레오미터 고체시료 비틀림 시험방법

레오미터를 이용한 비틀림 테스트는 고체 물질이라는 것을 제외하면 기존에 설명드린 사인 진동 전단 테스트와 차이점이 없습니다. 이번 포스팅에서는 레오미터 장비를 활용한 유변학 거리의 오른쪽 편인 고체 구역에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

 

 

고체시료의 레오미터 시험 방법

일반적으로 시료는 고체 비틀림 막대와 최대 두께가 1mm인 포일 그리고 직사각형 또는 원형 횡단면입니다. 이런 시료를 특수한 고체 막대용 클램핑 기구에 고정하여 사용합니다.  예를 들면 아래쪽 클램프는 고정시키고 위쪽으로 이동 가능한 클램프는 측정 시스템의 커플링과 레오미터 축에 연결하여 사용합니다.

 

레오미터 비틀림 시험방법

 

직사각형 횡단면이 있는 고체 비틀림 막대의 일반적인 치수는 40x10x1mm로 설정되어 있습니다. 실제로 전체 테스트 시료는 약간 더 깁니다. 여기서 치수로 제시하는 40mm에는 두 클램프 간의 자유 길이만 포함됩니다. 다른 치수를 사용할 수도 있지만 ISO 6712-2 규격에 표기된 치수는 최대 120x11x2mm입니다.

 

 

DMA와 DMTA 테스트 방법

고체 시료를 일정한 온도에서 수행하는 테스트는 DMA(동적 기계 분석) 테스트이고 여러 측정 온도에서 수행하는 테스트는 DMTA(동적 기계 열 분석) 테스트라고 부릅니다. ISO 6721-1에 따르면 대부분의 진동 테스트가 위의 두 가지 시험방법으로 설명되고 아래의 4가지로 구분할 수 있습니다.

 

DMA와 DMTA 분석 그래프

 

전단 테스트

점탄성 액체와 반고체, 고체 시료를 대상으로 하고 고체 시료에는 비틀림 테스트를 적용할 수 있습니다. 토크와 회전 각도, 상전이를 측정 파라미터로 사용해 회전축을 기준으로 하는 진동 형식으로 진행됩니다. 두 테스트 유형에서 모두 유변학적 파라미터 G*, G', G", tanδ를 측정합니다.

 

 

인장 테스트

인장력과 인장 길이, 상전이를 파라미터로 사용하며 진동 테스트 중 한 가지입니다. 이 테스트 유형에서는 유변학적 파라미터 E*, E', E", tanδ를 측정합니다.

 

절곡 테스트

절곡력과 절곡 경로, 상전이를 파라미터로 사용하는 진동 테스트로 유변학적 파라미터는 E*, E', E", tanδ를 측정하는 방법입니다. 

 

 

압축 테스트

압축력과 압축 경로, 상전이를 파라미터로 사용하는 진동 테스트로 유변학적 파라미터는 압축 탄성계수와 tanδ를 측정하는 방법입니다.

 

DMA와 DMTA 예시

두 합판의 열적 거동을 비교하는 실험에서 온도는 30~180℃로 설정 후 가열하는 동안 두 합판의 L1과 L2를 비교합니다. L1은 개질 되지 않은 합판이고 L2는 강화된 합판입니다. 두 가지 합판 모두 바닥재용 합판에 사용되는 제품입니다. 해당 테스트는 화재가 발생하는 경우에 합판이 너무 빠르게 연화되지 않도록 고온에서 특정 경도를 유지하는지 확인하는 실험입니다. 

 

 

치수가 50x10x1mm 규격인 합판을 클램프 사이에 자유 길이 50mm의 비틀림 막대로 고정하고 일정한 동적 기계 조건인 γ = 0.01% 및 ω=10 rad/s 조건에서 실험이 진행되었습니다. 이 테스트는 일반적인 DMTA 비틀림 테스트입니다. 온도가 30℃에서 평가한 두 합판의 G'값은 G"보다 100배 이상 크게 측정되었습니다. L1 시편은 G'값이 4 GPa로 측정되었고 L2 시편은 G'값이 8 GPa로 측정되었습니다. 

 

DMTA 시험방법 및 유리전이 온도(Tg)

 

G"의 최댓값을 통해 유리 전이 온도 Tg도 확인이 가능한데 L1은 132℃, L2는 152℃로 나타났습니다. 이러한 결과를 보았을 때 합판을 개질 하는 이유는 Tg를 높이기 위해서라는 사실을 확인할 수 있습니다. 두 시편의 온도가 20℃ 차이가 나기 때문에 L2 합판 시편은 개질이 잘되었다고 판단할 수 있습니다.

 

오늘은 레오미터 고체시료 비틀림 시험방법에 대해서 알아보았습니다. 레오미터를 적용하여 다양한 시험이 가능하지만 오늘은 고체시료의 비틀림 시험방법을 국한시켜 자세히 알아보았습니다. 레오미터를 다루는 실험실에서는 위의 내용들을 정확하게 이해하고 실제 실험 장비를 활용할 수 있는 능력을 함양시키길 바랍니다.