問(wèn)題Q

常用的標(biāo)準(zhǔn)型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，例如Brookfield系列，一般建議使用500mL或600mL燒杯裝樣，每次粘度測(cè)量所需的樣品不在少數(shù)。

但并非每個(gè)用戶都能有充裕的樣品用于日常測(cè)量。例如，實(shí)驗(yàn)室做樹脂樣品用戶的粘度測(cè)量，往往由于合成的樣品量太少了，使用標(biāo)準(zhǔn)型粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的樣品量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的要求，浸沒(méi)不到轉(zhuǎn)子的要求刻度（即便最小號(hào)轉(zhuǎn)子都達(dá)不到）。

前言：鑒于不少用戶對(duì)于不同粘度計(jì)之間的測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)存在一些疑惑。借此就不同型號(hào)粘度計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的比較說(shuō)明，希望對(duì)大家有所幫助。

粘度數(shù)據(jù)對(duì)比的前提

粘度計(jì)的粘度測(cè)量是一種相對(duì)測(cè)量。進(jìn)行同一個(gè)樣品的測(cè)量數(shù)據(jù)比較，需使用使用相同量程的粘度計(jì)機(jī)型（LV、RV、HA、HB等）以及相同的測(cè)量方法（包含轉(zhuǎn)子型號(hào)、轉(zhuǎn)速、測(cè)試溫度、讀數(shù)時(shí)間等）；否則，同一樣品的測(cè)試結(jié)果可能會(huì)有很大的差異。

那么，當(dāng)我們使用了不同機(jī)型的粘度計(jì)測(cè)量同一個(gè)樣品時(shí)，結(jié)果會(huì)如何？這些粘度數(shù)據(jù)之間還有比較的可能性么？

當(dāng)我們使用不同機(jī)型的粘度計(jì)測(cè)量同一個(gè)樣品時(shí)，所得到的測(cè)試數(shù)據(jù)能否對(duì)比取決于具體的粘度計(jì)機(jī)型差異。某些機(jī)型之間，如測(cè)量系統(tǒng)（轉(zhuǎn)子）形狀相同的量程為RV/HA/HB系列的標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)之間原則上可以進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的對(duì)比。而標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)本身的測(cè)量系統(tǒng)（轉(zhuǎn)子）形狀就不相同的LV機(jī)型和RV/HA/HB機(jī)型之間無(wú)法進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)對(duì)比。

基于以上前提，就不同機(jī)型粘度計(jì)的數(shù)據(jù)對(duì)比做一簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1 不同量程的標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)滿量程粘度值的計(jì)算公式：

FSR = TK * SMC *（100*100 / RPM）

注：TK為扭矩常數(shù)，SMC為轉(zhuǎn)子常數(shù)，RPM為轉(zhuǎn)速。

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

以RV和HB機(jī)型的標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)為例，由上式可得：相同的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速及溫度下，HB 機(jī)型粘度計(jì)的測(cè)試量程為RV 機(jī)型的 8 倍。

BROOKFIELD標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)得的粘度數(shù)據(jù)是樣品的相對(duì)粘度值，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速及溫度條件相同時(shí)，在儀器的量程范圍內(nèi)，RV機(jī)型與HB機(jī)型測(cè)得的數(shù)據(jù)是基本一致的。但是由于儀器自身的測(cè)量誤差= 當(dāng)前測(cè)試條件下的量程* 1%，因此HB機(jī)型測(cè)得數(shù)據(jù)的誤差是RV機(jī)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(jī)型粘度計(jì)轉(zhuǎn)速選80RPM以及相同轉(zhuǎn)子（相同溫度）下，為了RV機(jī)型粘度計(jì)實(shí)測(cè)的粘度值與HB的相符則可考慮采用10RPM的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)試。但實(shí)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(gè)儀器選定了理論上合適的扭矩常數(shù)（HB:RV=8:1）與轉(zhuǎn)速(HB:RV=8:1)，也無(wú)法確保就能獲得一致的粘度值?？紤]到不同機(jī)型粘度測(cè)量的相對(duì)獨(dú)立性和由樣品本身流變特性造成的測(cè)量數(shù)據(jù)不匹配性，為了獲得可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)，建議與需要做比對(duì)的參照方使用同樣的機(jī)型。

BROOKFIELD旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的有效使用量程為扭矩值的10% - 100%。因此，當(dāng)RV型轉(zhuǎn)子粘度計(jì)的測(cè)試扭矩達(dá)到80%-100%之間時(shí)，才可與HB機(jī)型對(duì)比；如若該樣品使用RV型測(cè)得的扭矩值低于80%時(shí)，也就意味著使用HB型粘度計(jì)時(shí)，扭矩值低于10%，此時(shí)HB型測(cè)得的粘度數(shù)據(jù)是無(wú)效的！

如若必須使用RV機(jī)型與HB機(jī)型在相同轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速和溫度的測(cè)試條件下進(jìn)行比較，原則上可通過(guò)同時(shí)調(diào)高2臺(tái)機(jī)型的轉(zhuǎn)速，或者更換尺寸更大的轉(zhuǎn)子，以使得RV機(jī)型的測(cè)試扭矩在80%-100%之間，以便2臺(tái)粘度計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)同時(shí)落在10%-100%的有效扭矩測(cè)試范圍內(nèi)。但由于兩者之間的交集太窄，實(shí)際測(cè)試中很多樣品可能經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)RV機(jī)型已超量程，而HB機(jī)型尚未達(dá)到有效讀數(shù)（扭矩百分比為10%以上）的情況。因此，實(shí)際當(dāng)中不同量程機(jī)型之間的數(shù)據(jù)對(duì)比基本上很難實(shí)現(xiàn)。

2 標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì) VS 錐板粘度計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)與錐板粘度計(jì)的轉(zhuǎn)子形狀不同，因此儀器內(nèi)部計(jì)算粘度值的公式完全不同，其測(cè)得的相對(duì)粘度值是不存在可比性的。但是從流變學(xué)的角度來(lái)看，由于JD粘度值 = 剪切應(yīng)力 / 剪切率，因此，當(dāng)樣品在相同的剪切速率及相同溫度的條件下，粘度計(jì)測(cè)得的粘度數(shù)據(jù)的變化關(guān)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(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀。

BROOKFIELD標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)的SSA附件（小量樣品適配器）及錐板粘度計(jì)仿效了BROOKFIELD旋轉(zhuǎn)流變儀的設(shè)計(jì)，其設(shè)定的轉(zhuǎn)速與流變學(xué)意義上的剪切率（Shear Rate）存在一定的換算關(guān)系：
 

轉(zhuǎn)子剪切率 = SRC（剪切常數(shù)）* RPM
 

由上式可得，當(dāng)RV機(jī)型標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)的SC4-14轉(zhuǎn)子（SRC=0.4）在100 RPM下時(shí)，對(duì)樣品的剪切率為 0.4 * 100 = 40 1/s （剪切率單位為1/s）。此時(shí)，如若希望CAP2000+型錐板粘度計(jì)的CAP-05號(hào)轉(zhuǎn)子（SRC=3.3）得到相同的剪切率，則其轉(zhuǎn)速應(yīng)設(shè)為 40 / 3.3 = 12 RPM。
 

實(shí)際測(cè)試中，盡管我們可以設(shè)定相同的剪切率與測(cè)試溫度，但是由于粘度測(cè)量的三個(gè)根本變量（JD粘度值 / 剪切應(yīng)力 / 剪切率）中我們的粘度計(jì)僅能精確得到一個(gè)剪切率變量，因此不同機(jī)型/不同測(cè)量體系下測(cè)得的JD粘度值也會(huì)存在一定的差異。

由此，我們應(yīng)該是更多地（實(shí)際上也只能）考慮不同機(jī)型/不同測(cè)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(shì)關(guān)聯(lián)性，而不要糾結(jié)于實(shí)測(cè)的粘度值是否相近或者相同。就實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而言，我們需要花費(fèi)很大的精力去做不同型號(hào)粘度計(jì)所測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的統(tǒng)計(jì)分析，但ZZ卻往往發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)并沒(méi)有好的比對(duì)關(guān)聯(lián)性，因此我們強(qiáng)烈不建議在不同粘度計(jì)機(jī)型/不同測(cè)量系統(tǒng)中來(lái)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)的比對(duì)。

旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)無(wú)論是何種機(jī)型，在測(cè)量范圍上都有比較大的局限性，常常需要更換轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)大范圍的測(cè)量，一是操作不方便，二則是要進(jìn)行數(shù)據(jù)比較時(shí)，由于測(cè)量條件的改變使得剪切率條件也隨之改變了，所以無(wú)法進(jìn)行有效比較。因此對(duì)非牛頓流體而言，要想全面且方便地進(jìn)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(zhuǎn)流變儀！