問題Q

常用的標準型旋轉粘度計，例如Brookfield系列，一般建議使用500mL或600mL燒杯裝樣，每次粘度測量所需的樣品不在少數(shù)。

但并非每個用戶都能有充裕的樣品用于日常測量。例如，實驗室做樹脂樣品用戶的粘度測量，往往由于合成的樣品量太少了，使用標準型粘度計進行測量時的樣品量達不到標準型旋轉粘度計的要求，浸沒不到轉子的要求刻度（即便最小號轉子都達不到）。

前言：鑒于不少用戶對于不同粘度計之間的測試數(shù)據(jù)比對存在一些疑惑。借此就不同型號粘度計的測試數(shù)據(jù)進行一個簡要的比較說明，希望對大家有所幫助。

粘度數(shù)據(jù)對比的前提

粘度計的粘度測量是一種相對測量。進行同一個樣品的測量數(shù)據(jù)比較，需使用使用相同量程的粘度計機型（LV、RV、HA、HB等）以及相同的測量方法（包含轉子型號、轉速、測試溫度、讀數(shù)時間等）；否則，同一樣品的測試結果可能會有很大的差異。

那么，當我們使用了不同機型的粘度計測量同一個樣品時，結果會如何？這些粘度數(shù)據(jù)之間還有比較的可能性么？

當我們使用不同機型的粘度計測量同一個樣品時，所得到的測試數(shù)據(jù)能否對比取決于具體的粘度計機型差異。某些機型之間，如測量系統(tǒng)（轉子）形狀相同的量程為RV/HA/HB系列的標準粘度計之間原則上可以進行部分數(shù)據(jù)的對比。而標準粘度計本身的測量系統(tǒng)（轉子）形狀就不相同的LV機型和RV/HA/HB機型之間無法進行有效的數(shù)據(jù)對比。

基于以上前提，就不同機型粘度計的數(shù)據(jù)對比做一簡要說明。

1 不同量程的標準粘度計

標準粘度計滿量程粘度值的計算公式：

FSR = TK * SMC *（100*100 / RPM）

注：TK為扭矩常數(shù)，SMC為轉子常數(shù)，RPM為轉速。

各量程機型的TK值如下：
LV 型 = 0.09373
RV 型 = 1
HA 型 = 2
HB 型 = 8

以RV和HB機型的標準粘度計為例，由上式可得：相同的轉子、轉速及溫度下，HB 機型粘度計的測試量程為RV 機型的 8 倍。

BROOKFIELD標準旋轉粘度計測得的粘度數(shù)據(jù)是樣品的相對粘度值，因此，當轉子、轉速及溫度條件相同時，在儀器的量程范圍內，RV機型與HB機型測得的數(shù)據(jù)是基本一致的。但是由于儀器自身的測量誤差= 當前測試條件下的量程* 1%，因此HB機型測得數(shù)據(jù)的誤差是RV機型的8倍。

如樣品為單純的牛頓流體（樣品粘度不隨剪切率的改變而變化），在HB機型粘度計轉速選80RPM以及相同轉子（相同溫度）下，為了RV機型粘度計實測的粘度值與HB的相符則可考慮采用10RPM的轉速進行測試。但實際樣品基本都是非牛頓流體（同一樣品，粘度隨剪切率的改變而變化），因此即使兩個儀器選定了理論上合適的扭矩常數(shù)（HB:RV=8:1）與轉速(HB:RV=8:1)，也無法確保就能獲得一致的粘度值。考慮到不同機型粘度測量的相對獨立性和由樣品本身流變特性造成的測量數(shù)據(jù)不匹配性，為了獲得可靠的測試數(shù)據(jù)比對，建議與需要做比對的參照方使用同樣的機型。

BROOKFIELD旋轉粘度計的有效使用量程為扭矩值的10% - 100%。因此，當RV型轉子粘度計的測試扭矩達到80%-100%之間時，才可與HB機型對比；如若該樣品使用RV型測得的扭矩值低于80%時，也就意味著使用HB型粘度計時，扭矩值低于10%，此時HB型測得的粘度數(shù)據(jù)是無效的！

如若必須使用RV機型與HB機型在相同轉子、轉速和溫度的測試條件下進行比較，原則上可通過同時調高2臺機型的轉速，或者更換尺寸更大的轉子，以使得RV機型的測試扭矩在80%-100%之間，以便2臺粘度計的測試數(shù)據(jù)同時落在10%-100%的有效扭矩測試范圍內。但由于兩者之間的交集太窄，實際測試中很多樣品可能經(jīng)常會出現(xiàn)RV機型已超量程，而HB機型尚未達到有效讀數(shù)（扭矩百分比為10%以上）的情況。因此，實際當中不同量程機型之間的數(shù)據(jù)對比基本上很難實現(xiàn)。

2 標準粘度計 VS 錐板粘度計

標準粘度計與錐板粘度計的轉子形狀不同，因此儀器內部計算粘度值的公式完全不同，其測得的相對粘度值是不存在可比性的。但是從流變學的角度來看，由于JD粘度值 = 剪切應力 / 剪切率，因此，當樣品在相同的剪切速率及相同溫度的條件下，粘度計測得的粘度數(shù)據(jù)的變化關聯(lián)是有一定可比性的，但是如若需要得到精確的JD粘度值，則必須使用高級旋轉流變儀。

BROOKFIELD標準粘度計的SSA附件（小量樣品適配器）及錐板粘度計仿效了BROOKFIELD旋轉流變儀的設計，其設定的轉速與流變學意義上的剪切率（Shear Rate）存在一定的換算關系：
 

轉子剪切率 = SRC（剪切常數(shù)）* RPM
 

由上式可得，當RV機型標準粘度計的SC4-14轉子（SRC=0.4）在100 RPM下時，對樣品的剪切率為 0.4 * 100 = 40 1/s （剪切率單位為1/s）。此時，如若希望CAP2000+型錐板粘度計的CAP-05號轉子（SRC=3.3）得到相同的剪切率，則其轉速應設為 40 / 3.3 = 12 RPM。
 

實際測試中，盡管我們可以設定相同的剪切率與測試溫度，但是由于粘度測量的三個根本變量（JD粘度值 / 剪切應力 / 剪切率）中我們的粘度計僅能精確得到一個剪切率變量，因此不同機型/不同測量體系下測得的JD粘度值也會存在一定的差異。

由此，我們應該是更多地（實際上也只能）考慮不同機型/不同測量系統(tǒng)在相同剪切率（相同溫度）下同一樣品粘度可能存在的變化趨勢關聯(lián)性，而不要糾結于實測的粘度值是否相近或者相同。就實際經(jīng)驗而言，我們需要花費很大的精力去做不同型號粘度計所測數(shù)據(jù)關聯(lián)性的統(tǒng)計分析，但ZZ卻往往發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)并沒有好的比對關聯(lián)性，因此我們強烈不建議在不同粘度計機型/不同測量系統(tǒng)中來進行測試數(shù)據(jù)的比對。

旋轉粘度計無論是何種機型，在測量范圍上都有比較大的局限性，常常需要更換轉子或轉速來實現(xiàn)大范圍的測量，一是操作不方便，二則是要進行數(shù)據(jù)比較時，由于測量條件的改變使得剪切率條件也隨之改變了，所以無法進行有效比較。因此對非牛頓流體而言，要想全面且方便地進行數(shù)據(jù)比較，得到精確的JD粘度值和流變曲線，推薦使用RST系列旋轉流變儀！