備：先將PVA用熱水溶解，待用，向不銹鋼分散罐中添加軟水，開啟分散機(jī)，然后加入凹凸棒土和纖維素增稠劑，分散均勻后添加PVA預(yù)處理溶液、有機(jī)硅表面活性劑、聚醚有機(jī)硅消泡劑、防腐劑，分散一定時(shí)間后，加入莫來石，再分散一定時(shí)間后出料。

1.3 黏度檢測

將制得的涂料用水稀釋至70波美度，用分散機(jī)在1 000 r/min下將涂料充分?jǐn)嚢杈鶆?，放置于旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)下，靜置10 min，采用3#轉(zhuǎn)子依次測定轉(zhuǎn)速為6 r/min、12 r/min、30 r/min、60 r/min、30 r/min、 12 r/min、6 r/min下的涂料黏度。為保證黏度值的穩(wěn)定可靠，讀取黏度計(jì)自顯示時(shí)起30 s時(shí)的數(shù)值作為涂料的表觀黏度［2-4］。

2 結(jié)果與討論

2.1 剪切應(yīng)力數(shù)據(jù)的收集

剪切速率（D）=π×轉(zhuǎn)速/15，根據(jù)此公式計(jì)算出對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的剪切速率，結(jié)果見表2。剪切應(yīng)力（τ）= D×黏度（η），根據(jù)此公式及測量的表觀黏度值，計(jì)算出不同轉(zhuǎn)速及不同表觀黏度下涂料的剪切應(yīng)力。

表2 剪切速率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系Table 2 The relationship between shear rate and rotating speed

2.2 涂料觸變曲線及觸變性能的定量分析

鑄造涂料屬于觸變性流體，具有假塑性。根據(jù)剪切速率及涂料的表觀黏度，可以作出鑄造涂料的剪切稀釋曲線。理想的剪切稀釋曲線如圖1所示。由圖1可見：隨著剪切速率的增大，涂料的黏度呈下降趨勢，并且涂料的恢復(fù)曲線位于剪切稀釋曲線下方。

圖1 鑄造涂料的剪切稀釋曲線Figure 1 Shear-dilution curve of foundry coatings

根據(jù)剪切速率和剪切應(yīng)力值，可作出涂料的流變曲線。理想的鑄造涂料流變曲線如圖2所示。剪切曲線和恢復(fù)曲線所圍成的面積（即觸變環(huán)），可用來表征涂料的觸變性。通過計(jì)算觸變環(huán)面積的大小，可以對涂料的觸變性作出量化檢測。

圖2 鑄造涂料的流變曲線Figure 2 The rheological characteristic curve of foundry coatings

從圖2中能直觀地看出，觸變環(huán)面積由A、B和C 3塊組成，A和B均可近似視為一個(gè)梯形，C可以近似視為三角形。

從式（1）可以看出，只要測得各個(gè)剪切速率下的表觀黏度（包括稀釋黏度和恢復(fù)黏度），就可以計(jì)算出涂料的觸變率大小，從而用一種簡單的方法實(shí)現(xiàn)鑄造涂料觸變性的測定。

2.3 鑄造涂料屈服值的定量分析

在鑄造涂料的流變曲線上，連接上行曲線上以6 r/min和60 r/min速率剪切稀釋時(shí)的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，交y軸于N點(diǎn)，N點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)值即為涂料的屈服值，如圖3所示。對于屈服值的解釋是：當(dāng)施加在涂料上的剪切應(yīng)力低于涂料的屈服值時(shí)，涂料不發(fā)生變形和流動(dòng)；只有剪切應(yīng)力值大于涂料的屈服值時(shí)，涂料才能流動(dòng)。屈服值在一定程度上反映出涂料抗重力流淌的性能。

根據(jù)直線方程，y=kx+b；

由式（2）可以看出，只要測得涂料在6 r/min和60 r/min下的表觀黏度，就可以計(jì)算出涂料屈服值的大小，從而用一種簡單的方法實(shí)現(xiàn)了鑄造涂料屈服值的測定。

圖3 鑄造涂料屈服值示意圖Figure 3 Schematic diagram of the yield value of foundry coatings

2.4 涂料流變性能測定方法驗(yàn)證

將測試樣品稀釋至70波美度，采用3#轉(zhuǎn)子，充分靜置后，依次測定轉(zhuǎn)速為6 r/min、12 r/min、30 r/min、60 r/min、30 r/min、12 r/min、6 r/min下的涂料黏度，并按式（1）和式（2）計(jì)算出涂料的觸變率和屈服值。重復(fù)測量8次，結(jié)果見表3。

由表3可見：重復(fù)測定得出的觸變率和屈服值比較接近，表明該測定方法對鑄造涂料流變性能參數(shù)的測定簡單有效，測定結(jié)果具有較好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。

表3 鑄造涂料流變性能檢測驗(yàn)證結(jié)果Table 3 Validation results of rheological properties test of foundry coatings

3 結(jié)語

采用簡單的實(shí)驗(yàn)室黏度計(jì)，通過依次設(shè)定轉(zhuǎn)速，測定鑄造涂料在不同轉(zhuǎn)速下的表觀黏度，通過流變曲線和流變學(xué)相關(guān)知識推導(dǎo)出涂料的觸變率和屈服值計(jì)算公式，能夠簡單有效地測定出鑄造涂料的流變性能參數(shù)，測定結(jié)果具有較好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。

1 王慕榮，方根錄，徐斌紅，等.砂型涂料的流變特性及觸變性的研究［J］. 鑄造，1983（2）：6.

2 Nwaogu U C，Tiedje N S. Foundry Coating Technology：a Review［J］. Materials Sciences and Applications，2011，2（8）：1 143.

3 Bakhtiyarov S I，Overfelt R A. Rheology of Refractory Coating Materials Used in Lost Foam Casting Process［J］. Journal of Elastomers and Plastics，2000，32（1）：73-85.

4 Fernando R H，Xing L L，Glass J E. Rheology Parameters Controlling Spray Stomization and Roll Misting Behavior of Waterborne Coatings［J］. Progress in Organic Coatings，2000，40（1）：35-38.

Study on Simple Measurement Method for Rheological Properties of Foundry Coatings

Chen Xuegeng，He Long，Han Wen，Zhu Jinsong
（Ningxia Kocel Chemicals Co.，Ltd.，Yinchuan Ningxia，750021，China）

A simple method for measurement of rheological properties parameters of foundry coatings was studied，and the calculating formula of the thixotropic rate and the yield value was deduced. The method was simple and easy to operate and has good repeatability.

rheological property；thixotropic rate；rheological characteristic curve；shear dilution；yield value

TQ 630.7+2

A

1009-1696（2017）03-0051-04

2016-11-20

陳學(xué)更（1988—），男，助理工程師，主要從事鑄造涂料相關(guān)的研發(fā)工作。