Rheology of Coatinngs 涂料流变学
涂料流变学性能简述(中国制浆造纸研究院)
11.典型流变仪的剪切速率范围
12.宽剪切速率范围流变图
（1）完全剪切稀化型
12.宽剪切速率范围流变图
（2）高剪切膨胀型
12.宽剪切速率范围流变图
（3）超高剪切膨胀型
13.实际生产中剪切速率的估算
14.改善流变性能的重要性
坏的流变性能可能带来： 刮刀涂料析出、条痕、不均匀的涂布 量分布、刮刀痕和高的刮刀负荷 好的流变性能可能带来： 更高的涂布车速、可获得降低涂布量 的可能性和降低刮刀负荷
19.流变性能和运转性的相关性
（2）高剪切粘度对刮痕数量的影响
19.流变性能和运转性的相关性
（2）超高剪切粘度对刮痕数量的影响
19.流变性能和运转性的相关性
（2）A “有效粘度”对刮痕数量的影 响
19.流变性能和运转性的相关性
（2）B 用狭缝粘度计测定“有效粘度”
19.流变性能和运转性的相关性
7.图解流变性能的基本要求
8.典型涂布工艺的剪切速率范围
9.剪切速率范围分类
低~中等剪切速率（0.1~1000 S-1）—典型工 艺为泵送和涂料制备，其特点是剪切作用 时间长，从几秒到几十分钟 高剪切速率（1000~100 000 S-1）—典型工 艺为过筛、上料和刮棒、气刀涂布，其特 点是剪切作用时间短，可达几毫秒 超高剪切速率（100 000~2 000 000 S-1）— 典型工艺为纸上涂料经刮刀计量的瞬间， 其特点是剪切作用时间极短，可达几微秒
1030
2580
44
46
16.涂料组分的流变性能
（1）颜料—粒子形状的影响
16.涂料组分的流变性能
（1）颜料—平均粒径的影响
16.涂料组分的流变性能
涂料流变学性能_实用化的流变学
涂料流变学性能——实用化的流变学刘金刚（中国制浆造纸研究院 １０００２０）摘 要：文章对涂料流变性能的基本类型、涂料流变性能的基本要求、涂料组分的流变性能作了论述，通过现有仪器的流变性能的测定，预测或模拟实际涂布的运行情况，完善涂料的流变性能，改进涂布运转性。
关键词：流变学 涂料 剪切速率 流变仪 流变性能１ 前言在实际生产中，许多涂布运转性问题如涂布量难以控制、刮刀压力大、刮刀痕、刮刀涂料析出（翻料）等都可能是涂料流变性能不佳所致。
流变性能直接与涂料的涂布运转性相关联，并间接影响到涂布纸性能。
流变性能是涂料的一项重要性能，通过调整流变性能可以解决很多实际问题，但并不能把流变性能理解为一项单纯的性能指标。
虽然流变性能经常被提及，但由于晦涩难懂难以实用化。
流变学是研究流变性能的科学，简化流变学理论并从中提炼出有价值的结果用于指导实践将是很有意义的。
２ 流变学定义流变学是研究物质变形和流动规律的科学。
流变实际上是一个内涵更为广泛的术语，它不仅包括粘度，而且包括粘弹性和塑性。
当仅讨论流体流动规律时，可以近似地用粘度来理解流变学。
３ 涂料流变性能的基本类型按大类可以把流体分为牛顿型和非牛顿型。
非牛顿型流体又分为剪切速率依存型和时间依存型。
剪切速率依存型是指流体的流动行为随剪切速率的变化而变化，包括假塑型、胀流型和塑型。
时间依存型是指一定剪切速率下流体随时间而变化的流动特性，包括触变型和震凝型。
实际中的造纸涂料都是非牛顿型的。
涂料很难明确地分为剪切速率依存型和时间依存型，但偏重程度是有判别的。
剪切速率依存型和时间依存型流体的流动行为如图１～２所示。
４ 涂料流变性能的基本要求理想的涂料为带有一定触变性的假塑性即剪切稀化或粘度降低的流体，实际的流变性能是上述基本类型的组合。
涂料的运转性不仅指涂布机运转性，还涵盖了全范围涂布工艺过程。
涂料的流变性能要满足全方位包括泵送、过筛、上料、计量、回流和流平等工艺的要求。
涂料专业术语中英文大全
涂料专业术语中英文对照AAccelerate 促进剂Accelerator硬化剂，接触剂Acetic acid 醋酸Acetone 丙酮Achromatic color 无彩色Acid stain 丙烯酸树脂Acrylic丙烯酸Acrylics acid resin 丙烯酸（类）树脂Acrylonitrile butadiene styrene resin ABS树脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂Active agent 活性剂Additive 添加剂Additive mixture 加色混合Adhesive 胶粘剂Adhesive solvent 胶（料）溶剂Adjacent color 类似色Advancing color 进出色Aerosol spraying 简易喷涂，气溶胶喷涂After image 残象Air drying 常温干燥Airless spraying 无气喷涂Alcohol stain 酒精着色剂Alert color警戒色Alkyd resin 醇酸树脂Alligatoring 漆膜龟裂Amount of spread 涂胶量Anticorrosive paint 防锈涂料Antifouling paint 防污涂料Antique finish 古式涂料Automatic spraying 自动喷涂BBaking finish 烤漆喷涂Base boat 底漆－－primer, undercoatingBlistering 小泡Blushing 白化Body varnish 磨光漆Brilliant 鲜艳的Brushing 刷涂Brushing mark/streak 刷痕Bubbling 气泡Button lac 精致虫胶CCafé咖啡色Carbamide resin adhesive 尿素树脂胶Catalyst 催化剂，触媒，接触剂Chalking 粉化Cherry 樱桃色Chipping 剥落Chromatic color 有彩色Chromaticity 色度Chromaticity coordinates 色度坐标Chromaticity diagram色度圆Clssing 补漆Clear coating 透明涂层Clear lacquer 透明喷漆Clear paint 透明涂料Coarse particle 粗粒Coating 涂料Cobwebbing 裂痕Cocos 可可色Cold water paint 水性涂料Color blindness 色盲Color conditioning 色彩调节Color harmony 色彩调和Color in oil 片种特（调色用）Color matching 调色Color number 色号（色之编号或代号）Color paint 有色涂料Color reaction 显色反应Color reproduction 色重现Color tolerance 色容许差Compatibility 相容性Complimentary color 补色Consistency 稠厚度Contractive color 收缩色Cold color 寒色，冷色Cooling agent 冷却剂Covering power 覆盖力Cracking 龟裂，裂纹Cresol resin adhesive 甲酚树脂胶Crimping 皱纹Cure 硬化Curing agent 固化剂Curing temperature 固化温度DDark 暗Deep 深Degumming 脱胶Dewaxed shellac 胶蜡虫胶Diluent 稀释剂，冲淡剂Dilution ratio 稀释比例Dingy 浊色Dipping 浸渍涂层Dipping treatment 变色Discoloring 变色Discord 不调和色Drier 干燥剂Dry rubbing 干磨Drying time 干燥时间Dulling 失光Dusting 粉化EEgg-shell 埴孔亚光，显孔亚光electrostatic spraying 静电涂装emulsion adhesive 乳化胶emulsion paint 乳化涂料enamel 色漆，磁漆end-coating 端面涂层end-gluing 端面胶合epoxy finish环氧效果epoxy resin glue环氧树脂胶ethyl cellulose lacquer乙基纤维素喷漆FFading退色Filler 腻子，埴料，填充剂Finish code 涂料编号Finishing 涂饰Flaking 剥落Flat paint 消光涂料Flatness 消光Flat lacquer 哑光漆Floor paint 地板涂料Foam glue 泡沫胶GGelatin 明胶，凝胶Glare 眩目Glue 胶粘剂，胶，胶料Glue and filler bond 动物胶及填料胶结Glue mixer 调胶机Glue spreader 涂胶机Gum 树胶，胶树HHardener 硬化剂Hide 皮胶High solid lacquer 高固体分漆Honey color 蜂蜜色IIlluminant color 光源色JJelly strength 胶质强度Joint strength 胶接强度LLac 虫胶Lac varnish 光漆Lacquer 漆Latex 乳胶Latex paint 合成树脂乳化型涂料Leveling agent 均化剂Liquid glue 液态胶Long oil varnish 长性清漆Love formaldehyde 低甲醛MMake up paint 调和漆Medium oil varnish 中油度清漆Melamine resin adhesive 三聚氯胺树脂胶，蜜胺树脂胶Melamine resin sheet 三聚氯胺树脂（片）Methyl alcohol 甲醇Multi-color 多彩漆NNatural clear lacquer 清漆N.C lacquer 硝化棉喷漆N.C lacquer enamel 硝色棉色漆N.C lacquer sealer硝化棉底涂料N.C lacquer surfacer 梢化棉中涂整面涂料Nitro-cellulose lacquer 硝化纤维漆，硝基榉Nitro-lacquer 硝基漆Nitrocellulose lacquer 硝化纤维（喷）漆Non toxix finishes无毒喷漆Novolac （线型）酚醛清漆OOff- color 变色的，退色的，不标准的颜色Oil paint 油性漆Oil putty 油性腻子Oil solvent 油溶剂Oil stain 油性着色剂Oil staining 油着色Oil stone 油石Oil varnish 油性清漆，上清漆Opacity 不透明度Opaque paint 不透明涂料PPaint 涂料，油漆Paint nozzle 涂料喷头Penetrant 渗透剂Phenol aldehyde resin 酚醛树脂胶Polishing varish 擦光（亮）清漆Poly Urethane Resin 聚氨酯（PU）Poly ester 聚酯Polyester resin lacquer 聚酯树脂涂料Polypropylene 聚丙烯Polystyrene聚苯乙烯Polyurethane 聚氨酯Polyvinyl acetate adhesive 聚醋酸乙烯（树脂）胶Polyvinyl adhesive 聚乙烯树脂胶Polyvinyl chloride resin 聚乙烯树脂涂层Pre-coating 预涂Procuring 预固化Preservative 防腐剂Primer 底漆（下涂涂料）Putty 腻子，油灰，灰泥Pyroxylin lacquer 硝基漆QQuick drying paint 速干漆RReady mixed paint 调和漆Refined shellac 精制虫胶Resin adhesive 树脂胶Reverse coater 反向涂料器Roller brush 滚筒刷SSample board 样板Sand blast 喷砂A氨基树脂——Amino Resin螯合助剂――Chelating agent配位助剂――Complexing agent鳄裂――AlligatoringB搬运干燥――Dry to han dle半光涂料――Satin finish剥落――Peeling保护助剂――Protecting agent保湿剂――Humectant保水助剂――Water-retention agent边缘润湿――Wet edge表干――Tack free表面调整助剂――Surface container表面改性剂――Surface modifier表面调整剂――Surface container表面活性剂――Surfactant表面活性助剂――Surface active agent表面流动――Surface flow表面张力――Surface tension界面张力――Interfacial tension丙烯酸乳液――Acrylic latex丙烯酸树脂――Acrylic resin玻璃化温度――Glass transition temperature 不挥发组分――Non-volatile固体含量――Percent Solids不可燃――Nonflammable不相容性――Incompatibility相容性――Compatibility不粘干燥――Dr y to tack freeC层间污损――Intercoat contamination层间粘合――Intercoat adhesion层间附着――Interlayer adhesion沉淀――Sedimentation成膜辅助剂――Film forming aid成膜助剂――Coalescing agent成膜工艺――Film forming process成膜物质――Binder成膜助剂――Coalescing agent斥水性――Hydrophobic斥水性助剂――Wate r repellent除味剂――Deodorant除油剂――Degreaser储存寿命――Shelf Life活化寿命――Pot life触变性――Thixotropy触变流动――Thixotropic flow behavior触变助剂――Thixotropic agent醇酸树脂――Alkyd resin磁漆――Enamel次催干剂――Secondary drier辅助催干剂――Auxiliary driers。
涂料流变学 如何做简单的比喻
涂料流变学如何做简单的比喻英文回答：Rheology is a subfield of material science that studies the flow and deformation of fluids. It deals with the viscosity of a fluid, the relationship between stress and strain, and the viscoelastic properties of a material.In simple terms, rheology can be compared to the flow of a liquid like honey. When you pour honey into a glass,it flows slowly and evenly. This is because honey has a high viscosity, which means it resists flow.On the other hand, if you stir honey with a spoon, it becomes less viscous and flows more easily. This is because the shear stress applied by the spoon breaks down the honey's structure, making it less viscous.Rheology is important in many industries, such as the food, cosmetics, and pharmaceutical industries. It is usedto optimize the flow and handling properties of products,as well as to predict their behavior under different conditions.中文回答：流变学是材料科学的一个分支领域，它研究流体的流动和变形。
高分子物理 聚合物流变学
small molecule hole
高分子熔体的流动：链段向 “孔穴” 相继跃迁 Reptation 蛇行
13
Flow curve
a
Kn
第一牛顿区
0零切粘度
第二牛顿区
无穷切粘度，极限粘度
假塑性区
流动曲线斜率n<1 随切变速率增加，ηa值变小 加工成型时，聚合物流体所经受的 切变速处于该范围内(100-103 s-1)
PC聚碳酸酯
63.9 79.2 108.3-125
PVC-U硬聚氯乙烯
147-168
PVC-P增塑聚氯乙烯
210-315
PVAc聚醋酸乙烯酯
250
Cellulose纤维素醋酸酯
293.320
Temperature
温度
Activation energy
粘流活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量，表示流动单元（即链段） 用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量
183℃/PS
242k 217k 179k 117k 48.5k
28
分子量的影响
log
从成型加工的角度
降低分子量可增加流动性，改善加工性 能，但会影响制品的力学强度和橡胶的 弹性
牛顿流动定律
: Melt viscosity
液体内部反抗流动 的内摩擦力
1Pa s = 10 poise (泊)
牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关
7
Types of Melt Flow
液体流动的类型
类型
曲线 公式 实例
Shear stress Shear stress Shear stress Shear stress Viscosity
涂料中的流变学与表面化学
润湿性是指涂料能够完全覆盖被涂物 表面的能力。良好的润湿性可以提高 涂料的附着力和覆盖力，使涂层更加 均匀。
涂料的表面张力
涂料的表面张力决定了其润湿性和流 平性。低表面张力的涂料能够更好地 润湿被涂物表面，而高表面张力的涂 料则容易形成缩孔或桔皮现象。
表面化学在涂料中的应用
提高附着力
通过降低被涂物表面的能级，增加涂层与被涂物之 间的相互作用力，从而提高涂料的附着力。
涂料中的流变学与表面化学
目
CONTENCT
录
• 引言 • 涂料中的流变学 • 表面化学在涂料中的作用 • 涂料中的流变学与表面化学的关系 • 案例分析
01
引言
目的和背景
研究涂料中流变学与表面化学的相互作用，旨在深 入了解涂料的性能和应用。
随着涂料行业的不断发展，对涂料性能的要求也越 来越高，因此需要从多个角度研究涂料的性能。
表面化学特性
UV涂料的表面能较低，这有助于提高涂层的抗水性和抗化学 品性能。同时，UV涂料的表面较为粗糙，这有助于提高涂层 的附着力。
案例三：高固含涂料的流变学与表面化学特性
流变学特性
高固含涂料具有较高的固体含量，粘度较大。其流变行为受固体颗粒的大小、分 布和相互作用的影响。在制备和施工过程中，高固含涂料的流变性需要特别关注 以防止涂层缺陷。
03
表面化学在涂料中的作用
表面化学基本概念
表面张力
表面张力是液体表面所受到的垂直于液面方向的作用力，它使得 液体表面尽可能收缩。表面张力的大小取决于液体的性质和温度 。
表面活性剂
表面活性剂是一种能够显著降低液体表面张力的物质，它具有亲 水基团和疏水基团，可以吸附在液体表面，降低表面张力。
rheology(流变学)
Rheology
●
Rheology is the science of the flow and deformation of matter (liquid or “soft” solid) under the effect of an applied force Deformation → change of the shape and the size of a body due to applied forces (external forces and internal forces)
τ = τ 0+ η D
●
These bodies are termed ideal Bingham bodies. They are practically non-existent.
A mechanical analogue to plastic deformation is the frictional resistance to sliding of a block on a plane. No displacement occurs until the applied stress reaches the frictional resistance.
relative deformation and the applied force (observation of R. Hooke on springs)
Shear stress: F τ= (in N/m2 = Pa) A yz Δl Relative deformation (=strain): ε= (without unit) l0 Hooke's law: τ=ε E
涂料化学第五章涂料中的流变学与表面化学ppt课件
表面化学
表 面 张 力
润 湿 作 用 与 接 触 角
荷
叶
粗
效
糙
应
表
与
面
双
润
疏
可编湿辑课件PPT表 面
TiO 2的 光 致 超 双 亲 性
润 湿 动 力 学
表 面 毛活 细性 管剂 力及 应2 用
概述 涂料中的流变学与表面化学
涂料：粘稠液体，可用不同的施工工艺涂覆在物 体表面，干燥后形成粘附牢固、具有一定的强度 、连续的固态漆膜。 流变学：研究流体流动和变形的科学。涂料在涂 装的过程中，一定要经过流体这个阶段，涂料的 流变性能对涂料的生产、贮存、施工和成膜有很 大的影响。
且在剪切速率变化时，黏度保持恒定。
水、溶剂、矿物油和某些低相对分子质量树脂溶液都
是牛顿型液体。
涂料产品很少是牛顿型液体。
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7
• 牛顿流体的流动和粘度特性曲线如图所示。
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8
2、非牛顿型液体
• 假塑性流体：液体黏度随着剪切速率的增加而减少 。（涂料）
• 膨胀性流体：液体黏度随着剪切速率增加而增加。
脂溶液。 • 非牛顿流体：粘度随剪切速率变化的流体。
• 涂料的流动一般是非牛顿的。
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4
非牛顿流体
• 非牛顿流体又可分成假塑性流体，胀流性流体和触 变性流体。
• 假塑性流体的粘度随着剪切速率的增加而减小（即 切力变稀的流体），
• 胀流性流体的粘度随着剪切的速率的增加而增大， • 触变性流体:当假塑性流体的流动行为和其历史有
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11
流体 分类
牛顿型流体 粘度不随剪切速 率变化的流体
涂料流变学概论
涂料流变学概论
涂料流变学是应用物理学到涂料领域的一门学科，其主要研究的是涂料的物理性能及其流变特性，它的目的是更好地控制涂料的流变过程，从而使涂料具有良好的涂料性能，以满足实际工程应用的需求。
涂料流变学主要包括涂料流变机理研究、涂料流变性能测试和涂料流变模型建立三个方面。
涂料流变机理研究是涂料流变学的核心内容，主要研究涂料流变过程中的机械和化学机理，包括反应物间的相互作用、涂料的分子动力学以及分子间的相互作用等。
涂料流变性能测试是衡量涂料流变性能的重要方法，主要包括涂料的黏度变化、流变行为、固结行为、气体和液体的比重、表观粘度等性能指标的检测研究。
涂料流变模型建立是涂料流变学研究的一个重要方面，该模型可以根据已有的实验研究成果，建立符合实际涂料流变现象的流变模型，为涂料的工艺设计提供有效的理论支持。
此外，涂料流变学还可以结合其他学科，如有机化学、高分子物理和分析化学，进行协同研究，从而更好地发掘涂料的性能优势，为涂料的研究与应用提供有价值的参考。
例如，可以利用高分子物理技术，定量描述涂料中分子结构的变化，并利用有机化学技术，研究涂料聚合体中反应物之间的相互作用，以及涂料中溶剂的流变特性，以更好地提升涂料的流变能力。
总之，涂料流变学是一门多学科交叉的学科，其目的是探索和研究涂料的流变行为，从而更好地控制涂料的流变性能，使其具有良好的涂料性能，以满足实际工程应用的需求。
涂料流变学的研究主要包
括涂料流变机理研究、涂料流变性能测试和涂料流变模型建立等研究内容，这些研究内容还可以和其他学科的理论和技术，如有机化学、高分子物理和分析化学等进行协同研究，从而为涂料科学、技术研究和应用提供重要的理论支撑。
丙烯酸(酯)类聚合物在化妆品中的流变性能研究
65上海理鸿化工科技有限公司，上海 201108…………………………………………………………崔 彬丙烯酸（酯）类聚合物在化妆品中的流变性能研究流变学是研究物质流动与形变的科学，是产品加工制备的基础科学，也是认识产品结构与性能的基础研究方法之一。
主要对一种化妆品中使用的丙烯酸 （酯）类 （烷基疏水改性）聚合物作基础性的流变学应用研究，从而明确原料在化妆品中使用时的流变性能；并通过聚合物在化妆品中的流变性能研究，发现一种有效表征化妆品体系屈服值的方法。
化妆品 丙烯酸 （酯）类聚合物 流变 屈服值Study on Rheological Properties of Acrylic Copolymer in Cosmetics CUI Bin(Shanghai Lihong Chemical Technology Co., Ltd., Shanghai 201108, China)Abstract ：Rheology is the science of material flow and deformation studying, the basic science of product producing and preparation, and one of the basic research methods to understand product structure and performance. The basic rheological application of acrylic polymers used in cosmetics was mainly studied in this paper to clarify the rheological properties of raw materials used in cosmetics. Also, a method to effectively characterize the yield value of cosmetic systems was found.Keywords ：cosmetic acrylic copolymer rheology yield value作者简介崔彬 （1984— ），男，硕士，工程师，研发总监，主要研究方向：化妆品配方技术研发及生产。
表面活性剂溶致液晶的流变学性质
的弹性响应, 也观察不到玻璃的粘性响应, 通常把水 称为粘性体而把玻璃称为弹性体。
粘弹性有线性粘弹性和非线性粘弹性之分, 人
们研究比较多的是线性粘弹性。其理论基础是线性
叠加理论: 任一时刻, 响应值与引发该响应的信号成 正比, 比如应力加倍, 那么应变也加倍。描述线性粘
弹性的最基本的模型是 Maxwell 模型和 Kelvin Voigt
Key words surfactants; rheology; lyotropic liquid crystals; vesicles
流变学是研究物质在外力作用下发生形变和流 动的科学[ 1] 。液晶的流变性质研究因其在许多领域 如洗涤及相关行业、化妆品行业、制药工业、微乳化 技术领域, 润滑与食品工业以及三次采油中的广泛 应用而日益受到人们的关注。所以研究溶致液晶的 流变性质对于化工过程单元操作的设计、产品质量 控制、参数计算和加工过程的优化都是十分必要的。 液晶的流变性质与其结构以及内部基团的相互作用 有直接关系, 例如六角状和立方状液晶有较高的粘 度, 这就给加工和运输带来了不便。在剪切作用下, 某些液晶的形式可能会发生变化, 即所谓的剪切诱 导结构转化, 像某些层状相在剪切作用下会转变成 囊泡[ 2 8] 。目前, 以表面活性剂液晶进行模 板合成 的情况越来越多。早在 1992 年, 美国 Mobil 公司的 科学家首次应用阳离子表面活性剂为模板剂合成了
本模型, 在描述蠕虫状胶束、卵磷脂形成的有机凝胶 等的线性粘弹性时都可以很好地吻合[11, 12] , 其它许 多模型都是由 Maxwell 模型派生出来的[13] , 甚至在
土壤岩石的研究过程中讨论线性粘弹性时也考虑使 用的是 Maxwell 模型[14] 。
2. Kelvin Voigt 模型
涂料的流变学特性及其应用
涂料的流变学特性及其应用在我们的日常生活和工业生产中，涂料是一种广泛使用的材料，从家居装修中的墙面漆到汽车制造中的金属漆，从船舶防腐的重防腐涂料到电子产品的功能性涂料，其应用无处不在。
而要深入理解涂料的性能和应用，就不得不提到涂料的流变学特性。
流变学，简单来说，就是研究物质流动和变形的科学。
对于涂料而言，其流变学特性对于涂料的生产、储存、施工和最终的性能都有着至关重要的影响。
涂料在静止状态下，往往呈现出一定的黏度和屈服应力。
黏度是描述涂料内部阻力的一个重要参数，它决定了涂料在储存和运输过程中的稳定性。
如果涂料的黏度太低，颜料和填料可能会沉淀，导致涂料分层；如果黏度太高，则可能会给搅拌和泵送带来困难。
屈服应力则表示涂料开始流动所需的最小应力。
当外力小于屈服应力时，涂料表现为固体；当外力超过屈服应力时，涂料才会流动。
这一特性对于涂料在垂直表面上的停留能力非常重要，例如在刷涂或喷涂时，涂料需要在表面上保持一定的厚度而不流挂。
在涂料施工过程中，流变学特性的影响更为显著。
以刷涂为例，当刷子在涂料表面移动时，涂料需要能够迅速流动以填充刷毛留下的空隙，同时又要有足够的黏度来防止过度流淌。
对于滚涂，涂料需要在滚子的压力下均匀地分布在表面上，并且在滚子离开后能够保持一定的厚度。
而在喷涂时，涂料需要在喷枪的压力下雾化成细小的液滴，并在到达被涂物表面后迅速流平形成均匀的涂层。
不同类型的涂料具有不同的流变学特性。
例如，水性涂料通常具有较低的黏度和屈服应力，因为水的存在使得涂料分子之间的相互作用较弱。
溶剂型涂料则由于溶剂的挥发和分子间的交联反应，其黏度和屈服应力可能会在施工过程中发生较大的变化。
高固体分涂料由于固体含量较高，其流变学特性更为复杂，需要通过特殊的流变助剂来调整。
为了获得理想的流变学特性，涂料配方师通常会添加各种流变助剂。
常见的流变助剂包括纤维素醚、膨润土、气相二氧化硅等。
纤维素醚可以增加涂料的黏度和保水性；膨润土通过在涂料中形成三维网络结构来提高屈服应力；气相二氧化硅则能够在涂料中形成触变结构，使得涂料在静止时具有较高的黏度，而在受到剪切力时黏度迅速降低。
第三章 涂料中的流变学
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在一个絮凝的大粒子中，含有很多小粒子。 小粒子之间为外相液体所填满，这些外相的 液体成为内相体积的一部分：
Vi=Vp+VA+VT （3）
式中VT为截留在絮凝粒子内的外相液体体积。 Vi增加，体系粘度上升；用搅拌破坏絮凝粒子 使其重新分散时，粘度可下降。
Company LogoΒιβλιοθήκη Logo5、压流度法
应用范围：适用于厚漆、腻子及厚浆涂料等 测量原理：定量体积的试样，在固定压力下，经一段 时间后，以试样流展扩散的直径大小来表示稠度。 使用仪器：唧筒、玻璃板、砝码 操作简介：用唧筒塞压出装满唧筒内的试样在玻璃板 中央，在试样上放置另一块玻璃板，再压上砝码，开 动秒表，经1min后，观察试样流展扩散的直径。
使用仪器：①同轴圆筒旋转粘度计；②布氏旋转粘度计； ③锥板旋转粘度计等。
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Logo 操作简介： ①试样被置于两个同心圆筒之间，在环形空隙中流动， 指针指示的读数乘以转子系数，即得出粘度。 ②选择好转子及速度，将转子浸入试样内开机运转， 从刻度盘上读取偏转角，乘以转子系数以求取粘度。 ③将试样滴于平板上，下降圆锥，使样品在固定平板 和稍带锥度的旋转圆盘之间被剪切，从指示器可读 出粘度值。 结果表示：Pa.s
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3、促进分散体系稳定化的措施 实现理想分散的两个手段：配方和设备。 配方手段就是靠正确选择原料（包括颜料、 漆料及助剂，主要考虑其性价比），正确确 定用量。 选择合适的研磨设备减小颜料粒度，加大漆 料粘度是能够延缓沉降的因素。但粒度减小 和粘度增大都是有限度的。因此，使用助剂 是促进分散体系稳定性的重要手段。
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涂料化学第5章涂料中的流变学与表面化学讲解课件
5.4 涂料施工中的表面张力问题
涂料在干燥过程中，随着溶剂的蒸发。 表面浓度升高，温度下降，表面张力升高。 由于表层和低层的表面张力不同，于是产 生一种很大的推动力，使涂料从底层往上 层运动，这种运动导致局部涡流，形成所 谓贝纳尔漩流窝(Benard cell)。涡流原点有 如火山口，向外喷发出下层涂料，这些表 面张力低的涂料向周围表面张力高的表层 铺展，于是形成隆起部分。并使湿膜形成 规则的六角形，其中心与边缘颜料浓度将 有不同．如果涂料流平性不好，在该膜干 燥后便留下凹凸起伏的桔皮。
5.1 涂料中流变学问题
① 假塑性流体：流体的粘度随剪切率 的增加而减少(剪切稀释)时称为假塑 性流体。
② 膨胀性流体：当流体的粘度随剪切 率的增加而增加(剪切增稠)时，称为 膨胀性流体。 ③ 宾汉流体与屈服值：在一定的剪切力之上才能发生流动，这种 流体称为宾汉流体，这个最小的剪切力叫做屈服值，在此值以下 其性质好象是弹性体。
VP为粒子本身体积，VA为吸附层体积对Vi 的献。在体积相同时粒子愈细，粘度愈大。
5.1 涂料中流变学问题
当乳胶或涂料发生絮凝时，粘度可以大大上升，其原因也是因 内相Vi增加的结果。在一个絮凝的大粒子中，含有很多小粒子。 小粒子之间为外相液体所填满，这些外相的液体成为内相体积的 一部分。
VT为截留在絮凝粒子内的外相液体体积，VT增加了，于是体系粘 度上升，当用搅拌破坏絮凝粒子使重新分散时，粘度又可下降。
5.1 涂料中流变学问题
⑤ 触变性流体：当假塑性流体的流动 行为和其历史有关，也就是对时间有 依赖时，称其为触变性流体。
触变性流体的特征：当从低剪切率 逐步增加至高剪切率得到的各点的粘 度，然后由高剪切率逐渐减少至低剪 切率，测得各点的粘度是不重合的。
涂料流变学
因此：
式中，K、n都是经验常数；K表示粘度，K越大，流体 越粘稠。n为非牛顿指数，n偏离1越多，则非牛顿行为 越显著。对于假塑性流体，0＜n＜1；对于胀塑性流体， n＞1。
2.粘度与浓度的关系
在广泛浓度范围内，可以用下式来计算高分子溶液粘度：
式中， ηr为相对粘度，即溶液粘度与纯溶剂粘度之比； ωr指树脂的质量分数。
4.设定剪切速率的测定法
高粘度色漆是非牛顿流体，在不同剪切应力作用下产生不同的剪切速 率，它们的粘度不是一个定值，旋转粘度计是使涂料旋转流动，测量 使其达到固定旋转速率时需要的应力，再换算成涂料粘度。
最初旋转粘度计的构造为2个同心圆筒，内筒可转动，用电机带动， 调节转速使内筒在给定的较低转速（6~120r/min）下转动，测定内筒 转动对外筒造成的力矩，换算成动力粘度。现代旋转粘度计有很多形 式，都能自动显示数值和进行调节，不同旋转粘度计分别适用于不同 涂料产品。
3.温度与粘度的关系
由于温度是分子无规则热运动激烈程度的反映，而 分子间的相互作用，如内摩擦、扩散、分子链取向、缠 结等，直接影响着粘度的大小，多数高分子的粘度随温 度升高而降低。 WLF关系式表示树脂溶液粘度与温度的关系：
参比温度是实验数据中获得的最低温度。以Tg为参比温 。 度，其粘度假设为1012Pa S，得到lnr=27.6。常数B随 组成有较大的变动，一般B=51.6℃
3.涂料的组成
涂料有四个组成部分：主要成膜物质、颜料、溶剂和助剂。
粘结剂是涂料的主要成膜物质。涂料可分为无机涂料和有机涂料。而 有机涂料的主要成膜物质包括植物油和树脂。植物油一般指天然生物 的油酯，而树脂又分为天然树脂、人造树脂和合成树脂。现代涂料工 业是随高分子科学的发展而形成的。漆料采用高分子树脂后，涂料的 品种大幅度增加，而且赋予涂料各种优异的性能。
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Shear stress, shear rate, viscosity
Area (A)
Newton‘s Two-Plate Model
Force Distance (d) Velocity (F) / Area (v) (A)
τ(Pa) = shear stress (force / area )
D(1/s) = shear rate (velocity / distance
Yield Stress in Automotive Basecoat
Diagram
10
2
Pa 10
1
Yield Stress
10 τ 10
0
00-051-7E (Hexanol) τ Shear Stress
-1
10
-2
10 0.0001 0.001
-3
0.01
0.1
1
.
10
100
1/s
10,000
Outline of Lecture
• • • • • Introduction to rheology terminology Types of fluids Instrumentation available Testing methods Controlling rheology
Definition of terms
η = σ /γ
Definition of terms - Newtonion flow behavior Viscosity curve
η
viscosity curve
Viscosity
newtonian flow: η = const. η=
shear rate
D
Definition of terms - Pseudoplastic flow behavior Viscosity curve
Shear Viscosity Shear Thinning Thickening Viscosity
Shear Rate
Shear Thinning Fluids (Pseudoplastic):
Shear Rate
Shear Thickening Fluids:
- Viscosity increases with increasing load - Examples: wet sand, high concentration of starch
Shear Thinning of Automotive Waterborne Basecoat
Diagram
10
6
cP 10
5
10 η
4
00-051-7E (hexanol)
10
3
η
10
2
10 -3 10
1
10
-2
10
-1
10
0 .
10
1
10
2
10
3
1/s
10
4
Shear Rateγ
Flow Behavior: Yield Point τ
1000 100rerature
viscosity control by rheological additives sagging levelling consistency within container
production application Viscosity control by binders, pigments and solvents pumping spraying agitation
Shear Rate γ
Copyright (C) 1997 Physica Me echnik GmbH
Non-Newtonian, Time Dependent Behavior
Thixotropy A decrease in apparent viscosity with time under constant shear rate or shear stress, followed by a gradual recovery when the stress or shear rate is removed. Dilantancy ( Rheopexy) An increase in apparent viscosity with time under constant shear rate or shear stress, followed by a gradual recovery when the stress or shear rate is removed. Also called anti-thixotropy or negative thixotropy.
• Via Binders
– Acrylic Latices – Acrylic/PU Latices – Polyester-Melamines - Core/Shell Resins - Microgels
• Via Additives
– Organic Thickners - Watersoluble Acrylic Resins - Watersoluble PU Resins – Inorganic Thickners- Silicates
Stress
Toothpaste: the daily overcoming of yield stress
Yield Point
Shear Rate
• γ
Shear stress must surpass some critical value before flow occurs Example: toothpaste, ketchups, lipstick, butter, dispersion paint, house paint, inks Advantages: better sag resistance, better Al flake orientation, less surface defects Disadvantages: plugging lines and pumps
Significance of Shear Rate in Coatings Industry
Process Spraying Roll Coating Brushing Dip/Flow Coating Dispersing Mixing Pumping Leveling Sagging Pigment Settling
Viscosity Values
Examples of Viscosity Values: Material Air Water Olive Oil Honey Asphalt Glass Approximate Viscosity (cp) 10-2 1 10 104 1011 1015 (molten); >1040 (solid) 1 - 108
Newtonian Behavior
σ, Pa
γ ,1/s
η, Pa.s
γ ,1/s
automotive clearcoats, many resin solutions
• Examples: water, mineral oil, solvents, solvent-borne
Non Newtonian Behavior
• Via Pigments
What is Viscosity?
Viscosity is: “lack of slipperiness” synonymous with internal friction resistance to flow
The Units of Viscosity are: SI unit is the Pascal second (Pa s) cgs unit is the Poise Poise is < Pa s by a factor of 10 10 Poise =1 Pa s 1 cP (centipoise) = 1 mPa s (milli-pascal second)
0.1sedimentation 0.01 0
,001
0
,01
0
,1
1 Shear rate 10
γ
-1] 100 [s
1000
10000
100000
PPG Industries Lacke GmbH, Ingersheim Physical Analytical Support Elke Fischle