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粘弾性測定装置(レオメーター)
    ~電極スラリーの塗工性、乾燥過程の評価~

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  • アントンパール社製 MCR evolutionシリーズ

サンプルの流動性や固さ、粘性や弾性等の力学特性を定量化することができる装置です。
塗工時にサンプルに加わる変形を模倣し、力学物性を測定することで、塗工性能を定量化することができます。

▶「電極スラリー等 濃厚粒子分散系サンプルの塗工性能を
 希釈することなく、原液のまま評価することができます。

▶塗布後の塗膜乾燥過程の物性変化も評価可能です。

 

原理

レオメータによる測定は、粘度測定、粘弾性測定の2つに大別できます。どちらの測定も、少量のサンプル(約2ml)を上下のプレート間にロードして行います。

粘度測定は、その名の通り粘りの度合いを測定することができます。上側のプレートを回転させることで、回転抵抗から粘度を測定することができます。

粘弾性測定は、サンプルが持つ粘性と弾性をそれぞれ同時に測定することができます。多くのサンプルは、マヨネーズのように、その場で形を保とうとする弾性的(固体的)な性質と、力が加わると流動するという粘性的(液体的)な性質を併せ持っています。
上側のプレートを右回転→左回転→右回転…と振動させると、完全な弾性体であれば上側プレートの振動波と同位相の力学抵抗の波(応力波)が測定され、完全な粘性体であれば、上側プレートの振動と1/4周期ずれた応力波が測定されます。粘弾性体の場合、この位相のずれをδとすると、δが0~1/4周期のどこかになるのですが、より固体的なものであればδは小さく、液体的であれば1/4周期に近づきます。

このように、粘性と弾性のバランスを定量化できます。また、応力波の振幅の大きさから、サンプルの固さ自体も定量化することができます。

 

アプリケーション

スラリーを塗工する際、サンプルには大きく速い変形が加わります。これにより、多くのサンプルは粘性、弾性共に低下しますが、稀に、これらがスムーズに低下しない、あるいは一度上昇するような材料があります。これらは塗布時に抵抗が増すことから、スジやカスレが生じ易く塗工性能が良くないとされます。

また、塗工時に粘性、弾性共に低下したサンプルは、塗工後にこれらが回復していきます。塗工を模倣した測定例を下図に示します。サンプルの変形速度(=せん断速度)を1.遅い→2.速い→3.遅いと3ステップに変化させます。これが1.塗工前の静置状態、2.塗工、3.塗工後の回復状態を模倣しています。

3.の回復が早すぎると表面がレベリングせず、刷毛ムラ等が残りやすくなり、回復が遅いとタレが生じやすくなります。このような、塗工後のサンプル物性の経時変化も測定することができます。

 

更に長時間スケールで考えると、粘性、弾性が回復したサンプルが乾燥し、塗膜を形成します。この乾燥過程も、特殊な治具を用いることで定量化することができます。このように、塗布開始時、塗布直後、乾燥過程の物性を定量化することで、スラリーの塗布性能を総合的に評価することができます。

特徴

▶少ないサンプル量:0.5ml~2ml程度で測定可能(サンプル、測定条件等に依存します)

▶温度制御範囲  :標準仕様 -40~200℃(最大-160~1,000℃)

▶幅広いせん断速度:ほぼ静置状態~105 1/s以上まで(サンプル、測定条件等に依存します)

▶幅広いサンプル種:水のような低粘度液体からゲル状、固体状の物質まで測定可能

仕様

 

  MCR102e MCR302e MCR702e
マルチドライブ
駆動モータ シングル シングル ツイン DMA
駆動ベアリング エア エア エア エア
測定モード 回転/振動 回転/振動 回転/振動 縦振動
最小トルク 5nNm 1nNm 1nNm
最大トルク 200mNm 230mNm 230mNm
最小角周波数 10-7rad/sec
最大角周波数 628rad/sec
最小荷重 0.0005N
最大荷重 40N
温度制御範囲 -160~1,000℃
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株式会社三ツワフロンテック 本社
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