问如何通过多种流变测量技术表征高性能陶瓷墨水

电流表、电压表、欧姆表 电流表和电压表读数要大于量程的1/3还要小于量程，这样才能读数误差小 欧姆表使用要电阻调零，读数为中值电阻的1/3到5倍之间，可以更准确

喷墨打印是一项非接触式的数字打印技术，能够在众多基材上生成高清晰度的图案或图像。近年来，喷墨打印正越来越广泛地应用于瓷砖装饰领域。与传统的打印方法相比，喷墨打印具有在图案灵活性高、图像清晰度高、减少浪费和自动化程度高等优点。然而，要实现这些优点，研究人员必须研制出高性能的墨水配方，使墨水在打印过程中的不同条件下均能呈现理想的流变特性。在储存时，低剪切应力条件下能保持极佳的稳定性;打印时，在喷头内受到高的剪切作用时，能实现良好的流动性和和转印性能。因此，必须仔细考虑墨水中分散颜料的粒径和浓度以及基底液的粘度，从而控制配方的流变特性，达到理想的打印效果。在本文中，英国马尔文仪器有限公司流变产品市场经理John Duffy博士分享了陶瓷喷墨打印技术的发展趋势，并介绍了旋转流变仪、微流体流变仪和动态光散射技术(DLS)在墨水配方开发中的应用。另外，文中还会举例说明如何结合上述技术表征打印工艺过程中稳定性和可打印性。瓷砖打印迎来数字时代喷墨打印所具有的高灵活度、高图像清晰度和高流程自动化程度优势正推动这项技术在装修装饰行业迅速实现商业化。非接触式设计(即打印喷头与基材全程无接触)可达到是在不平坦的基材上也能呈现高质量的打印效果。此外，打印喷头的配置还能配合颜料、染料、玻璃粉、金属颗粒等不同材料的悬浮液，赋予墨水光学和电子特性。这样的灵活度，加上在成品质量、工艺控制和整体效率方面的改进，使得喷墨打印正逐步取代传统方法，成为陶瓷装饰打印的首选。喷墨打印技术对陶瓷墨水提出了更高的要求，研发人员需要研制出在各个阶段都具有最佳表现的墨水才能实现上述优势。墨水必须能在选定的喷墨打印系统中顺利喷射，并在基材上生成所需的装饰效果。另外，同等重要的是，墨水还必须稳定，储存时所有成分都要处于悬浮状态。配方能否达到这样的标准取决于各种组分的相互作用——包括溶剂、粘结剂和表面活性剂、悬浮的颜料及/或染料。例如，胶体颜料的粒径和浓度与色彩、光泽和不透明度有关，影响成品的最终视觉效果。它们还决定了打印的工艺性能，如喷嘴中的沉淀程度和配方整体的沉降倾向。怎样保证多组分的相互作用，达到相关工艺条件下所需的粘度，对于研发人员而言，是一项重大的挑战。打印喷头内产生的剪切速率非常高，会达到105~106s-1。想要打印效果好，墨水必须具有合适的粘度范围，一般来说是较低的粘度范围(通常为大约5~25mPa.s)，这样才能在极高剪切速率下有效启动喷嘴，并使液滴精确沉淀。但是，粘度太低，颜料容易沉淀，不利于储存。储存时，重力产生的剪切应力会导致沉淀，粘度越低，沉降越快，对大颗粒、浓度较高的颜料来说尤其如此。因此，优化墨水性能需要特别的表征方法，在不同的条件研究墨水的流变性能。研制墨水配方的工具组合目前，无法通过任何一种单一的流变表征技术来测量不同剪切应力下的墨水。因此，在配方的研制过程中需要使用多种不同的流变技术。旋转流变仪是当前研究不同剪切速率下墨水粘度最常见的仪器之一。研究人员只要将样品加载到特定的测量系统上，例如平行板、锥板和同轴圆筒(图一)，控制扭矩或测量夹具的转速，给样品施加已知的剪切应力或者剪切速率，仪器测量相应的剪切速率或者剪切应力，从而计算样品的剪切粘度，测量多个剪切应力或者剪切速率下的剪切粘度，就能够得到样品的流动曲线，即剪切粘度与剪切速率的曲线。现代的旋转流变仪能够实现非常广的剪切速率范围，典型的剪切速率范围从小于1 s-1一直到大于1000 s-1。对喷墨墨水来说，在低剪切应力范围测试能够表征墨水在储存时的沉降稳定性。大部分喷墨墨水呈现出非牛顿流体行为，即粘度取决于剪切应力。旋转流变仪能够在不同剪切应力下的进行测量，表征墨水的非牛顿流体行为。此外，该仪器还能精确控制温度，研究温度对墨水流变特性影响。然而，旋转流变仪在测试超高剪切速率范围时，样品会出现流动不稳定现象，并会有粘性发热效应，因此，旋转流变仪无法在超高剪切速率条件下测试低粘度材料。在这种情况下，微流体流变仪则能发挥出色的补充作用。在微流体流变仪中，液体会以已知流量通过狭窄的微流道(一般为40-200 µm)。利用嵌入式的微机电系统 (memS)压力传感器，测量既定流量下的压力降。利用压力降与体积流量的相关相关性，得到样品粘度。和旋转流变仪一样，微流体流变仪也具有精确的温度控制功能，使研究人员在模拟喷头内的温度环境时，可以充分观察墨水流变特性。因为能够在严格控制温度的条件下实现超高剪切速率范围测量，微流体流变仪成为了开发陶瓷墨水配方的一项宝贵技术。最后，如前所述，由于墨水配方中的颗粒粒径会直接影响成品效果、打印性能以及悬浮液的流变特性，因此，配方开发人员还需要颗粒粒径测量技术，其中经常使用的便是动态光散射技术(DLS)。在该系统中，入射光照射悬浮液中的胶体颗粒，由于颗粒的布朗运动，其散射光强度随时间波动。散射光强与时间的关系可以用来检测胶体颗粒布朗运动的速度，由此得到颗粒的粒径及其分布。