黏度计与流变仪：原来我需要的是它？

黏度计与流变仪有什么区别？

图1：测试过程中的剪切速率范围

    以上所有均可用流变仪模拟；

图中画框部分显示的是黏度计

所能达到的较窄的剪切速率范围

流变仪:

用于精确测量的精密技术

黏度计可以对牛顿材料(黏度与剪切速率无关的材料)进行简单测量，而流变仪可以对牛顿和非牛顿材料的流动与变形进行深入分析。黏度计和流变仪性能差异显著的主要原因在于仪器的机械结构。在操作上，黏度计使用机械轴承，这限制了仪器速度和扭矩能力，因此只能在非常狭窄的范围内测量材料。相比之下，流变仪使用电机和低摩擦轴承，可提供的形变控制与扭矩灵敏度。例如，Discovery HR混合型流变仪使用磁悬浮轴承，进一步减少摩擦，提高了低扭矩测量灵敏度。这样，即使在非常低的剪切力条件下，例如涂料涂抹后的流平或悬浮液中的沉淀，也能进行精确的流动性行为测量。

流变仪测量的不仅仅是黏度。虽然流变仪测量的是黏度(材料的流动方式)，但它同时可以测黏弹性，这是乳液、分散体、聚合物、凝胶、糊状物等复杂流体的一个关键属性，但却经常被忽视。黏弹性数据说明在材料结构被破坏或造成不可恢复的损害之前，材料可以发生多大的变形、弯曲或回弹。

流变仪对哪些材料有优势？

测量液体时，一个关键的考虑因素是，液体是牛顿流体还是非牛顿流体。

牛顿流体具有恒定的黏度，与施加的剪切速率无关，例如水和蜂蜜。在不同的剪切速率下测量黏度，可以外推出高剪切速率或低剪切速率下的黏度，在这种情况下，黏度计不太可能会提供所需的结果。

非牛顿流体的黏度变化取决于所施加的剪切速率：如果不说明剪切速率，就无法准确描述非牛顿流体的黏度。大多数人造材料都是非牛顿流体，包括化妆品、药物配方、涂料、润滑剂与食品。事实上，它们的非牛顿特性是一种理想特性。例如，乳液和膏霜在分配或涂抹时，会随着移动速度的加快而降低黏度(剪切稀化行为)，这意味着它们流动性好，可以加工，不过，它们在低流速下的高黏度有助于提高其稳定性。剪切稀化行为是一件好事，这意味着材料在静止时不会移动，当我们希望或需要它们移动时，它们就会很容易移动。

流变仪应用案例：

化妆品膏剂

面霜、防晒霜、睫毛膏或洗发水等化妆品都是放在架子上的罐子里，每天只使用一到两次。从流变学的角度来看，这些材料大部分时间都处于“静止”状态，因为没有施加外力或剪切力，如图2所示。当施加剪切力时，无论是通过运输过程中的搅拌、工厂中的加工，还是消费者施加的剪切力，样品都会开始移动，黏度也会发生变化。

不同的剪切速率导致的不同黏度值会对产品产生很大影响：

图2：面霜的数据显示了

黏度受剪切速率的影响

流变仪能识别其所有行为，而黏度计

只能显示中心部分

流变仪应用案例：

优化用于高速涂布的液体乳液黏合剂

在另一个例子中，我们使用TA仪器的流变仪，调查了一款液体乳液黏合剂配方(设计用于高速涂层)与竞争对手相比性能明显不足的原因。这种性能不足导致了金属基材出现空洞，增加了黏合剂失效的可能(如图3a)。

虽然黏度计能够显示出样品之间的黏度差异，但却无法获得高剪切率和低剪切率数据。只有在使用流变仪后，才发现竞争产品的零剪切黏度高出测试产品配方8倍。这就是关键所在：更高的零剪切黏度，使竞争产品在沉积后不会流动，而是保持在原位。

图3：(a) 图为

配方1和竞争产品之间的行为差异；

(b) 图为竞争产品、配方1和配方2的

剪切速率与黏度数据

流动模式下的其他流变功能

除了流变仪在获得各种剪切速率方面的明显优势外，用户还可以使用加热或冷却的帕尔帖板系统，在各种温度(-40℃至200℃)范围内精确测量黏度。而黏度计则很难做到这一点，因为需要大量样品，而且很可能出现加热不均匀的情况。

在一定温度范围内，对于油、塑料、树脂或润滑脂等材料，研究黏度的能力至关重要，因为它可以模拟工业高温环境下的行为，或呈现出材料的玻璃化转变。特别值得一提的是，Discovery HR系列混合型流变仪采用了Smart Swarp™技术，可以方便地使用一系列条件和附件来模拟样品的使用条件。

Discovery HR混合型流变仪

面向实验室的功能强大的流变仪

Discovery HR系列混合型流变仪是TA仪器的明星产品之一，具有高灵敏度、简单易用、功能多样等特点，可满足严苛的应用需求，且不需要用户接受大量培训即可熟练操作。

Discovery Core流变仪

集合广泛测量与简化操作的经济型流变仪

Discovery Core流变仪是目前业内将广泛的黏度和黏弹性测量与简化的易用性相结合的系统。全新的RheoGuide™用户界面可直接通过触摸屏进行完整操作，每一步均附有指示、说明和验证。无论您是流变学新手，还是要升级质量控制测试或扩展能力以满足不断增长的需求，Discovery Core流变仪均可帮助您的实验室深入了解材料的行为并实现您的目标。