Viscositeitstestmethoden, normen en instrumentkeuze

Viscositeit beschrijft hoe gemakkelijk een vloeistof stroomt. Een coating met een hoge viscositeit is dik en stroperig; een coating met een lage viscositeit is dun en vloeibaar. Voor verf en coatings beïnvloedt deze enkele eigenschap bijna elke fase van het gebruik, van hoe een product wordt verpompt en gedoseerd in de productie, tot hoe het vernevelt bij een spuitpistool, tot hoe het uitvloeit en bestand is tegen uitzakken op een verticaal oppervlak. Het nauwkeurig meten ervan, met de juiste methode, is hoe experts op het gebied van kwaliteit, R&D en operations ervoor zorgen dat een coating blijft presteren zoals deze is ontworpen.

Newtoniaans, niet-Newtoniaans en waarom de afschuifsnelheid belangrijk is

Sommige vloeistoffen, zoals water en oplosmiddelen, hebben een viscositeit die niet verandert met de snelheid waarmee ze worden bewogen. Deze zijn Newtoniaans. De meeste verf en coatings zijn dat niet. Hun viscositeit verandert met de afschuifsnelheid, de snelheid waarmee de vloeistof wordt vervormd, en veel zijn thixotroop, wat betekent dat ze dunner worden onder agitatie en herstellen in rust. Dit is met opzet zo ontworpen: een verf moet dik zijn in het blik zodat het pigment in suspensie blijft, dun onder de afschuiving van een kwast of spuit zodat het gelijkmatig wordt aangebracht, en weer dik op de muur zodat het niet uitloopt. Daarom is de afschuif- snelheid die een test toepast net zo belangrijk als het getal dat deze produceert, en zijn verschillende methoden gebouwd om te meten bij verschillende afschuifcondities.

Methode 1: Uitloopbekers

De eenvoudigste methode is een uitloopbeker. Een monster vult een beker met een precisie-opening in de bodem, en de tijd in seconden die nodig is om leeg te lopen wordt geregistreerd en vervolgens omgerekend naar kinematische viscositeit. Uitloopbekers zijn snel, voordelig en ideaal op de werkvloer voor producten met een lagere viscositeit die bijna Newtoniaans zijn. Industrial Physics levert TQC Sheen ISO 2431 viscositeitsbekers en dompelbekers voor controles op locatie. De twee bepalende normen zijn ISO 2431 en DIN 53211. Uitloopbekers zijn minder geschikt voor dikke of sterk niet-Newtoniaanse materialen.

Methode 2: Krebs-viscositeitsmeter

De Krebs-methode is al lang gevestigd voor architecturale en decoratieve verven. De TQC Sheen Digitale Krebs Viscositeitsmeter (DV2300) drijft een peddel in het monster aan met een constante 200 rpm en meet de torque, die proportioneel is aan de viscositeit, en rapporteert het resultaat in Krebs-eenheden (KU), centipoise (cP) of gram. Het meetbereik ligt tussen ongeveer 37 en 141 KU (ongeveer 10 tot 5.000 cP) met een nauwkeurigheid van 2 procent van de volledige schaal, en is geschikt voor routineuze kwaliteitscontrole van verven in het middensegment waarbij resultaten worden vergeleken met een bekende KU-specificatie.

Methode 3: Rotationele kegel-plaatviscositeitsmeter

Wanneer u dynamische viscositeit nodig heeft bij een hoge afschuiving, dicht bij hoe een coating zich gedraagt tijdens het aanbrengen, is de kegel-plaatmethode de referentie. De TQC Sheen Kegel- en Plaatviscosimeter (CP1) plaatst het monster tussen een ondiepe kegel en een vlakke plaat en regelt de afschuifsnelheid nauwkeurig op 10.000 s-1 (BS- en ISO-vereisten) of 12.000 s-1 (ASTM). Deze snelheden zijn representatief voor het aanbrengen met een roller of kwast, zodat de meting het gedrag in de praktijk weerspiegelt. Het meet volgens ISO 2884, waarvan deel één de kegel-plaatgeometrie bij hoge afschuiving behandelt, samen met ASTM D4287 en BS 3900-A7. Het is de voorkeursmethode voor R&D en formulerings- werk aan niet-Newtoniaanse coatings.

Methode 4: Multi-spindel (Brookfield-methode)

Voor het breedste scala aan vloeistoffen meet een roterende spindelviscositeitsmeter de torque die nodig is om een spindel die in het monster is ondergedompeld rond te draaien. De TQC Sheen multispindel viscositeitsmeter voldoet aan de Brookfield-methode en wordt gebruikt voor verven, coatings, inkten, lijmen en vele andere vloeistoffen, en biedt een breed meetbereik door verwisselbare spindels. De gerelateerde Digitale Rotothinner (DV2700) is een rotationeel instrument dat ook de viscositeit continu monitort terwijl oplosmiddelen en verdunners worden toegevoegd, met handmatige, max-hold en getimede modi over 0,1 tot 350 poise (10 tot 35.000 cP).

De juiste methode kiezen

Als vuistregel geldt: gebruik een uitloopbeker voor een snelle, goedkope controle van dunne, bijna Newtoniaanse producten aan de lijn; gebruik de Krebs-viscositeitsmeter voor decoratieve en architecturale verven in het middensegment gemeten in KU; gebruik de kegel-plaatviscositeitsmeter voor dynamische metingen bij hoge afschuiving van niet-Newtoniaanse coatings in R&D en formulering; en gebruik een spindel- of Rotothinner -instrument voor werkzaamheden met een breed bereik of voor het volgen van de viscositeit tijdens het verdunnen. De juiste keuze wordt bepaald door het product, de afschuifconditie die voor u van belang is en de norm die uw klant of specificatie voorschrijft.

Kalibratie en veelvoorkomende foutenbronnen

Viscositeit is temperatuurgevoelig, dus de belangrijkste controle is meten bij een gedefinieerde, stabiele temperatuur; een paar graden verschil kan het resultaat merkbaar beïnvloeden. Andere veelvoorkomende fouten zijn luchtbellen in het monster, versleten of beschadigde openingen van de uitloopbeker, inconsistente vulling of timing, en het vergelijken van resultaten van methoden die verschillende afschuifsnelheden toepassen. Gecertificeerde viscositeitskalibratie-oliën, geproduceerd volgens ASTM D2162 en herleidbaar naar nationale normen, worden gebruikt om instrumenten te verifiëren en metingen nauwkeurig en herhaalbaar te houden.

Waarom het belangrijk is

Viscositeitscontrole is kwaliteitscontrole. Het houdt de laagdikteopbouw, dekking, glans en afwerking consistent, voorkomt defecten zoals uitzakken en uitlopen, en geeft de productie een snelle, objectieve ‘go’ of ‘no-go’ voor elke batch. Het correct meten ervan, volgens de erkende normen, is een onderdeel van hoe Industrial Physics experts op het gebied van kwaliteit, R&D en operations helpt de integriteit van hun coatings en de merken van hun klanten te beschermen. Zie voor meer achtergrondinformatie ons overzicht van viscositeitstesten en de gids voor typen viscositeitsmeters.