精细陶瓷 陶瓷浆料触变行为的测定 旋转粘度计法 征求意见稿

1GB/TXXXXX—XXXX精细陶瓷陶瓷浆料触变行为的测定旋转粘度计法本文件规定了一种使用旋转粘度计测量陶瓷浆料触变行为的方法，用于陶瓷成型的高固相浆料一般具有非牛顿特性。该方法仅限于用同轴双圆柱粘度计、锥板粘度计和平行板粘度计作为旋转粘度计来测量高固相含量陶瓷浆料的触变行为。2规范性引用文件本文件无规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1剪切应力shearstress当流体受到剪切作用时，在垂直于剪切力的平面上产生的力。3.2剪切速率shearrate垂直于流体流动的层流速率变化比例。3.3牛顿性Newtonianproperty浆料的剪切应力与剪切速率成正比。3.4非牛顿特性non-Newtonianproperty浆料的剪切应力与剪切速率不成正比。3.5粘度viscosity剪切应力与剪切速率的比值。2GB/TXXXXX—XXXX3.6粘度曲线viscositycurve剪切速率与粘度关系曲线。3.7流变曲线flowcurve剪切速率与剪切应力关系曲线。3.8触变行为thixotropicbehaviour流体的流动特性具有时间依赖性，在控制剪切时，表观粘度随时间减小，随着剪切力的消除而逐渐恢复。3.9陶瓷浆料ceramicslurry混合或分散在水或其它液体中的研磨陶瓷粉末的悬浮液。注：悬浮液用于陶瓷工艺，如丝网印刷，注浆成型，流延成型4原理4.1通过流动曲线的迟滞测量评价其触变行为使用旋转粘度计测量陶瓷浆料的流动曲线，同时测量剪切速率和剪切应力。从流动曲线迟滞的量级来评价其触变行为。4.2通过粘度的时间依赖性评价触变性行为使用旋转粘度计测量陶瓷浆料的流动曲线，同时测量剪切速率和粘度。在高剪切速率下，通过破坏陶浆中聚集或絮凝结构来降低陶浆粘度后，测定低剪切速率下粘度的恢复过程来评价陶浆的触变特性。在低剪切速率下，可以反应测出再絮凝结构的形成与时间的关系。因此，通过使用低剪切速率的数据来评价其触变行为。5设备旋转粘度计有各种不同的测量形态。本文中定义剪切速率的旋转粘度计为同轴双圆柱系统、圆锥板系统和平行板系统。5.1测量系统该测量系统由对称、同轴的两个面组成，两个面之间是被测粘度的浆料。其中一个表面以恒定的角速度旋转，而另一个保持静止。扭矩测量装置连接到其中一个表面，从而可以确定克服浆料粘滞阻力所需的扭矩。理想的测量系统是由同轴双圆柱系统和圆锥板系统组成，可以在每次测量中确定剪切速率。采用平行板系统进行测量也是可行的，适用于高粘度陶瓷浆料的测量。3GB/TXXXXX—XXXX5.2仪器的基本能力测量仪器应允许可选择的转子和定子能够产生一定的旋转频率范围。此外，设备必须能测量扭矩。扭矩测量精度在满量程读数的2%以内。在测量工作范围内，转动频率测量精度在测量值的2%以内。此外，粘度测量的重复性，准确度为±2%。5.3校正旋转粘度计定期使用标准溶液对粘度计进行校准。使用标准溶液测量的点进行作图拟合，如果拟合的图像没有在测量方法的精度限制内通过坐标系原点，则应仔细地检查程序和仪器。标准溶液的粘度范围应与测量浆料样品的粘度范围相同，校准温度应与样品的测量温度一致。5.4温度控制装置恒温器的循环温度在0℃到50℃之间，误差应保持在±0.2℃内。在此温度之外，维持的温度范围允许在±0.5℃内。温度计的精度应为±0.2℃。6料浆的预处理6.1常规在陶瓷浆料的测量中，有许多问题需要注意。如果陶瓷浆料具有沉降特性，则必须通过搅拌、混合和震荡分散试样。在搅拌、混合和震荡分散陶瓷浆料的过程中，应注意不要产生气泡，因为这会改变陶瓷浆料的触变性。6.2除泡搅拌、混合、震荡后浆料中若有气泡形成，可进行减压脱气处理。然而，减压后的浆料的性能可能发生改变。因此，除非料浆制备后的除泡处理有利于陶瓷成型，否则不建议采用脱气工艺。如果对料浆进行减压了脱气，则应在报告中体现。6.3通过搅拌，混合和超声波分散料浆高速搅拌、混合，超声分散等分散工艺会导致浆料的温度升高，其中的聚合物随着温度的升高而产生不可逆地改变，可能会改变浆料的触变性行为。因此不推荐采用以上方法处理料浆。7测量条件7.1陶瓷浆料的旋转粘度计设置小心地将浆料放入粘度计的测量系统中，以免产生气泡。7.2温度测量应该在相同的温度下进行，因为温度会影响浆料的粘度。如果没有必要规定工艺温度，则首选测量温度为23℃±0.2℃。8测量步骤4GB/TXXXXX—XXXX8.1通过流动曲线的迟滞测量测量触变行为8.1.1剪切速率的条件和测量范围的设定剪切速率的设定应在仪器允许的条件下进行。根据测量程序，剪切速率是连续或逐步增加的。为了在增加剪切速率时充分破坏浆料中的聚集或絮凝结构，建议最大剪切速率为300s-1或更多。然而如果在高粘度的情况下，达到仪器的测量极限，则不适用。当剪切速率增大和减小时的测量时间较短，则不可能观察到足够的滞后现象。此外，如果测量时间过长，可能会发生沉降。因此，建议增加和减少剪切速率操作的测量时间各为90s。对于逐步法，建议尽可能多地步数测量剪切速率的增加或减少，且不小于10步。8.1.2测量步骤将浆料放入粘度计后，要有足够的时间达到设定的温度并进行测量。若浆料具有沉降特性，则应以恒定的剪切速率旋转至恒定的温度，以防止浆料沉降。在8.1.1所述的条件下，流变曲线的测量应以剪切速率为变量进行。当达到最大剪切速率后，剪切速率按相同速率逐步停止。将测量的浆料静置3分钟至5分钟，以恢复浆料的触变性能后，使用相同的程序再次测量流动曲线。增加/减少剪切速率和浆料静止状态的操作至少要进行三次。为了尽量减少由于颗粒沉降或浆料干燥造成的流动曲线的影响，建议及时测量和密封样品容器。8.1.3测量结果分析方法随着浆料粘度的增加，流动曲线的滞后面积有增大的趋势。因此，滞后的评价是无量纲的。测量时间与测量剪切应力的关系如图1所示。剪切速率增大和减小过程的面积分别表示为A和B。由于迟滞的无纲量性，面积计算为(A×B)/(A+B)。对每个测量都执行此分析，(A×B)/(A+B)的计算值作为测量次数的线性函数画图。此外，在剪切速率逐步增减的情况下，通过测量数据曲线与水平轴之间的梯形近似的面积积分来计算评价面积，如图1所示。由于第1次和第2次测量数据可能不同，第3次或以后的测量数据用于分析。由于改变剪切速率后的测量点可能变化很大，因此将这些测量点从计算中去除是可取的。图1测量时间与剪切应力的关系8.2在恒定的低剪切速率下，通过粘度随时间的变化测量触变行为（3ITT）5GB/TXXXXX—XXXX8.2.1设置测量程序剪切速率分为三段，第一段为低剪切速率，第二段为高剪切速率，第三段为低剪切速率。在高剪切速率下破坏充分聚集的浆料或絮凝结构，在低剪切速率下恢复浆料被破坏的结构。在此测量中，建议高剪切速率为最小为300s-1，低剪切速率为不大于30s-1。为保证料浆结构被充分破坏，以及结构回复，每段测量时间不小于3min。重复测量时，时间间隔应尽可能短。8.2.2测量步骤将浆料放入粘度计后，要有足够的时间达到设定的温度并进行测量。若浆料具有沉降特性，则应以恒定的剪切速率旋转至恒定的温度，以防止浆料沉降。8.2.1中描述的测量程序应至少执行两次，以确认测量结果的重复性。如果重复性差，则应进行附加测量。由于沉降性较强的浆料样品不能长时间测量，将新的浆料放入粘度计，再次进行第一次测量。8.2.3测量结果分析方法在高剪切速率下充分破坏陶瓷浆料的聚集或絮凝结构后，可以通过低剪切速率下粘度恢复过程的时间依赖性测量来评价触变特性。聚集或絮凝结构的生成相对缓慢。在高剪切速率下，由于聚集或絮凝结构被快速破坏，很难评估其时间依赖性。因此，主要采用低剪切速率的测量数据进行结果分析，由于改变剪切速率后的测量点可能变化很大，因此将这些测量点从计算中去除是可取的。可采用以下三种方法评价料浆的触变性：（1）第三段测试程序结束时(η1）与第一段测试测序结束时(η3）的粘度比值，如图2所示；图2用于计算η3/η1的示意图（2）第三段测试程序中粘度恢复到第一段测试测试结束时粘度值的25%（Tη25%）、50%（Tη50%）所用的时间，如图3所示；图3用于计算（Tη25%）、50%（Tη50%）的示意图6GB/TXXXXX—XXXX（3）第三段测试测序开始预选定义时间段内时间-粘度函数的斜率，定义时间短建议大于60s，如图4用于时间-粘度函数斜率计算的示意图9测试报告测试报告应包含以下内容：a)测试机构的名称和地址；b)测试日期，客户名称和地址；c)本文件编号；d)样品材料的描述，如：材料种类、编号和批次等；e)测试系统的描述；f)实验温度；g)测量条件（迟滞测量：例如最大剪切速率、平稳时间、剪切速率增减的时间间隔、步数和每个剪切速率；剪切应力随时间变化：高、低剪切速率值）试验样品数量和有效样品数量；h)浆料的制备方法；i)剪切应力与测量时间的关系图或测量时间与粘度的关系图；j)(AB)/(A+B)值或数据拟合的函数，粘度比值或回复时间或斜率。7GB/TXXXXX—XXXX（资料性）本文件与ISO20379:2018结构编号对照一览表表A.1给出了本文件与ISO20379:2018结构编号对照一览表。表A.1本文件与ISO20379:2018