Viskositätsprüfmethoden, Standards und Instrumentenauswahl

Viskosität beschreibt, wie leicht eine Flüssigkeit fließt. Eine hochviskose Beschichtung ist dickflüssig und zähfließend; eine niedrigviskose ist dünnflüssig und leichtfließend. Für farben und beschichtungen beeinflusst diese einzelne Eigenschaft fast jede Phase der Anwendung, von der Art und Weise, wie ein Produkt in der Produktion gepumpt und dosiert wird, bis hin zur Zerstäubung an einer Spritzpistole, wie es sich nivelliert und dem Durchhängen auf einer vertikalen Oberfläche widersteht. Die genaue Messung mit der richtigen Methode ist entscheidend dafür, wie Qualitäts-, F&E- und Betriebsexperten sicherstellen, dass eine Beschichtung wie vorgesehen funktioniert.

Newtonsche, nicht-Newtonsche und warum die Schergeschwindigkeit wichtig ist

Einige Flüssigkeiten, wie Wasser und Lösungsmittel, haben eine Viskosität, die sich nicht ändert, je nachdem, wie schnell sie bewegt werden. Diese sind Newtonsch. Die meisten farben und beschichtungen sind es nicht. Ihre Viskosität ändert sich mit der Schergeschwindigkeit, der Geschwindigkeit, mit der das Fluid verformt wird, und viele sind thixotrop, was bedeutet, dass sie unter Rühren dünnflüssiger werden und im Ruhezustand wieder ihre ursprüngliche Konsistenz annehmen. Dies ist beabsichtigt: Eine Farbe sollte in der Dose dickflüssig sein, damit Pigmente suspendiert bleiben, unter der Scherkraft eines Pinsels oder Sprays dünnflüssig, damit sie gleichmäßig aufgetragen werden kann, und an der Wand wieder dickflüssig, damit sie nicht abläuft. Aus diesem Grund ist die Scher- geschwindigkeit, mit der ein Test durchgeführt wird, ebenso wichtig wie der von ihm erzeugte Wert, und verschiedene Methoden sind darauf ausgelegt, unter unterschiedlichen Scherbedingungen zu messen.

Methode 1: Auslaufbecher

Die einfachste Methode ist ein Auslaufbecher. Eine Probe füllt einen Becher mit einer Präzisionsdüse im Boden, und die Zeit in Sekunden, die für das Ablaufen benötigt wird, wird aufgezeichnet und dann in kinematische Viskosität umgerechnet. Auslaufbecher sind schnell, kostengünstig und ideal für den Einsatz in der Werkstatt bei Produkten mit geringerer Viskosität und nahezu Newtonschem Verhalten. Industrial Physics liefert TQC Sheen ISO 2431 Viskositätsbecher und Tauchbecher für Vor-Ort-Kontrollen. Die beiden maßgeblichen Standards sind ISO 2431 und DIN 53211. Auslaufbecher sind weniger geeignet für dickflüssige oder stark nicht-Newtonsche Materialien.

Methode 2: Krebs-Viskosimeter

Die Krebs-Methode ist seit langem etabliert für Architektur- und Dekorationsfarben. Die Das TQC Sheen Digital Krebs Viskosimeter (DV2300) treibt einen Rührer in der Probe mit konstanten 200 U/min an und misst das Torque, das proportional zur Viskosität ist. Das Ergebnis wird in Krebs-Einheiten (KU), Centipoise (cP) oder Gramm angegeben. Es misst in einem Bereich von etwa 37 bis 141 KU (ca. 10 bis 5.000 cP) mit einer Genauigkeit von 2 Prozent des gesamten Messbereichs und eignet sich für die routinemäßige Qualitätskontrolle von Farben im mittleren Bereich, bei der die Ergebnisse mit einer bekannten KU-Spezifikation verglichen werden.

Methode 3: Rotations-Kegel-Platte-Viskosimeter

Wenn Sie dynamische Viskosität bei hoher Schergeschwindigkeit benötigen, die dem Verhalten einer Beschichtung während der Anwendung nahekommt, ist die Kegel-Platte-Methode die Referenz. Die TQC Sheen Kegel-Platten-Viskosimeter (CP1) platziert die Probe zwischen einem flachen Kegel und einer flachen Platte und steuert die Schergeschwindigkeit präzise auf 10.000 s-1 (BS- und ISO-Anforderungen) oder 12.000 s-1 (ASTM). Diese Geschwindigkeiten sind repräsentativ für die Anwendung mit Rolle oder Pinsel, sodass der Messwert das reale Verhalten widerspiegelt. Es misst nach ISO 2884, dessen erster Teil die Kegel-Platte-Geometrie bei hoher Schergeschwindigkeit behandelt, zusammen mit ASTM D4287 und BS 3900-A7. Es ist die Methode der Wahl für F&E- und Formulierungs- arbeiten an nicht-Newtonschen Beschichtungen.

Methode 4: Mehrspindel (Brookfield-Methode)

Für die breiteste Palette von Fluiden misst ein Rotationsspindelviskosimeter das Torque, das zum Drehen einer in die Probe eingetauchten Spindel erforderlich ist. Die TQC Sheen Mehrspindel-Viskosimeter entspricht der Brookfield-Methode und wird für farben, beschichtungen, Tinten, Klebstoffe und viele andere Flüssigkeiten eingesetzt, wobei es durch austauschbare Spindeln einen breiten Messbereich bietet. Das verwandte Digitale Rotothinner (DV2700) ist ein Rotationsinstrument, das auch die Viskosität kontinuierlich überwacht, während Lösungsmittel und Verdünner hinzugefügt werden, mit manuellen, Max-Hold- und zeitgesteuerten Modi über 0,1 bis 350 Poise (10 bis 35.000 cP).

Die richtige Methode wählen

Als Faustregel gilt: Verwenden Sie einen Auslaufbecher für eine schnelle, kostengünstige Überprüfung dünner, nahezu Newtonscher Produkte in der Produktion; verwenden Sie das Krebs-Viskosimeter für dekorative und architektonische Farben im mittleren Bereich, gemessen in KU; verwenden Sie das Kegel-Platte-Viskosimeter für dynamische Messungen bei hoher Schergeschwindigkeit von nicht-Newtonschen Beschichtungen in F&E und Formulierung; und verwenden Sie ein Spindel- oder Rotothinner Instrument für breitgefächerte Arbeiten oder zur Verfolgung der Viskosität während des Verdünnens. Die richtige Wahl hängt vom Produkt, der relevanten Scherbedingung und dem Standard ab, den Ihr Kunde oder Ihre Spezifikation vorschreibt.

Kalibrierung und häufige Fehlerquellen

Viskosität ist temperaturempfindlich, daher ist die wichtigste Kontrolle die Messung bei einer definierten, stabilen Temperatur; wenige Grad können das Ergebnis merklich verschieben. Andere häufige Fehler sind Luftblasen in der Probe, verschlissene oder beschädigte Auslaufbecheröffnungen, inkonsistente Füllung oder Zeitmessung und der Vergleich von Ergebnissen aus Methoden, die unterschiedliche Schergeschwindigkeiten anwenden. Zertifizierte Viskositätskalibrieröle, hergestellt nach ASTM D2162 und rückführbar auf nationale Standards, werden verwendet, um Instrumente zu überprüfen und Messwerte genau und wiederholbar zu halten.

Warum es wichtig ist

Viskositätskontrolle ist Qualitätskontrolle. Sie sorgt für eine konsistente Schichtdicke, Deckkraft, Glanz und Oberfläche, verhindert Durchhängen und Ablaufen und ermöglicht der Produktion eine schnelle, objektive Bestätigung oder Ablehnung jeder Charge. Die korrekte Messung nach anerkannten Standards ist Teil dessen, wie Industrial Physics Qualitäts-, F&E- und Betriebsexperten dabei hilft, die Integrität ihrer Beschichtungen und die Marken ihrer Kunden zu schützen. Für weitere Hintergrundinformationen siehe unsere Übersicht zur Viskositätsprüfung und den Leitfaden zu den Arten von Viskosimetern.