ASTM D2196-20 Стандартные методы испытаний реологических свойств неньютоновских материалов с помощью ротационного вискозиметра

Стандарт «ASTM D2196-20 Стандартные методы испытаний реологических свойств неньютоновских материалов с помощью ротационного вискозиметра», разработанный Американским обществом по испытанию материалов (ASTM), описывает методы испытаний для определения кажущейся вязкости, неньютоновских свойств при увеличении скорости сдвига и тиксотропных свойств неньютоновских материалов в диапазоне скоростей сдвига от 0,1 с⁻¹ ^до 50 с⁻¹ ^с использованием ротационного вискозиметра, работающего в жидкости, содержащейся в низкопрофильном стакане Гриффина объемом 600 мл.

Метод испытания А заключается в определении кажущейся вязкости покрытий и связанных с ними материалов путем измерения крутящего момента на шпинделе, вращающемся с постоянной скоростью в низком стакане Гриффина объемом 600 мл.

Методы испытаний B и C заключаются в определении реологических свойств материалов, зависящих от сдвига, и тиксотропных (зависящих от времени) реологических свойств. Вязкость этих материалов определяется при ряде заданных скоростей ротационного вискозиметра со шпинделем, вращающимся в жидкости, содержащейся в низком стакане Гриффина объемом 600 мл. Перемешивание материала непосредственно перед измерением вязкости тщательно контролируется.

Метод испытаний А используется для определения кажущейся вязкости при заданной скорости вращения, однако вязкость при двух или более скоростях обеспечивает лучшую характеристику неньютоновского материала, чем одно измерение вязкости.

При использовании методов испытаний B и C степень разжижения при сдвиге определяется по снижению вязкости с увеличением скорости вращения. Степень тиксотропии определяется путем сравнения вязкостей при увеличении и уменьшении скорости вращения (метод испытания B), восстановления вязкости (метод испытания B) или вязкостей до и после высокого сдвига (комбинация методов испытания B и C). Высокий сдвиг в методе испытаний C приближается к сдвигу при нанесении краски. Вязкостные свойства, измеренные после высокого сдвига, отражают свойства краски сразу после нанесения.

Основным оборудованием, используемым в этих испытаниях, является ротационный вискозиметр. Базовое устройство должно иметь как минимум следующие характеристики:

• Приводной двигатель для приложения однонаправленного вращательного смещения к шпинделю, погруженному в образец, в фиксированном диапазоне значений 0,3 процента при скоростях вращения от 100 об/мин до 0,01 об/мин.
• Датчик силы для измерения крутящего момента, необходимого для приведения в действие шпинделя, погруженного в образец, при каждой из заданных настроек скорости в диапазоне постоянных значений 0,1 процента.
• Соединительный вал или другое средство для передачи вращательного движения от двигателя к валу.
• Вращающийся элемент, шпиндель или инструмент, подобный изображенному на рисунке, приведенном в стандарте, для закрепления образца между шпинделем и неподвижной поверхностью. Защитный кронштейн, который крепится к вискозиметру и защищает шпиндель, обеспечивает неподвижную поверхность, описанную выше. Каждый вал может измерять диапазон вязкости почти в сорок лет для настроек скорости, указанных в этом методе. Вал выбирается таким образом, чтобы измеренное значение крутящего момента составляло от 10 до 100 процентов.
• Устройство сбора данных, которое обеспечивает получение, хранение и отображение измеренных или рассчитанных сигналов, или и то, и другое. Минимальными выходными сигналами, необходимыми для измерения вязкости, являются частота вращения вала и крутящий момент. При измерении вязкости лучше всего регистрировать выходные сигналы времени вращения шпинделя и температуры образца.
• Стенд для поддержки, корректировки и регулировки высоты приводного двигателя, вала и поворотного элемента.
• Уровень, показывающий вертикальный наклон приводного двигателя, вала и вращающегося элемента.
• Вспомогательное оборудование, считающееся полезным при выполнении этого метода, включает: возможность анализа данных для получения вязкости, напряжения или других полезных параметров, полученных из измеренных сигналов.

В испытаниях также используется следующее оборудование:

• Прибор для измерения и регистрации температуры, предназначенный для измерения температуры образца жидкости вблизи вращающегося элемента в диапазоне от 20 до 70 градусов с точностью до 0,1 градуса.
• Низкий стакан Гриффина объемом 500 мл или эквивалентный цилиндрический контейнер с минимальным объемом 85 мл, минимальным диаметром 100 мм и минимальной глубиной 600 мм для удержания образца во время испытания.
• Шейкер или эквивалентная машина, способная энергично встряхивать испытуемый образец.

При подготовке образца емкость объемом 0,5 л или 1 л заполняется образцом, оставляя зазор 25 мм от верха образца, и доводится до 25 градусов плюс/минус 0,5 градуса или другой согласованной температуры перед испытанием. Образец энергично встряхивают на шейкере или эквивалентном устройстве в течение 10 минут, вынимают из шейкера и оставляют при температуре 25 градусов на 60 минут перед испытанием. Испытание начинают не позднее, чем через 65 минут после извлечения контейнера из шейкера. Образец не извлекается из емкости, в которой он встряхивался. При необходимости или по согласованию между покупателем и производителем время встряхивания может быть сокращено, но в любом случае не должно быть менее 3 минут.

При применении метода испытаний А все измерения проводятся при температуре 25 градусов плюс/минус 0,5 градуса или другой согласованной температуре. Прибор установлен на регулируемой подставке. Вискозиметр опускают до уровня, который позволит погрузить шпиндель на соответствующую глубину. Инструмент выпрямлен. Выбранный шпиндель сгибают, располагают в одной стороне от центра поверхности материала и вставляют в устройство. При подсоединении шпинделя к вискозиметру необходимо избегать чрезмерного бокового давления, которое может нарушить центровку. Также необходимо избегать поворота вала таким образом, чтобы стрелка вискозиметра касалась стопоров на обоих концах шкалы. Выбирается комбинация миль/ч/скорость, которая даст минимальное показание шкалы в 10 процентов, но предпочтительно в средней или верхней части шкалы. Скорость и пробег, которые будут использоваться, могут отличаться от указанных по соглашению между пользователем и производителем. Вискозиметр опускается до тех пор, пока отметка на валу не коснется образца. При необходимости отрегулируйте уровень вискозиметра. Контейнер медленно перемещают в горизонтальной плоскости до тех пор, пока шпиндель не окажется примерно в центре контейнера. Начинается вращение шпинделя. Скорость вращения регулируется таким образом, чтобы показания крутящего момента находились в диапазоне от 10 до 100 процентов. Вискозиметру дают поработать до тех пор, пока показания не стабилизируются. Регистрируются показания крутящего момента и вязкости.

При применении метода испытаний B все измерения вязкости (или крутящего момента) производятся при температуре 25 градусов плюс/минус 0,5 градуса или другой согласованной температуре. Инструмент настраивается и шпиндель устанавливается, как описано выше. Определите различные скорости вращения, которые будут использоваться для теста (рекомендуется минимум три скорости). Вискозиметр устанавливается на самую медленную скорость вращения, выбранную для испытания. Начинается вращение шпинделя, и показания регистрируются после десяти оборотов (или другого согласованного числа оборотов). Более высокая начальная скорость вращения может использоваться по согласованию между производителем и пользователем. Скорость вращения увеличивается ступенчато, и показания регистрируются после десяти оборотов на каждой скорости. После проведения наблюдения на самой высокой скорости скорость вращения постепенно уменьшается до самой низкой скорости, и показания регистрируются после десяти оборотов (или эквивалентного времени) на каждой скорости. После снятия последнего показания на самой медленной скорости вращение прекращается, и образец оставляется на согласованное время отдыха, обычно на 1 минуту. По окончании периода покоя вращение шпинделя возобновляется на самой медленной скорости, и показания регистрируются после десяти оборотов (или другого согласованного числа оборотов).

Наша организация имеет сильный коллектив, который внимательно следит за развитием событий в области науки и техники в мире и постоянно совершенствуется. Среди многочисленных испытаний, измерений, анализа и оценочных исследований, предоставляемых предприятиям различных секторов, также имеются услуги по испытаниям в соответствии со стандартом «ASTM D2196-20 Стандартные методы испытаний реологических свойств неньютоновских материалов с помощью ротационного вискозиметра».