流變學(xué)是研究材料行為的科學(xué)。無(wú)論產(chǎn)品是液體、奶油、糊狀物還是粉末，制造業(yè)通過(guò)多個(gè)加工階段轉(zhuǎn)移原材料，創(chuàng)造出“成品”。泵送、混合、轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存和將產(chǎn)品成功裝入集裝箱都需要了解他們的屬性，需要研發(fā)人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧髯儗W(xué)分析，以確保每一步的穩(wěn)定性和穩(wěn)定性這兩個(gè)目標(biāo)。

?

?

圖1:博勒飛RST受控應(yīng)力錐板流變儀

?

“固體流變儀”是一種用于評(píng)價(jià)液體和固體流變儀的新產(chǎn)品！在質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室里，粘度計(jì)進(jìn)行產(chǎn)品符合規(guī)格的確定測(cè)量。錐形/平板流變儀示例如圖1所示。它能夠在連續(xù)較大的剪切應(yīng)力和/或剪切力范圍內(nèi)剪切材料費(fèi)率。因?yàn)樗梢蕴幚碓S多類型的材料，從稀薄的液體（眼睛溶液）到半固體（摩擦軟膏），這是一個(gè)更昂貴的投資。然而流變儀可以進(jìn)行一系列更全面的測(cè)試，從材料靜止時(shí)的粘彈性變形和屈服應(yīng)力測(cè)量開(kāi)始，直到達(dá)到全粘度！具有觸變性計(jì)算的ow曲線（剪切的時(shí)間敏感性），當(dāng)材料運(yùn)動(dòng)時(shí)恢復(fù)和蠕變（低力！ow行為），因此該儀器的多功能性使其成為研發(fā)的必備設(shè)備。

?

?

圖2:博勒飛DV2T控制速率粘度計(jì)，帶小樣品適配器

?

幸運(yùn)的是這些流變儀在最近幾年變得不那么昂貴，并且在獨(dú)立模式下或在PC控制下易于使用，使它們成為質(zhì)量控制和制造的潛在儀器。關(guān)鍵點(diǎn)在于讓它們?cè)诜泵Φ沫h(huán)境中經(jīng)久耐用，而且在多個(gè)操作員使用同一儀器的情況下，它們實(shí)際上可以在生產(chǎn)車間生存下來(lái)。如圖2所示，一個(gè)流行的、易于定制的粘度計(jì)只在受控速率模式下運(yùn)行（您可以設(shè)定主軸的轉(zhuǎn)速，儀器測(cè)量材料的粘度）。這種測(cè)量稱為單點(diǎn)粘度測(cè)試。它提供的關(guān)于整體的信息相對(duì)較少！樣品在測(cè)試中的行為如何，但研發(fā)人員可能已經(jīng)做了大量的表征工作，知道這一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)將檢測(cè)出大多數(shù)問(wèn)題批次的材料。因此，關(guān)于這種儀器可以提供的附加信息，比如粘度，還有很多要討論的！曲線（粘度如何隨不同的剪切速率變化）、剪切的時(shí)間敏感性（觸變性）或溫度變化（粘度在不同的氣候下如何變化）。

?

誰(shuí)來(lái)決定選擇哪種工具？研發(fā)人員知道這一點(diǎn)，制造業(yè)和質(zhì)量控制部門都希望使用簡(jiǎn)單、快速運(yùn)行測(cè)試、快速清潔和可定制功能。事實(shí)上，無(wú)論是現(xiàn)在的流變儀還是粘度計(jì)都能勝任這項(xiàng)工作。所以這實(shí)際上是一個(gè)偏好和預(yù)算的問(wèn)題。越來(lái)越重要的一個(gè)考慮因素是耐久性。結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固的儀器需要更少的服務(wù)，更少的校準(zhǔn)檢查，并且提供更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。

?

?

?

圖3：受控應(yīng)力試驗(yàn)提供了開(kāi)始流動(dòng)的屈服應(yīng)力值

?

制造中的材料類型可以在流變儀和粘度計(jì)之間起決定作用。粘性材料如厚軟膏，是控制應(yīng)力流變儀測(cè)試的良好候選材料。受控應(yīng)力模式可以直接測(cè)量屈服應(yīng)力，即啟動(dòng)材料移動(dòng)所需的力。（見(jiàn)圖3）該測(cè)量值可等同于在生產(chǎn)過(guò)程中驅(qū)動(dòng)混合泵的電機(jī)的啟動(dòng)扭矩！最終用戶將產(chǎn)品從試管中取出所施加的擠壓力。因此，對(duì)于粘性更大的產(chǎn)品，流變儀可能會(huì)在額外測(cè)量方面發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，這可能會(huì)證明是有用的。

?

?

圖4：流動(dòng)曲線顯示了粘度與剪切速率的關(guān)系

?

受控速率測(cè)量生成“粘度-流量曲線”信息，該信息表征了材料對(duì)?。ㄒ?jiàn)圖4）對(duì)于大多數(shù)液體和半固體，粘度隨著剪切速率的增加而降低。目的是確定這種阻力在“變化率”方面有多重要！（“假塑性”是用來(lái)描述這種類型的！如果這是我們最感興趣的特性，那么粘度計(jì)就可以起作用了。然而，儀器的操作機(jī)制使人們發(fā)現(xiàn)流變儀可以在更快的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試。

?

如本文前面所述，通常選擇粘度-流量曲線上的一個(gè)值作為控制點(diǎn)，供QC在對(duì)生產(chǎn)批次的材料進(jìn)行測(cè)量時(shí)使用。粘度計(jì)用于這一單一目的，因此可能獲得錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，即它們不能做更多的事情。一般來(lái)說(shuō)粘度計(jì)是多速儀器，可以輕松測(cè)量圖4中流量曲線上的許多點(diǎn)。因此，問(wèn)題是是否要利用這種能力，并至少選擇一個(gè)額外的參考點(diǎn)來(lái)進(jìn)行良好的測(cè)量。對(duì)于高度剪切稀釋的藥品，如醫(yī)用軟膏，這可能值得考慮。在選擇兩個(gè)獨(dú)立剪切速率下的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，這種方法將證明！生產(chǎn)和最終用戶都可以接受ow行為。

?

使用粘度計(jì)研究材料的剪切減薄行為有一種成熟的方法。根據(jù)材料厚度，選擇相隔十年的兩種速度，可能是1和10rpm或10和100rpm。通過(guò)計(jì)算前者與后者的比率，比較每種速度下記錄的粘度值。由于在較低轉(zhuǎn)速下測(cè)得的粘度幾乎總是高于第二粘度值，因此該比值產(chǎn)生大于1.0的數(shù)值。這個(gè)比率被稱為“Thix指數(shù)”或“TI”。

?

制造業(yè)有充分的理由考慮綜合粘度數(shù)據(jù)給運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的附加值。有一個(gè)數(shù)字制造過(guò)程中發(fā)生的不同剪切速率。知道粘度數(shù)據(jù)在已建立的范圍內(nèi)可接受！保證過(guò)程操作將順利進(jìn)行?？此粕?yuàn)W的“流變學(xué)”與制造業(yè)的成功有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。一個(gè)重要的考慮是在線過(guò)程粘度計(jì)在制造中的使用。一旦獲得了材料變化的粘度數(shù)據(jù)在整個(gè)制造過(guò)程中，選擇一個(gè)控制點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)和控制粘度成為可能。雖然過(guò)程粘度計(jì)已經(jīng)有很多年了，但生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)部門一般都沒(méi)有意識(shí)到它們的潛力。產(chǎn)品的一致性是目標(biāo)。需要返工的產(chǎn)品減少浪費(fèi)。這是粘度計(jì)制造商可以提供幫助，以確定在線儀器安裝的適當(dāng)位置。

?

總而言之，制造業(yè)在使用流變學(xué)來(lái)改善操作方面有一些收獲。研發(fā)和質(zhì)量控制可以成為幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的合作伙伴。底線是生產(chǎn)一致的產(chǎn)品，同時(shí)提高可加工性，同時(shí)滿足客戶的期望。