Mesure de la viscosité dans l’industrie chimique

Avant de commencer à mesurer des matériaux visqueux, jetons un rapide coup d'œil à la façon dont fonctionne un viscosimètre rotatif. Un viscomètre rotatif typique utilisé pour le contrôle de la qualité mesure la viscosité selon le «principe de Searle». Une tasse est associée à un soi-disant fuseau qui est placé dans l'échantillon. La vitesse sur le viscosimètre est préréglée et le mandrin commence à tourner. L'échantillon dans la tasse suit ce mouvement et par conséquent le couple (force) requis pour faire tourner le mandrin contre les forces visqueuses du fluide est mesuré. Un ressort relie le moteur du viscosimètre et le mandrin. La rotation de la broche dévie un ressort. Les capteurs optiques détectent la déviation et la viscosité de l'échantillon est ensuite calculée à partir de cela. Différents types de ressorts de viscosimètres rotatifs permettent de mesurer des substances allant de faible à haute viscosité. En cas de substances à faible viscosité, le ressort doit être suffisamment sensible, tandis que pour les échantillons dans la plage de haute viscosité, un ressort plus robuste est requis. Dans les chapitres suivants, vous apprendrez comment mesurer la viscosité de différents échantillons chimiques avec un viscosimètre à ressort.

Méthode de test A: Détermination de la viscosité apparente à 25 °C à une certaine vitesse. Il suffit de sélectionner une vitesse sur le viscosimètre rotatif afin que la lecture du couple soit comprise entre 10 % et 95 %. Une fois que la lecture de la viscosité s'est stabilisée, arrêtez le viscosimètre. Lors de la mesure des peintures thixotropes, la lecture peut ne pas se stabiliser. Si tel est le cas, la mesure doit être arrêtée après une période de temps spécifiée, par exemple une minute. Méthode de test B: Détermination du degré d'amincissement par cisaillement et de thixotropie sous des conditions de vitesse changeantes. Cette méthode d'essai vous permet de calculer le degré de fluidité de cisaillement et de thixotropie, ce qui est particulièrement important pour le comportement d'application des peintures et des revêtements. L'indice de fluidité et le degré de thixotropie peuvent varier considérablement entre différentes peintures, et dépendent de la température. Le diagramme de la Figure 2 affiche la viscosité sur l'axe des y et la vitesse sur l'axe des x, ce qui est utile pour analyser le comportement d'écoulement du matériau. Si vous souhaitez occasionnellement mesurer la viscosité absolue au lieu de la viscosité relative, vous devez utiliser des systèmes de mesure absolus. Si vous utilisez de tels systèmes de cylindres concentriques, vous n'aurez besoin que d'une faible quantité d'échantillon pour le test (environ 1 ml à 60 ml). Comment mesurer la viscosité des peintures et des revêtements    Lisez ce  rapport d’application

Pour garantir la reproductibilité des vérifications de viscosité, assurez-vous d'utiliser le même conteneur dans vos mesures. Faites attention à ne pas introduire de bulles d'air en mélangeant les composants de l'adhésif. Il est possible d'appliquer un vide pour éliminer les bulles avant le test. Une fois que la température a atteint l'équilibre, vous pouvez commencer la mesure de la viscosité. La température de l'adhésif doit être contrôlée avec une précision de ±0,2 °C. Pour obtenir la meilleure précision, il est recommandé d'effectuer des mesures de viscosité à une vitesse entraînant une lecture de couple entre 45 % et 95 %. Ne jamais effectuer de mesures à moins de 20 % de couple ou à plus de 95 % de couple. Arrêtez la mesure lorsque la viscosité se stabilise. Si l'échantillon montre un comportement thixotrope et que la viscosité change donc au fil du temps, arrêtez la mesure après une période de temps convenue. Les mesures de viscosité doivent être effectuées tant que deux mesures consécutives ne diffèrent pas de plus de 3 % l'une de l'autre. Si la viscosité des adhésifs était mesurée à différentes vitesses, le comportement d'écoulement de l'adhésif peut être affiché dans un diagramme dans lequel la viscosité est tracée en fonction de la vitesse (voir Figure 3). Voulez-vous obtenir des informations pratiques sur la façon d'utiliser ViscoQC™ 100 pour mesurer la viscosité des adhésifs ? Lisez ce  rapport d’application

Pour mesurer la viscosité du latex, utilisez un viscomètre à ressort. La détermination de la viscosité apparente du latex est effectuée selon ISO 1652. Tout d'abord, versez une portion de l'échantillon de test dans un bécher d'un diamètre d'au moins 85 mm (3,35 pouce). Prenez soin d'utiliser toujours le même bécher pour des résultats reproductibles. Placez le bécher dans un bain-marie maintenu à 23 °C ±2 °C et remuez le latex doucement jusqu'à ce que l'équilibre de température soit atteint. Inclinez les broches des disques pour ne pas emprisonner de bulles d'air sur le côté inférieur de la broche. Une hauteur de remplissage suffisante de l'échantillon est importante, car la pointe de la broche doit se trouver au moins 10 mm au-dessus du fond du récipient et la broche doit être immergée jusqu'à la marque sur sa tige.  Si un protecteur de broche, également appelé "garde", est utilisé, immergez-le d'abord et la broche ensuite. Fixez la broche et le protège de manière sécurisée au viscosimètre et vérifiez la profondeur d'immersion. Enfin, centrez le bécher. La plupart du temps, un instrument de type ressort pour des échantillons à faible viscosité ou à viscosité moyenne/régulière est nécessaire pour les mesures de viscosité. Le latex à faible viscosité doit être mesuré à 60 tr/min et le latex à viscosité moyenne à 20 tr/min (Figure 4). Lorsqu'il est effectué à la vitesse suggérée, la mesure devrait prendre de 20 à 30 s. Si vous effectuez le contrôle de viscosité à des fins de contrôle qualité, utilisez toujours la même combinaison de broche et de vitesse. Le latex est connu pour montrer un comportement d'écoulement non newtonien (amincissement par cisaillement). Pour cette raison, il peut être intéressant de mesurer la viscosité du latex à différentes vitesses. Cela vous permet de calculer les rapports de viscosité et de caractériser le comportement thixotrope du latex. Cette méthode est précieuse pour comparer les effets des agents épaississants dans le latex.

Comme les solvants ont généralement une viscosité très faible (<100 mPa.s), ils ne peuvent pas être mesurés avec le système de mesure standard des viscosimètres rotatifs. Pour mesurer des liquides ayant une viscosité inférieure à 200 mPa·s, un système de mesure spécial, le soi-disant "système de mesure à double écart (DG-MS)", est recommandé. C'est un système de mesure absolu selon DIN 54453, ce qui signifie qu'il a un écart de cisaillement défini. Dans cet espace, des conditions de cisaillement constantes dominent. La grande surface (en raison de l'espace double) permet de mesurer des substances à faible viscosité jusqu'à 1 mPa·s. Seule une petite quantité d'échantillon d'environ 7 ml est requise pour le test. Pour mesurer la viscosité d'un solvant dans le DG-MS, le liquide doit être rempli dans le MS qui contient déjà la tige de mesure. Ensuite, retirez l'excès avec, par exemple, une seringue. Le double espace du système de mesure ne doit être rempli que de liquide. Montez le DG-MS sur le viscosimètre pour effectuer des mesures à des vitesses spécifiées. Le test de viscosité du solvant doit être effectué dans une plage de couple entre 20 % et 95 %. Pour une précision optimale, effectuez la mesure entre 45 % et 95 % de couple. Selon l'ISO 2555, la température du solvant doit être contrôlée avec une précision de ±0,2 °C pendant le test. Arrêtez la mesure lorsque la viscosité se stabilise. Les mesures de viscosité doivent être effectuées tant que deux mesures consécutives ne diffèrent pas de plus de 3 % l'une de l'autre. Si la viscosité des adhésifs était mesurée à différentes vitesses, le comportement d'écoulement de l'adhésif peut être affiché dans un diagramme dans lequel la viscosité est tracée en fonction de la vitesse (voir Figure 5).

Pour résumer, pour mesurer la viscosité des matériaux visqueux dans l'industrie chimique de manière appropriée et fiable, il est important de suivre une procédure standard interne ou même des normes disponibles, en tenant compte de la manipulation appropriée du viscosimètre rotatif en usage. Des vérifications rapides de la viscosité sont une méthode précieuse pour contrôler la qualité des produits entrants et finaux. En fin de compte, déterminer la viscosité des échantillons pendant la production donne un aperçu bénéfique de la processabilité, par exemple le comportement lors de la pompage et du mélange. Le viscomètre ViscoQC™ 100 vous aide à atteindre la consistance parfaite de vos produits chimiques.

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