Вязкость ЛКМ и иных жидкостей
Вязкость жидкости – это её способность сопротивляться течению, под воздействием внешней силы (гравитация, давление). Вязкость является мерой межмолекулярных (когезионных) сил сцепления, сопротивления силе сдвига слоя.
Текучесть жидкости – величина, обратная величине вязкости. Обозначается φ.
Физические особенности большинства жидкостей:Механизм вязкости: вязкость обусловлена силами молекулярного взаимодействия; молекулы жидкости, двигаясь хаотически, переносят импульс из одного движущегося слоя жидкости в другой, что приводит к выравниванию скоростей слоёв.
1. Увеличение температуры приводит к снижению вязкости (жидкость течёт легче).
Причина: нагрев увеличивает тепловую и кинетическую энергии молекул жидкости, т. е. движение молекул ускоряется – сокращается время взаимодействия молекул – когезионная сила сцепления молекул снижается – сопротивление течению снижается. (Исключения: клеи, пластики, эпоксиды).
2. Увеличение давления приводит к повышению вязкости (течёт хуже).
Причина: молекулы принудительно сближаются, повышается когезия. Эффект влияния давления на вязкость проявляется меньше, чем влияние температуры.
3. Скорость потока жидкости прямо пропорциональна текучести и обратно пропорциональна вязкости.
4. При прокачивании жидкости по трубе с постоянной скоростью потока, величина приложенного давления пропорциональна вязкости жидкости.
5. При снижении вязкости (разбавление) цвет краски становится менее насыщенным.
Вязкость большинства жидкостей не зависит от скорости сдвига – для них выполняется Закон вязкости Ньютона – они называются ньютоновскими.
Однако, есть жидкости с переменной вязкостью, они называются неньютоновскими. Среди них:вязкость не зависит от времени:
- псевдопластичные (кетчуп, полимеры)
- дилатантные (крахмал + вода)
- тиксотропные (смазки, пластизоли)
- реопектические (гипсовая паста).
Физические характеристики вязкости
При определении вязкости жидкости можно выделить два основных параметра: динамическая (или абсолютная) вязкость и кинематическая вязкость. Динамическая вязкость является более фундаментальным свойством, кинематическая вязкость - производным.
Динамическая вязкость
Динамическая (абсолютная) вязкость жидкости – это мера её внутреннего трения – тенденция противостоять любому динамическому изменению (сдвигу слоев) в потоке.
Динамическая вязкость дает информацию о силе, необходимой для того, чтобы жидкость текла с определенной скоростью. Характеризует поведение жидкости (в большей степени) при невысоких температурах. Не зависит от плотности жидкости. Обозначается μ.
Измеряется в сантипуазах (сП) или в миллипаскалях на секунду (мПа*с).
Динамическая вязкость воды при температуре +20°C равна 1 сП (=1 мПа*с).
[сП] = [мПа*с]
(англ. cP = mPa.s)
Современные вискозиметры, измеряющие динамическую вязкость, основаны на измерении напряжения сдвига при заданной скорости сдвига. Это позволяет более полно характеризовать отпечаток вязкости сложных неньютоновских жидкостей.
Примерные вязкости некоторых жидкостей (в сП):
0,3 – ацетон
0,6 – толуол
0,8 – ксилол
1 – вода
2 – молоко
14 – сливки
28 – масло детское массажное
56 – 84 – масло оливковое
65 – сливки 30%
81 – сок томатный
260 – масло моторное 15W-40
648 – 1`500 – глицерин
1`000 – клей силикатный
2`000 – гель для душа
2`700 – 4`000 – мёд
3`000 – 26`000 – шампунь, сироп
10`000 – йогурт
15`000 – 70`000 – кетчуп (медленно течет)
20`000 – 220`000 – майонез
50`000 – 100`000 – зубная паста (очень медленно течет)
100`000 – кондиционер для волос
180`000 – шпатлёвка, крем для рук (крайне медленно течет)
1`200`000 – гель для волос
Кинематическая вязкость
Кинематическая вязкость жидкости выражается как отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности. Обозначается ν.
μ – динамическая вязкость
ρ – плотность
[мм2/с] = [сСт]
Кинематическая вязкость показывает, насколько быстро движется жидкость при приложении определенной силы. Кинематическая вязкость — это скорость сдвига: скорость, с которой жидкость сдвигается. Связана с инерцией и гравитацией. Измеряется в сантистоксах либо квадратных миллиметрах за секунду. [сСт] = [мм2/с]
Кинематическая вязкость испытуемой жидкости может быть определена по эмпирическим формулам или графикам зависимости от времени истечения через вискозиметр.
Исторически, первые методы измерения вязкости выбирали кинематическую вязкость, поскольку она не предполагает измерения силы. В большинстве кинематических вискозиметров поток жидкости приводится в движение силой тяжести. Эти методы (капиллярные трубки, воронки) просто измеряют время, необходимое жидкости для протекания через заданную геометрию.
Плотность некоторых жидкостей при t=20°С, (кг/м3):
Ацетон – 790
Вода – 1000
ПФ-115 черная – 1032
ГФ-95 – 1132
Глицерин – 1260
Молоко сгущенное с сахаром – 1300
Мёд – 1350
ПФ-115 красная – 1338
ПФ-115 кремовая – 1796
КФ-19М – 2045
Две разные жидкости могут иметь одинаковую динамическую вязкость, но наверняка разную кинематическую вязкость (из-за разницы в плотности).
Так какую вязкость следует использовать?
Если вас интересует взаимодействие между молекулами, которое зависит от механического напряжения, например давления, то динамическая вязкость подходит более. Также динамическая вязкость позволит вам установить эффект, который оказывают на молекулярное взаимодействие изменение рецептуры материала.
Кинематическая же вязкость была стандартом в нефтяной промышленности из-за простоты кинематических вискозиметров. Кинематическая вязкость более удобна, когда интерес представляет движение жидкости и поле скоростей, поскольку она несет информацию о распространении движения за счет трения.
Для водно-дисперсионных материалов чаще всего определяют динамическую вязкость (вязкость по Брукфильду). Для органорастворимых материалов – условную вязкость по воронке ВЗ-246.
Условная вязкость
Условная вязкость лакокрасочных материалов, обладающих свободной текучестью – это время (в секундах) непрерывного истечения в секундах определенного объема испытуемого материала через калиброванное сопло вискозиметра, например типа ВЗ‑246.
Типичный вариант измерения: вискозиметр ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм и объемом воронки 100 мл. Температура испытуемого материала: 20 ± 0,5°С. Метод подходит для ЛКМ по среднюю вязкость включительно, с условной вязкостью от 12 до 700 с (10 - 6000 сСт). Для более густых ЛКМ условная вязкость определяется другим способом – шариковым вискозиметром – измеряется время (в секундах) прохождения стального шарика между двумя метками вертикально установленной стеклянной трубки вискозиметра, наполненной испытуемым материалом.
Вязкость условная может быть выражена в градусах Энглера: °Е, °ВУ.
1 ед. °ВУ = 3,78 мм2/с.
Классификация материалов
ЛКМ можно (довольно условно) классифицировать по вязкости. От степени вязкости ЛКМ будет зависеть выбор метода нанесения, модель окрасочного аппарата и диаметр сопла.Невязкие жидкости, до 50 сСт – растворители, вода, бензин, финишные краски, некоторые лаки.
С невысокой вязкостью, 50-500 сСт – масла, эмульсии, акрилы, некоторые эпоксиды.
Средней вязкости, 500-7000 сСт – глицерин, кефир, силиконовые краски, жидкая резина.
Высокой вязкости, от 70000 сСт – смазки, шпаклевки, пасты, битум.
График взаимосвязи условной вязкости (по ВЗ-246) и кинематической вязкости
Практические аспекты вязкости
- Рабочая вязкость материала – от неё, очевидно, значительно зависят как процесс нанесения, так и качество итогового покрытия.
Если вязкость материала больше оптимальной – нанесение материала затруднено, так как
а) часто забивается сопло,
б) возникает шагрень – нет необходимого растекания материала по поверхности для формирования равномерной плёнки.
Итоговое покрытие характеризуется недостаточными адгезией и долговечностью.
Если вязкость ниже оптимальной – нанесение материала также затруднено, так как на наклонных и вертикальных поверхностях материал образует потеки и наплывы.
В итоге – неравномерное с потёками покрытие, в верхней части которого толщина недостаточна, а в нижней – избыточна. Итоговое покрытие плохо защищает субстрат в верхней части, имеет низкую долговечность, низкие декоративные свойства.
- Вязкость ЛКМ регулируется путем добавления разбавителя. Не все разбавители совместимы с ЛКМ, этот момент надо уточнять у производителя материала, так как только производитель точно знает: какие растворители входят в состав ЛКМ и как влияет изменение их концентрации.
Конченая цель маляра – это ЛКП в виде сухой плёнки заданной толщины. Если мы добавляем разбавитель в материал, скажем, на 10% – тем самым снижается сухой остаток – значит при нанесении нужно увеличить толщину мокрой пленки на эти же 10%, для поддержания необходимой толщины ЛКП.
- Так как вязкость зависит от температуры материала, при разной погоде нужны и разные сопла: летом (в жару) – с меньшим диаметром, при нормальных условиях (+20°C) – со средним диаметром, зимой (на холоде) – с большим диаметром.
Иногда в жаркую погоду материал без разбавления может дать потёки. Здесь возможны несколько вариантов решения:
а) взять минимальное сопло из рекомендованных; наносить ЛКМ в несколько слоев, с межслойной сушкой.
б) для применения по вертикальным поверхностям заменить материал на тиксотропный (Тиксотропия — способность уменьшать вязкость от механического воздействия и увеличивать вязкость в состоянии покоя).
в) не работать в жару, перейти на ночные смены.
Внимательно выбирайте аппарат и сопло для распыления вашего материала. Если есть вопросы – обращайтесь за консультацией.
- Комментарии
