铸造涂料流变性能的简易测定方法研究

陈学更，何 龙，韩 文，朱劲松 （宁夏共享化工有限公司，宁夏银川 750021）

测试分析

铸造涂料流变性能的简易测定方法研究

陈学更，何 龙，韩 文，朱劲松 （宁夏共享化工有限公司，宁夏银川 750021）

研究了一种测定铸造涂料流变性能参数的简易方法，并推导出了触变率和屈服值的计算公式。该法具有简单易行、重复性好的特点。

流变性能；触变率；流变曲线；剪切稀释；屈服值

0 引言

流变性能是铸造涂料的重要性能之一，它影响到涂料的诸多性能。尤为重要的是，铸造涂料流变性能的优劣将直接影响到涂料的施工性能，如刷涂性能和涂层表面光洁度、厚度、均匀性等。涂膜弊病（如涂料在流涂过程中产生的流痕、堆积、涂层上薄下厚、波纹痕等）与涂料的流变性能有直接关系。但是在铸造涂料的研发、生产或现场应用中，流变性能往往被忽略。首先是因为相关从业人员没有从技术上认识到涂料流变性能的重要性和复杂性，而仅考虑到一些单一的指标，比如仅仅笼统地考虑刷涂性，而忽视了其它关联密切的因素；其次，由于流变性能的复杂性，导致涂料的流变性能难以检测和量化［1］。

针对上述问题，本研究从铸造涂料研发与应用的实际出发，通过试验分析，找出一种相对简单的量化检测铸造涂料流变性能的试验方法。

1 试验部分

1.1 原材料与仪器

M45莫来石（325目，Al2O3含量42%），偃师市光明高科耐火材料有限公司；软水，自制；BP17 PVA，台湾长春化工有限公司；AFZ 701A凹凸棒土（400目），安徽明美矿物有限公司；CX-470聚醚有机硅消泡剂，广州冠志新材料科技有限公司；D-03防腐剂，广州东歌化工科技有限公司；Silok-2238有机硅表面活性剂，广州市斯洛柯化学有限公司。

实验室分散砂磨机，上海众石机械有限公司；NDJ-5s旋转黏度计，上海维菱科学仪器有限公司。

1.2 涂料制备

由于水基涂料相比醇基涂料的剪切速率下降慢，恢复亦慢，故选取水基涂料作为流变性能测量的研究对象。涂料配方见表1。

表1 铸造涂料配方Table 1 Formulation of foundry coatings

涂料制备：先将PVA用热水溶解，待用，向不锈钢分散罐中添加软水，开启分散机，然后加入凹凸棒土和纤维素增稠剂，分散均匀后添加PVA预处理溶液、有机硅表面活性剂、聚醚有机硅消泡剂、防腐剂，分散一定时间后，加入莫来石，再分散一定时间后出料。

1.3 黏度检测

将制得的涂料用水稀释至70波美度，用分散机在1 000 r/min下将涂料充分搅拌均匀，放置于旋转黏度计下，静置10 min，采用3#转子依次测定转速为6 r/min、12 r/min、30 r/min、60 r/min、30 r/min、 12 r/min、6 r/min下的涂料黏度。为保证黏度值的稳定可靠，读取黏度计自显示时起30 s时的数值作为涂料的表观黏度［2-4］。

2 结果与讨论

2.1 剪切应力数据的收集

剪切速率（D）=π×转速/15，根据此公式计算出对应转速下的剪切速率，结果见表2。剪切应力（τ）= D×黏度（η），根据此公式及测量的表观黏度值，计算出不同转速及不同表观黏度下涂料的剪切应力。

表2 剪切速率与转速的关系Table 2 The relationship between shear rate and rotating speed

2.2 涂料触变曲线及触变性能的定量分析

铸造涂料属于触变性流体，具有假塑性。根据剪切速率及涂料的表观黏度，可以作出铸造涂料的剪切稀释曲线。理想的剪切稀释曲线如图1所示。由图1可见：随着剪切速率的增大，涂料的黏度呈下降趋势，并且涂料的恢复曲线位于剪切稀释曲线下方。

图1 铸造涂料的剪切稀释曲线Figure 1 Shear-dilution curve of foundry coatings

根据剪切速率和剪切应力值，可作出涂料的流变曲线。理想的铸造涂料流变曲线如图2所示。剪切曲线和恢复曲线所围成的面积（即触变环），可用来表征涂料的触变性。通过计算触变环面积的大小，可以对涂料的触变性作出量化检测。

图2 铸造涂料的流变曲线Figure 2 The rheological characteristic curve of foundry coatings

从图2中能直观地看出，触变环面积由A、B和C 3块组成，A和B均可近似视为一个梯形，C可以近似视为三角形。

从式（1）可以看出，只要测得各个剪切速率下的表观黏度（包括稀释黏度和恢复黏度），就可以计算出涂料的触变率大小，从而用一种简单的方法实现铸造涂料触变性的测定。

2.3 铸造涂料屈服值的定量分析

在铸造涂料的流变曲线上，连接上行曲线上以6 r/min和60 r/min速率剪切稀释时的两个坐标点，交y轴于N点，N点对应的数值即为涂料的屈服值，如图3所示。对于屈服值的解释是：当施加在涂料上的剪切应力低于涂料的屈服值时，涂料不发生变形和流动；只有剪切应力值大于涂料的屈服值时，涂料才能流动。屈服值在一定程度上反映出涂料抗重力流淌的性能。

根据直线方程，y=kx+b；

由式（2）可以看出，只要测得涂料在6 r/min和60 r/min下的表观黏度，就可以计算出涂料屈服值的大小，从而用一种简单的方法实现了铸造涂料屈服值的测定。

图3 铸造涂料屈服值示意图Figure 3 Schematic diagram of the yield value of foundry coatings

2.4 涂料流变性能测定方法验证

将测试样品稀释至70波美度，采用3#转子，充分静置后，依次测定转速为6 r/min、12 r/min、30 r/min、60 r/min、30 r/min、12 r/min、6 r/min下的涂料黏度，并按式（1）和式（2）计算出涂料的触变率和屈服值。重复测量8次，结果见表3。

由表3可见：重复测定得出的触变率和屈服值比较接近，表明该测定方法对铸造涂料流变性能参数的测定简单有效，测定结果具有较好的重复性和再现性。

表3 铸造涂料流变性能检测验证结果Table 3 Validation results of rheological properties test of foundry coatings

3 结语

采用简单的实验室黏度计，通过依次设定转速，测定铸造涂料在不同转速下的表观黏度，通过流变曲线和流变学相关知识推导出涂料的触变率和屈服值计算公式，能够简单有效地测定出铸造涂料的流变性能参数，测定结果具有较好的重复性和再现性。

1 王慕荣，方根录，徐斌红，等.砂型涂料的流变特性及触变性的研究［J］. 铸造，1983（2）：6.

2 Nwaogu U C，Tiedje N S. Foundry Coating Technology：a Review［J］. Materials Sciences and Applications，2011，2（8）：1 143.

3 Bakhtiyarov S I，Overfelt R A. Rheology of Refractory Coating Materials Used in Lost Foam Casting Process［J］. Journal of Elastomers and Plastics，2000，32（1）：73-85.

4 Fernando R H，Xing L L，Glass J E. Rheology Parameters Controlling Spray Stomization and Roll Misting Behavior of Waterborne Coatings［J］. Progress in Organic Coatings，2000，40（1）：35-38.

Study on Simple Measurement Method for Rheological Properties of Foundry Coatings

Chen Xuegeng，He Long，Han Wen，Zhu Jinsong
（Ningxia Kocel Chemicals Co.，Ltd.，Yinchuan Ningxia，750021，China）

A simple method for measurement of rheological properties parameters of foundry coatings was studied，and the calculating formula of the thixotropic rate and the yield value was deduced. The method was simple and easy to operate and has good repeatability.

rheological property；thixotropic rate；rheological characteristic curve；shear dilution；yield value

TQ 630.7+2

A

1009-1696（2017）03-0051-04

2016-11-20

陈学更（1988—），男，助理工程师，主要从事铸造涂料相关的研发工作。