流變學(xué)是研究材料流動(dòng)行為的科學(xué)。無(wú)論產(chǎn)品是液體、乳霜、糊劑還是粉末，制造過(guò)程都會(huì)將原材料通過(guò)多個(gè)加工階段進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以生產(chǎn)出成品。成功泵送、混合、轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存和將產(chǎn)品裝入運(yùn)輸容器，需要研發(fā)部門進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧髯儗W(xué)分析，以確保在每個(gè)步驟的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。

在液體和半固體產(chǎn)品的生產(chǎn)中，流變儀是研發(fā)部門用來(lái)評(píng)估新配方的科學(xué)工具。在生產(chǎn)車間和質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室，粘度計(jì)用于確認(rèn)測(cè)量，以確保產(chǎn)品符合規(guī)格要求。流變儀和粘度計(jì)有什么區(qū)別？后者能否勝任這項(xiàng)工作，確保生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)行為問(wèn)題或最終產(chǎn)品的不穩(wěn)定性？粘度計(jì)很可能能夠勝任這項(xiàng)工作，而且如果需要，可能還有能力做更多的事情。

錐/板流變儀的一個(gè)例子如圖1所示。它能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行連續(xù)的寬范圍的剪切應(yīng)力和/或剪切速率的剪切。由于它能夠處理多種類型的材料，從稀液體（眼藥水）到半固體（擦傷膏），因此它的投資成本更高。然而，流變儀能夠進(jìn)行更全面的測(cè)試，從靜止時(shí)的粘彈性變形和屈服應(yīng)力測(cè)量，到運(yùn)動(dòng)時(shí)的全粘度流動(dòng)曲線和觸變性計(jì)算（對(duì)剪切的時(shí)間敏感性），到恢復(fù)和蠕變（低力流動(dòng)行為），最后到溫度剖面（粘度特性隨溫度的變化）。因此，這種儀器的通用性使其成為研發(fā)中不可或缺的工具。

幸運(yùn)的是，近年來(lái)這些流變儀的價(jià)格已經(jīng)降低，而且它們?cè)讵?dú)立模式或 PC 控制下的易用性使它們成為質(zhì)量和制造的潛在候選設(shè)備。關(guān)鍵改進(jìn)在于，它們?cè)诜泵Φ沫h(huán)境中耐用，實(shí)際上能夠在生產(chǎn)車間經(jīng)受住多名操作員使用同一儀器的考驗(yàn)。幾家大公司已經(jīng)朝著這個(gè)方向發(fā)展，因?yàn)樗鼈兛吹搅伺c研發(fā)走同一條道路的價(jià)值。這會(huì)排除標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)式粘度計(jì)嗎？不會(huì)，無(wú)論如何都不會(huì)。

圖2所示的流行且價(jià)格實(shí)惠的粘度計(jì)只能在受控速率模式下運(yùn)行（您定義主軸的轉(zhuǎn)速，儀器測(cè)量材料的粘度）。這種測(cè)量類型被稱為單點(diǎn)粘度測(cè)試。它確實(shí)提供了相對(duì)較少的信息，關(guān)于測(cè)試中樣品的整體流動(dòng)行為，但研發(fā)部門可能已經(jīng)做了足夠的表征工作，知道這一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)就能檢測(cè)到大多數(shù)有問(wèn)題的材料批次。因此，這種儀器可以提供的大量額外信息，如粘度流動(dòng)曲線（粘度隨不同剪切速率的變化）、對(duì)剪切的時(shí)間敏感性（觸變性）或溫度變化（粘度在不同氣候條件下的影響），都被忽略了。

選擇儀器究竟是誰(shuí)做決定？研發(fā)部門知道，制造部門和質(zhì)量控制部門希望儀器使用簡(jiǎn)單、測(cè)試迅速、易于清潔且價(jià)格實(shí)惠。事實(shí)上，如今的流變儀或粘度計(jì)都能完成工作。所以這實(shí)際上是個(gè)人偏好和預(yù)算的問(wèn)題。一個(gè)日益重要的考慮因素是耐用性。結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固的儀器需要更少的維護(hù)、更少的頻繁校準(zhǔn)檢查，并能提供更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。

制造中材料的類型在決定使用流變儀還是粘度計(jì)方面可以發(fā)揮作用。粘性材料，如濃稠的軟膏，是使用控制應(yīng)力流變儀進(jìn)行測(cè)試的良好候選對(duì)象。控制應(yīng)力模式可以直接測(cè)量屈服應(yīng)力，即啟動(dòng)材料流動(dòng)所需的力。

（見圖 3）這種測(cè)量結(jié)果可以等同于驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)車間混合泵的電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，或者等同于終端用戶將產(chǎn)品從管中擠出所施加的擠壓力。因此，對(duì)于更具粘性的產(chǎn)品，流變儀在提供可能有用的額外測(cè)量方面可能具有優(yōu)勢(shì)。

控制速率測(cè)量會(huì)產(chǎn)生“粘度流動(dòng)曲線”信息，該信息表征了材料流動(dòng)時(shí)的阻力。（見圖4）對(duì)于大多數(shù)液體和半固體，粘度隨剪切速率的增加而降低。目的是確定這種阻力在流動(dòng)“變化率”方面的重要性。（“假塑性”是描述這種流動(dòng)行為的術(shù)語(yǔ)。）如果這是最感興趣的特性，那么粘度計(jì)可以完成這項(xiàng)工作。然而，儀器操作的機(jī)制導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)流變儀可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試。

正如本文前面所述，在粘度流動(dòng)曲線上，通常會(huì)選擇一個(gè)數(shù)值作為控制點(diǎn)，供質(zhì)量控制人員在生產(chǎn)批次材料上進(jìn)行測(cè)量。粘度計(jì)僅用于這一單一目的，因此可能會(huì)給人留下錯(cuò)誤的印象，認(rèn)為它們無(wú)法發(fā)揮更多作用。一般來(lái)說(shuō)，粘度計(jì)是多功能的儀器，能夠輕松測(cè)量圖4中流動(dòng)曲線的多個(gè)點(diǎn)。因此，問(wèn)題在于是否要利用這種能力，至少再選擇一個(gè)參考點(diǎn)進(jìn)行良好的測(cè)量。對(duì)于像醫(yī)用軟膏這樣具有高剪切稀化性的藥品，這可能值得考慮。通過(guò)在兩個(gè)不同的剪切速率上合理地選擇數(shù)據(jù)點(diǎn)，這種方法將確認(rèn)流動(dòng)行為對(duì)生產(chǎn)和最終用戶都是可接受的。

有一種成熟的方法可以使用粘度計(jì)來(lái)研究材料的剪切稀化行為。選擇兩個(gè)相差十倍的速度，比如1和10轉(zhuǎn)/分或10和100轉(zhuǎn)/分，具體取決于材料的厚度。通過(guò)計(jì)算前一個(gè)速度下的粘度值與后一個(gè)速度下的粘度值的比值來(lái)比較每個(gè)速度下的粘度值。由于在較低速度下測(cè)量的粘度值幾乎總是比第二個(gè)粘度值高，所以這個(gè)比值會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大于1.0的數(shù)字。這個(gè)比值被稱為“觸變指數(shù)”或“TI”。

對(duì)于像止咳糖漿這類現(xiàn)成的藥品，其粘度特性稍有變化，TI 可能接近 1。對(duì)于高剪切稀化材料，如擦傷膏，TI 至少為 2，甚至可能高達(dá) 3 或 4。因此，TI 成為改進(jìn)藥品鑒定和認(rèn)證的一個(gè)非常有用的工具。

制造業(yè)有充分的理由考慮綜合粘度數(shù)據(jù)能為運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的附加值。在制造業(yè)的加工過(guò)程中，會(huì)發(fā)生許多不同的剪切速率。了解粘度數(shù)據(jù)符合既定的可接受流動(dòng)行為窗口，就能保證工藝操作順利進(jìn)行。看似深?yuàn)W的“流變學(xué)”學(xué)科，與制造業(yè)的成功息息相關(guān)。

最后一個(gè)需要考慮的因素是在制造過(guò)程中使用在線過(guò)程粘度計(jì)。一旦在整個(gè)制造過(guò)程中獲得了材料性能變化時(shí)的粘度數(shù)據(jù)，就有可能在過(guò)程中選擇一個(gè)控制點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)和控制粘度。盡管過(guò)程粘度計(jì)已經(jīng)存在多年，但制造操作通常并不了解其潛在用途。產(chǎn)品的穩(wěn)定性是目標(biāo)。將浪費(fèi)或需要重新加工的產(chǎn)品最小化是必然結(jié)果。這就是粘度計(jì)制造商能夠提供幫助的地方，幫助確定在線儀器的安裝位置。

總之，制造業(yè)通過(guò)更深入地運(yùn)用流變學(xué)來(lái)改進(jìn)運(yùn)營(yíng)，將從中獲益。研發(fā)和質(zhì)量控制部門能夠成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有力合作伙伴。關(guān)鍵在于在提高加工性能的同時(shí)，生產(chǎn)出穩(wěn)定的產(chǎn)品，并滿足客戶的期望。