用流变仪替换粘度计的五个原因

你的粘度计接近它的寿命吗？你觉得你的试验和错误'流变学方法的配方变得过时了吗？您是否存在长期存在的产品性能问题，而您认为流变学可能会得到答案？

如果对这些问题的答案都是肯定的，那么用户可能需要评估现代流变仪对低成本粘度计的能力。

流变仪的设计和功能在过去十年中取得了显着进步。现代仪器具有广泛的测试功能，包含在软件中，使新手用户可以访问它们。这些系统促进了流变学的工业应用，并提供了比粘度计，从研究开发，配方到生产所能获得的更多成本效益。本文讨论了流变仪进行的前五项测量，使其优于粘度计。

更广泛的测量范围 - 扩展您的粘度流量曲线

更宽的测量范围使得通过将样品暴露于与产品制造或使用期间所应用的条件类似的条件来获得相关数据。对于许多工业产品，粘度是关键性能定义参数。

牛顿流体的粘度与施加的剪切速率无关，例如水。相反，非牛顿材料在较高剪切速率下表现出较低的粘度（剪切稀化），或者较少通常表现出随施加剪切速率（剪切增稠）的粘度增加。在常规应用的条件下了解材料的属性有助于理解其在使用或处理时的行为。与牛顿材料相比，获得这些信息对于非牛顿材料来说是一项具有挑战性的任务。

生成流动曲线是粘度作为剪切速率或剪切应力的函数的曲线图，是分析粘度的最简单方法之一。样品可以经受不同的剪切应力，并且在每个施加的应力或样品处测量的所得剪切速率可以受到受控的剪切速率，并且测量所得的剪切应力。使用旋转流变仪可以产生更加全面的流动曲线，因为与旋转粘度计相比，它能够覆盖宽范围的剪切速率和应力。具体而言，可以在相对于重力下的储存和运动的极低剪切速率下生成数据（图1）。

图1.通过跨越比粘度计更宽范围的剪切速率，旋转流变仪能够提供与更多过程直接相关的数据。

眼科手术

Opthalmic viscosurgical devices（OVDs）是在眼科手术期间应用的凝胶或粘弹性溶液。它们通常是由一种或多种下列成分组成的水性聚合物溶液：硫酸软骨素，透明质酸和/或甲基纤维素。涵盖OVD的ISO 15798：2013标准建议采用流变测量，因为产品流变学对使用中的性能有影响。前房内的流体的行为以及当通过套管施用到眼睛中时，可以通过在0.001-100s -1的剪切速率下进行稳态测试来确定。典型的旋转粘度计不能进入该范围的下端。

三种OVD配方的流量曲线数据，每种配方具有不同的透明质酸浓度（15 mg / ml，18 mg / ml和25 mg / ml），如图2所示.Malvern Panalytical'Kinexus旋转流变仪用于测量稳定性使用锥板测量几何在25°C下在不同剪切速率下的状态粘度。样品表现出的剪切稀化行为相似，但浓度更高的溶液表现出更高的粘度。有趣的是，所有样品在非常低的剪切速率下都表现出牛顿行为。用粘度计不能检测到这种特性。它揭示了OVD在眼睛静止时没有凝胶状结构，但保持流动状态。

图2.平衡流量曲线数据显示25 mg / ml（＃），18 mg / ml（+）和15 mg / ml（）HA溶液的剪切稀化行为，以及它们在极低剪切下的牛顿行为趋势眼睛休息状态下的典型比率。

相关屈服应力测量 - 为每种样品类型生成准确的数据

许多产品的消费者吸引力取决于它们的屈服应力，屈服应力是分解产品中任何类似固体（网络）结构并使其流动所需的输入应力。使用适当的技术准确和相关地测量屈服应力有助于实现更快和更有效的配方。在粘度之后，屈服应力可能是最常规测量的流变性质，因为许多消费品具有从中获得的价值。

许多化妆品和许多食品，例如酸奶，蛋黄酱，番茄酱，在锅中或盘子上（静止时）是丰富和浓稠的。然而，化妆品可以容易地施用在皮肤上，或者食物可以容易地分配，因为它们在施加剪切时具有更像液体的行为。屈服应力和屈服应变（发生屈服的应变）也可分别用作强度和脆性的量度。

屈服应力随温度和施加应力或变形的时间尺度而变化。有多种技术可用于测量屈服应力。通过应用广泛的这些方法，旋转流变仪可以提供比旋转粘度计更多的相关屈服应力数据。应用应力斜坡是应力控制旋转流变仪最简单的方法之一。该方法包括使样品经受逐渐增加的应力，测量所得的应变，并计算峰值粘度（图3）。时间尺度对测量值的影响可以通过仔细控制应力斜率或通过以不同的斜率进行测量来评估。

图3.将应力斜坡应用于具有屈服应力的样品，检测粘度通过最大值的点，样品中的结构开始分解，材料开始以液体形式流动。发生这种情况的应力是屈服应力。

振荡测试也可用于通过幅度扫描产生屈服应力数据。在幅度扫描中，样品经受稳定增加幅度的正弦应变或应力分布。当材料微观结构完整时，弹性模量G'随应变或应力保持恒定，但是在屈服应力之上，当结构破坏时观察到弹性模量的快速下降。

G'不变的区域称为线性粘弹性区域（LVER）。LVER的边缘点可以被认为是定义屈服点，尽管有些人将其定义为G'超过G'交叉的应力或应变，尽管这不太可取。通常，真实屈服点发生在这两个转变点之间的某处，并且当针对应变绘制时，这可以与弹性应力的峰值（G'的应力分量）相关联。

图4.幅度扫描识别样本的LVER，它表现出类似固体的行为; 较长的LVER表示样品中的结构更大。

不滴番茄酱

三种番茄酱样品（价值，超市自有品牌和品牌）的应力斜坡测试数据如图5所示.Malvern Panalytical的Kinexus旋转流变仪用于进行40 mm锯齿平行板几何形状的测试。结果表明，每个样品都表现出屈服应力，品牌产品显示出最大的结构，最高屈服应力为22Pa。这意味着品牌产品将需要更大的力来分配，但在使用过程中将令人满意地不滴落。

图5.品牌番茄酱（红色）相对于超市（蓝色）和价值（绿色）替代品的高屈服应力表明结构更大，并表明它不太容易在盘子上蔓延或滴落使用。