流變學是研究材料流動行為的科學。無論產品是液體、乳霜、糊劑還是粉末，制造過程都會將原材料通過多個加工階段進行轉移，以生產出成品。成功泵送、混合、轉移、儲存和將產品裝入運輸容器，需要研發(fā)部門進行適當?shù)牧髯儗W分析，以確保在每個步驟的流動性和穩(wěn)定性。

在液體和半固體產品的生產中，流變儀是研發(fā)部門用來評估新配方的科學工具。在生產車間和質量控制實驗室，粘度計用于確認測量，以確保產品符合規(guī)格要求。流變儀和粘度計有什么區(qū)別？后者能否勝任這項工作，確保生產過程中不會出現(xiàn)流動行為問題或最終產品的不穩(wěn)定性？粘度計很可能能夠勝任這項工作，而且如果需要，可能還有能力做更多的事情。

錐/板流變儀的一個例子如圖1所示。它能夠對材料進行連續(xù)的寬范圍的剪切應力和/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，流變儀能夠進行更全面的測試，從靜止時的粘彈性變形和屈服應力測量，到運動時的全粘度流動曲線和觸變性計算（對剪切的時間敏感性），到恢復和蠕變（低力流動行為），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。

幸運的是，近年來這些流變儀的價格已經(jīng)降低，而且它們在獨立模式或 PC 控制下的易用性使它們成為質量和制造的潛在候選設備。關鍵改進在于，它們在繁忙的環(huán)境中耐用，實際上能夠在生產車間經(jīng)受住多名操作員使用同一儀器的考驗。幾家大公司已經(jīng)朝著這個方向發(fā)展，因為它們看到了與研發(fā)走同一條道路的價值。這會排除標準臺式粘度計嗎？不會，無論如何都不會。

圖2所示的流行且價格實惠的粘度計只能在受控速率模式下運行（您定義主軸的轉速，儀器測量材料的粘度）。這種測量類型被稱為單點粘度測試。它確實提供了相對較少的信息，關于測試中樣品的整體流動行為，但研發(fā)部門可能已經(jīng)做了足夠的表征工作，知道這一個數(shù)據(jù)點就能檢測到大多數(shù)有問題的材料批次。因此，這種儀器可以提供的大量額外信息，如粘度流動曲線（粘度隨不同剪切速率的變化）、對剪切的時間敏感性（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。

選擇儀器究竟是誰做決定？研發(fā)部門知道，制造部門和質量控制部門希望儀器使用簡單、測試迅速、易于清潔且價格實惠。事實上，如今的流變儀或粘度計都能完成工作。所以這實際上是個人偏好和預算的問題。一個日益重要的考慮因素是耐用性。結構更堅固的儀器需要更少的維護、更少的頻繁校準檢查，并能提供更長的運行時間。

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

（見圖 3）這種測量結果可以等同于驅動生產車間混合泵的電機的啟動轉矩，或者等同于終端用戶將產品從管中擠出所施加的擠壓力。因此，對于更具粘性的產品，流變儀在提供可能有用的額外測量方面可能具有優(yōu)勢。

控制速率測量會產生“粘度流動曲線”信息，該信息表征了材料流動時的阻力。（見圖4）對于大多數(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“變化率”方面的重要性。（“假塑性”是描述這種流動行為的術語。）如果這是最感興趣的特性，那么粘度計可以完成這項工作。然而，儀器操作的機制導致發(fā)現(xiàn)流變儀可以在更短的時間內完成測試。

正如本文前面所述，在粘度流動曲線上，通常會選擇一個數(shù)值作為控制點，供質量控制人員在生產批次材料上進行測量。粘度計僅用于這一單一目的，因此可能會給人留下錯誤的印象，認為它們無法發(fā)揮更多作用。一般來說，粘度計是多功能的儀器，能夠輕松測量圖4中流動曲線的多個點。因此，問題在于是否要利用這種能力，至少再選擇一個參考點進行良好的測量。對于像醫(yī)用軟膏這樣具有高剪切稀化性的藥品，這可能值得考慮。通過在兩個不同的剪切速率上合理地選擇數(shù)據(jù)點，這種方法將確認流動行為對生產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來研究材料的剪切稀化行為。選擇兩個相差十倍的速度，比如1和10轉/分或10和100轉/分，具體取決于材料的厚度。通過計算前一個速度下的粘度值與后一個速度下的粘度值的比值來比較每個速度下的粘度值。由于在較低速度下測量的粘度值幾乎總是比第二個粘度值高，所以這個比值會產生一個大于1.0的數(shù)字。這個比值被稱為“觸變指數(shù)”或“TI”。

對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。對于高剪切稀化材料，如擦傷膏，TI 至少為 2，甚至可能高達 3 或 4。因此，TI 成為改進藥品鑒定和認證的一個非常有用的工具。

制造業(yè)有充分的理由考慮綜合粘度數(shù)據(jù)能為運營帶來的附加值。在制造業(yè)的加工過程中，會發(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行為窗口，就能保證工藝操作順利進行?？此粕願W的“流變學”學科，與制造業(yè)的成功息息相關。

最后一個需要考慮的因素是在制造過程中使用在線過程粘度計。一旦在整個制造過程中獲得了材料性能變化時的粘度數(shù)據(jù)，就有可能在過程中選擇一個控制點來監(jiān)測和控制粘度。盡管過程粘度計已經(jīng)存在多年，但制造操作通常并不了解其潛在用途。產品的穩(wěn)定性是目標。將浪費或需要重新加工的產品最小化是必然結果。這就是粘度計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)通過更深入地運用流變學來改進運營，將從中獲益。研發(fā)和質量控制部門能夠成為實現(xiàn)這一目標的有力合作伙伴。關鍵在于在提高加工性能的同時，生產出穩(wěn)定的產品，并滿足客戶的期望。