流變學是研究材料流動行為的科學?；旌?、攪拌、泵送、儲存和灌裝等過程都依賴于研發(fā)部門進行的流變分析數(shù)據(jù)來評估材料的流動行為。在生產(chǎn)車間和質量控制實驗室，旋轉粘度計進行測量以確認生產(chǎn)過程中材料的一致性。通常，這些設備進行單點粘度測量。它們運行良好，但從生產(chǎn)中獲取樣本并將其送到質量控制實驗室進行分析會浪費時間。如果能夠在混合罐或灌裝線上直接進行粘度測量，而不是在包裝前進行測量，那會怎樣？過程粘度計已經(jīng)存在多年，但很少有公司利用它們。為什么？本文探討了利用“過程流變學”進行新投資給制造業(yè)帶來的潛在益處。

研發(fā)部門在新產(chǎn)品（軟膏、面霜、乳液、藥水等）的制造加工之前，會對所使用的材料進行特性測試。典型的測試包括“流動曲線”，也許還有“屈服應力測定”。前者描述的是流體或半固體在不同流速和溫度條件下的流動行為。后者涉及的是靜止的材料在受到泵送或由于混合器中旋轉葉片的作用而開始流動時的啟動條件。

圖1展示了一種名為“流變儀”的儀器，它可以在實驗室環(huán)境中進行兩種類型的測試。這種類型的轉軸幾何形狀被稱為“錐/盤”。當轉軸處于升起位置時，將材料放置在盤子上并加熱。然后將轉軸降下與材料接觸。儀器精確地設定間隙，以便當轉軸旋轉時，對材料的后續(xù)剪切作用能夠被準確地定義。

初始測試是屈服應力測定。待測材料處于靜止狀態(tài)，因此其結構不受干擾。流變儀通過主軸施加不斷增加的扭矩，直至圓錐主軸開始旋轉。旋轉開始的那一刻被稱為“屈服應力”。圖2展示了兩種不同奶油的屈服應力數(shù)據(jù)曲線；較低的屈服應力值為200帕，表明這種材料比另一種需要400帕的材料更容易流動。這些屈服應力值與驅動泵和攪拌葉片的電機的啟動扭矩有關。

材料的“流動曲線”是對抗剪切作用的衡量標準。流變儀將主軸從低速旋轉到高速，以模擬材料在加工過程中經(jīng)歷的不同剪切速率。高剪切速率模擬諸如通過泵或高速混合等動作。低剪切速率模擬將材料輸送到儲罐時管道中的低流速。中等剪切速率可能適用于將材料注入容器時灌裝線上的剪切作用。圖3展示了一種典型的流動曲線，這種材料在低剪切速率下表現(xiàn)出高阻力，而在高剪切速率下阻力顯著降低。制藥和醫(yī)療行業(yè)的材料通常會表現(xiàn)出這種流動行為。

過程粘度計的選擇是基于對屈服應力測定和流動曲線分析的流動信息的審查。圖4展示了一種在生產(chǎn)過程中在線使用的儀器，用于連續(xù)測量粘度。顯然，當測量到的粘度值開始超出可接受的控制限值時，無需等待即可采取糾正措施，這是其優(yōu)勢。當決定使用過程粘度計時，確定粘度的性能界限非常重要。這最初可以通過研發(fā)階段的實驗室測試數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，但一旦過程粘度計運行并生成實時數(shù)據(jù)，還需要進一步審查。然后，性能限值可以適當修改。

隨著工藝粘度計技術設計的不斷改進，我們完全有理由研究這種儀器能為制造業(yè)帶來的潛在回報。雖然投資高于質量控制中臺式粘度計的投資，但節(jié)省的材料成本（無需返工）能夠迅速收回初始投資。