Вискозиметрия – раздел измерительной техники, отвечающий за выяснение вязкости различных веществ – широко распространена в машиностроении и металлообработке с целью измерения вязкости масел и технологических смазок. Но в строительстве без вискозиметров также не обойтись: например, для уточнения вязкости лаков и красок. От этого зависит надёжность работы краскопультов и иной подобной техники.

Основы строительной вискозиметрии

Различают динамическую и кинематическую вязкость. Первая является мерой сил сдвига, которые надо приложить к контактирующим между собой плоским поверхностям, покрытым какой-либо жидкостью, чтобы сдвинуть их относительно друг друга. Вторая есть частное от деления динамической вязкости на плотность жидкости. Понятно, что повышенную наглядность о свойствах краски даёт именно значение её кинематической вязкости. Методы определения кинематической вязкости регламентируются ГОСТ 33-78, для чего разработана целая гамма соответствующих приборов — вискозиметров серий ВПЖ (ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4), ВНЖ и ВПЖМ (ГОСТ 10028-77). Все конструкции вискозиметров обязаны определять кинематическую вязкость так называемых ньютоновских жидкостей, для которых сопротивление сдвигу прямо пропорционально скорости скольжения контактируемых поверхностей.

В системе СИ мерой кинематической вязкости является м2/с, однако часто пользуются более мелкой производной единицей 1мм2/с, называемой сантистоксом (сСт).

Иногда вязкость традиционными способами установить невозможно. Тогда устанавливается так называемая условная вязкость (ВУ). Единица «градус ВУ» по ГОСТ 6258-82 определяется как отношение времени истечения краски при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20ºС. Условную вязкость измеряют в градусах Энглера ºЕ.

Поскольку краски интенсивно загустевают при пониженных температурах, то их вязкость в этом случае измеряется по технологии, предусмотренной ГОСТ 1929-81, когда определённую порцию краски под давлением перемещают по калиброванному трубопроводу вискозиметра с определённым диаметром, а фактическую вязкость измеряют по нанесённым на стенки меткам. Распространён также ротационный способ, когда краску помещают в замкнутый внутренний объём, и, проворачивая находящийся там цилиндр, получают необходимое значение вязкости.

По принципу действия различают:

• капиллярные вискозиметры;
• ротационные вискозиметры;
• ультразвуковые вискозиметры;
• с падающим шариком (вискозиметры Гепплера);
• вибрационные вискозиметры.

Для измерения вязкости краски используются преимущественно приборы первых двух типов. Главным требованием к прибору считается его способность к определению вязкости краски в возможно более широком диапазоне температур.

Капиллярные вискозиметры

Такие приборы (называемые также вискозиметрами Оствальда) используют традиционный способ измерения вязкости для краски, когда определённое количество краски самотёком (под воздействием давления верхний слоёв на нижние) проходит через тарированное отверстие; время истечения определяет вязкость вещества. Чем больше соотношение между диаметрами сосуда и капилляра, тем точнее измерение.

Капиллярные вискозиметры подразделяют на чашечные и погружные. Для работы первых отбирают нужную дозу краски из ёмкости и устанавливают её вязкость в лаборатории. Погружные вискозиметры можно опускать в ёмкость с краской и замерять её вязкость на месте, что быстрее и удобнее.

Капиллярный вискозиметр включает в себя:

1. Несколько сосудов (капилляров).
2. Чашку или тарированную ёмкость, снабжённую воронкой для плавного истечения краски.
3. Штатив.
4. Хронометр.
5. Перепускные краны.

Для удобства своего применения корпуса всех капиллярных вискозиметров изготавливаются из легкоочищающихся от краски материалов, штативы имеют высотную регулировку, а подача дозированного объёма краски в ёмкость может быть автоматизирована применением специальных микронасосов.

Достоинством прибора считается его высокая точность, которая не зависит от условий применения, поскольку при перемещении жидкостей по малым капиллярам однородность исследуемой среды не имеет значения, таким образом, отбор краски для определения вязкости можно выполнять произвольным образом, и из любого места.

Недостаток капиллярных вискозиметров – хрупкость капилляров, поэтому их использование непосредственно на стройплощадке не рекомендуется.

Ротационные вискозиметры

Внешне такие приборы (ВЗ-4, ВЗ-246 и др.) напоминают миксер: в полый внешний сосуд цилиндрической формы вставляется внутренний сосуд, также цилиндрический. В частности, в приборе ВЗ-246 внешний сосуд соединён с приводным валом электродвигателя, что позволяет производить его вращение с постоянной скоростью. Внутренний сосуд на гибкой нити подвешен к корпусу прибора. В пространство между цилиндрами заливают краску, после чего включают привод вращения внешнего цилиндра. При вращении краски её слои, соприкасающиеся с поверхностью внутреннего цилиндра, вследствие трения будут передавать вращающий момент на внутренний цилиндр. По интенсивности его вращения можно установить вязкость краски.

Для достижения необходимой точности замеров требуется выполнить ряд условий:

• замер вращающегося момента возможен только после того, как скорость движения внутреннего цилиндра станет постоянной;
• класс чистоты поверхностей обоих цилиндров, которые контактируют с краской, должен быть одинаковым;
• соотношение размеров цилиндров должно быть строго определённым, что учитывается так называемой постоянной ротационного вискозиметра (для каждого прибора она может быть различной, поэтому, результаты, полученные на разных приборах, трудно сопоставить между собой).

Выпускаются и инверсные исполнения ротационных вискозиметров, когда электродвигатель вращает не наружный, а внутренний цилиндр.

Прочие типы вискозиметрических установок

Для измерения вязкости краски можно использовать вибрационные вискозиметры, отличающиеся высокой точностью и стабильностью получаемых результатов. Здесь вязкость определяется по колебаниям зонда, помещаемого в цилиндрическую ёмкость с исследуемой краской. Зонд (в виде тонкого стержня) подвешивается на пружине по своей оси. На образующей зонда размещён колебательный контур, включающий в себя приёмную и передающую катушки индуктивности, которые включены в цепь переменного тока. Возбуждаемые колебания передаются краске, которая также начинает совершать вынужденные колебания. По их амплитуде и частоте судят о плотности и вязкости краски.

Современные конструкции вибрационных вискозиметров оснащаются датчиками температуры, которые позволяют вносить температурные поправки в полученные результаты. Чем больше вязкость краски, тем более точным получается измерение. Тем не менее вибровискозиметры непосредственно на стройплощадке использовать затруднительно, т. к. на точность сильно влияет общий уровень вибраций. А он может быть значительным, например, из-за действия пневматического ударного инструмента.

При небольших объёмах краски можно использовать также вискозиметры Гесса, которые позволяют исследовать вязкость крови, и широко используются в медицинской практике. Для красок особо высокой вязкости используются вискозиметры Суттарда, применяемые для определения вязкости гипсового теста, а также в пищевой промышленности.

Как выбрать вискозиметр?

Исходными данными являются:

1. Ориентировочный диапазон вязкости краски, который придётся определять.
2. Требуемая точность полученного результата.
3. Стабильность замеров.
4. Возможность оперативного применения выбранного типа вискозиметра в любых условиях.

По параметру точности лидируют вибрационные и капиллярные вискозиметры, которые позволяют установить вязкость с погрешностью соответственно 1,5 и 2%. Несколько более высокую погрешность даёт вискозиметр Гепплера – до 3% — действие которого основано на принципе шарика, падающего в объёме исследуемой краски: вязкость оценивается по времени его падения. Прибор прост и удобен в применении, причём в любых производственных условиях. Наивысшую точность обеспечивают ультразвуковые вискозиметры, которые, однако, требуют и наиболее квалифицированного обслуживания.

При выборе типоразмера ротационного вискозиметра принимают во внимание:

• точность измерения вязкости;
• комплектность прибора (количество сменных валов);
• диапазон скоростей вращения вала;
• наличие ручного и автоматического режима работы;
• внешние условия применения (температура и влажность окружающего воздуха);
• требования к питающей электросети.