优化粘度测试方案

智能文字提取功能测试中

BROOKFIELD CHINA REPRESENTATIVEGuangzhou：020-37600995，37600548； guangzhou@brookfield.com.cn博勒飞Shanghai： 021-62575091， 62572166； shanghai@brookfield.com.cnBeijing： 010-84284842， 84284943； beijing@brookfield.com.cn 优化粘度测试，以获得最佳结果 R&D 有责任开发测试方法，以确保材料能够符合生产条件。粘度是流动行为的物理性质，是流动阻力的量化测量。这对于液体似乎很平常，但对于半固态材料，如人造黄油、黄油、果酱等，用“延展性”形容似乎更合适。观察和量化材料形变过程中形状改变的方式是粘度测量的一部分。当评估这些“稠”的、不易流动的材料，该选用何种类型的仪器呢? 转速下测得的阻力反映为扭矩值，通过数学计算得到单位为“厘泊”的值。测试得到的结果图类似于图1仪器上显示的曲线图。Y轴的粘度值 vs. X 轴的转速。 非牛顿流体材料通常表现为粘度随着转速的增大而降低。 这种类型的流动行为被称为“假塑性”或“剪切变稀” 不流动材料在测试粘度时面临着更大挑战，这是因为转子在旋转的位置会形成空洞。 一旦材料远离转子，材料不能及时恢复，就会在转子附近产生空隙。此时粘度值会迅速下降，无法记录准确的数据。选择一个不同形状的转子可以解决这个问题。 图2中仪器所用的桨式转子有几个优点：桨式转子可以直接插入样品，却不破坏样品的结构；转子桨叶之间的样品是新鲜的，可以无预剪切历史而直接进行测试。 图2 Brookfield RS软固体测试仪使用桨式转子测量不流动物料 图2展示的仪器为控制应力流变仪。这款仪器有两种模式可以选择：以指定扭矩运行转子，或以指定速度运行转子。前者用于确定开始流动的力，后者可以表征开始流动的力和流动开始后运动的粘度或阻力。使用后一种方法在用于监测产品的快速测试中可以提供两部分比较数据。 控制低转速，如0.5rpm 进行测试， 图3在0.5rpm， 用桨式转子测两种黄油得到的剪切率-时间图 随着旋转开始转子受到的阻力增大。记录的应力会达到一个峰值，被称为“屈服应力”，表示材料流动行为的开始。图3展示了传统黄油和易涂抹型黄油的屈服应力测试曲线图。因为转子在相同速率下旋转受到不同的阻力，所以流动开始后曲线的斜率可以表示样品各自的粘度。 相同的测试可以用于比较黄油和人造黄油的延展性。图4用同样的方法测试三种不同产品。黄油的行为表现为在屈服应力点附近为渐进式的变化，而人造黄油 Beijing：010-84284842， 84284943； beijing@brookfield.com.cn 图4剪切率-时间图：比较黄油和人造黄油的延展性 在开始流动后应力值急剧下降。这反映了人造黄油的结构更脆弱，一旦开始流动，人造黄油的涂抹阻力更小。1号黄油比2号黄油的屈服应力和粘度值高，表示其品牌可能更优。 如果使用流变仪的控制扭矩模式，并保持一个接近材料屈服应力的恒定值，可以测试材料的蠕变行为。有这种特性的材料(例如果酱和糖衣)要在恒定负荷(如重力)下保持它们的形状。当材料的外观对用户有影响时，此类测试是很重要。另一个例子是需要保持作为糕点填料的果酱和糖衣的结构完整性，以便不发生渗出的情况。所有情况下，保持形状都是材料需要的特性。 进行此类测试的另一种方法是使用图5所示的质构仪。仪器驱动探头以指定的穿透速率刺入样品。延展性的测量可以使用图6的夹具配合锥形探头以1mm/sec 的速率进入测试材料的容器来完成。仪器根据时间和位移，以力值的形式记录穿透阻力，单位为克。探头刺入样品的距离由用户决定。 这种测试方法有几个优点： 1) 如果需要，样品可以放置于原始包装或容器； 2测试前，材料无破坏；3穿刺或挤出样品的消耗可量化； 4) 移开探头可以测量材料的粘性特性，即探头收回时材料对探头的粘滞力。 图7展示了一个典型的黄油和人造黄油延展性测试数据图。峰值表示样品的硬度。上升到峰值的曲线斜率为一个“刚性”测量，并且会随着探头穿透的速度调整而发生变化。上升到峰值的曲线下方区域是测 图5 CT3质分分析仪用圆柱形探 头测量明胶样品 图6CT3质构分析仪延展性测试使用的探头及夹具 Beijing： 010-84284842， 84284943； beijing@brookfield.com.cn 量穿透样品所做的功。比较郊试结果，可以看出人造黄油比黄油更软。 图7表示黄油和人造黄油延展性的作用力-距离图 测量高度粘稠、不流动的物料有两种可选用的方法：带(锥)桨式转子的流变仪和带锥形探头的质构分析仪，哪个更好?在两种方法都可接受、易执行，且准备和清洁过程相似的情况下，两种测试的数据都是有效的，可以测量硬度、坚固性和延展性。质构分析仪可计算所做的功提供额外的信息。任一方法都可以用于比较重现性，通过测试问题物料是最好的证实。 实验室管理者的投入主要在设备的购置和人员的培训。两种仪器都已经问世并应用于通用工业多年。R&D 可以配合软件进行初始材料的表征， QC实验室可以进行仪器单机操作，并可以分别报告物料的屈服应力或硬度。 当实验室有足够的资源，您就可以发现测试方法类似于以上两种仪器。也许现在是时候应用这些测试技术，改善您的“软固体”产品的 QC 测试了。 ( 美国 BROOKFIELD 公司中国代表处 博勒飞粘度计质构仪技术服务有限公司 )