如何使用HAAKE哈克VisctesterIQ流變儀測試低粘度流體

簡介

由于傳感器的扭矩讀數(shù)小，所以使用旋轉流變儀測量水就成為了一種挑戰(zhàn)。機械軸承儀器（如  Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流變儀）尤其如此。雖然配備了超低摩擦球軸承，但儀器的轉矩下限為 0.2 mNm，與研究級流變儀（如 Thermo Scientific HAAKE MARS 流變儀）相比，高出約 5 個數(shù)量級。但仍有許多在業(yè)內（如聚合物涂層）進行的相關流變 QC 測試處理低粘度流體。在本應用指南中，我們將展示如何利用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀測試粘度極低的流體。

圖 1：Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流變儀（帶 TM-LI-C48 液缸）。
 

試驗結果與討論

圖 1 所示為用于水測試的流變儀設置。 HAAKEViscotester iQ 流變儀配備有直徑 48 mm 的溫度控制液缸TM-LI-C48 及相應的雙狹縫轉子 CCB41 DG。為了從粘度如此低的流體中獲得有意義的數(shù)據(jù)，就要對測量例程作相應調整。圖  2 所示為適用于如下所示測試的Thermo Scientific HAAKE RheoWin 例程。在此類測試中，zui重要的參數(shù)之一就是每個測量點的測量用時，積分時間也很重要。此處，使用 45 秒的測量用時和 15 秒的積分時間。通過  Thermo  Scientific  提供的外部循環(huán)器SC100-A10 實現(xiàn)溫度控制。測量溫度為 20℃（68℉），選擇平衡時間為 3 分鐘。除了流變測試外，還使用了HAAKE RheoWin 軟件的自動數(shù)據(jù)分析和報告功能。

圖 2：HAAKE Viscotester iQ 流變儀中用于測試低粘度流體的Thermo Scientific HAAKE RheoWin 常規(guī)界面。

圖 3：在 20℃ 條件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀測試水時，作為剪切速率 γ 的函數(shù)的粘度 η 和轉矩 M。以對數(shù)標度標繪數(shù)據(jù)。

圖 3 所示為利用本方法對水進行的 9 次測試的測試結果。由圖 3 可看出，各項結果從 0.2 mNm 扭矩開始具有非常高的重復性。不在規(guī)定的過程中時，可獲得的剪切速率范圍有限，但是，可以使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀在約 500～4000 s-1 的 1 個數(shù)量級以上測試水。低于 500 s-1 時，扭矩讀數(shù)低于規(guī)范要求，高于 4000 s-1 時，由于泰勒渦流的出現(xiàn)，監(jiān)測到粘度升高 [1]。

圖 4：直接從 HAAKE RheoWin 軟件得到泰勒渦流的情況下，配備雙間隙轉子 CCB41 DG 的 HAAKE Viscotester iQ 流變儀的計算測量范圍。

如圖 4 所示，此次渦流出現(xiàn)的位置正是 HAAKE RheoWin“范圍計算器”所預測的位置。為進一步強調數(shù)據(jù)的質量和再現(xiàn)性，在圖 5 中顯示與圖 3 相同的結果，不過，圖 5以線性標度標繪而成。

圖 5：在 20℃ 條件下使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀時，作為剪切速率的函數(shù)的粘度。以線性標度標繪數(shù)據(jù)。

由圖 5 可看出，HAAKE Viscotester iQ 流變儀能夠利用直徑較大的雙間隙轉子測量水。20℃ 時，在泰勒渦不穩(wěn)定前，所有數(shù)據(jù)均處于 1.00 mPas（cP）的理論水體粘度 ±10% 的范圍內。

結論
Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ 流變儀為質量控制提供了一種快速、簡便且準確的工具。雖然，此流變儀配有機械軸承，但仍可準確評估粘度極低的流體（如水）的粘度。

參考文獻
[1] Taylor, G.I. “Stability of a Viscous Liquid contained between Two Rotating Cylinders“, 1923. Phil. Trans Royal Society A223, 289–343.