응용 유변학 유동곡선 항복점 평가방법

응용 유변학 유동곡선 항복점 평가방법

응용 유변학 유동 곡선을 통해서 항복점을 평가할 수 있습니다. 항복점은 가장 낮은 전단 응력 값으로 이것보다 더 큰 범위에서는 소재가 유체처럼 거동하고 그 아래의 범위에서는 소재가 경화된 고형물처럼 거동합니다.

 

 

응용 유변학 유동 곡선과 항복점 항복점 평가방법의 예시로는 치약과, 마요네즈, 요구르트 등이 있습니다. 항복점은 정지 상태에서 시료의 구조를 분할하여 시료가 흐를 수 있게 만들기 위한 최소한의 힘을 의미합니다.

 

 

유변학적 측면에서 보면 항복점은 전단 응력의 한계로 보고 단위는 Pa로 표기합니다. 확인된 항복점은 소재별로 일정하지 않고 이 값은 시료의 전처리와 사용하는 측정방법 및 평가 방법에 따라서 다릅니다. 이번 포스팅에서는 회전 테스트를 이용하여 간편한 품질 관리용 테스트 방법과 평가 방법들을 알려드리겠습니다. 

 

선형 스케일과 항복점

선형 스케일로 나타낸 유동 곡선 그래프를 사용한 항복점 확인 방법은 2가지로 분류할 수 있습니다. 유동 곡선의 전단 응력의 축 교차점을 통해서 항복점을 확인하는 방법과 유동 곡선에 대한 수학적 곡선 맞춤 모델을 이용해서 항복점을 확인하는 방법입니다. 아래 각 항목별로 나누어서 설명을 해보겠습니다.

 

 

1. 유동 곡선의 전단 응력 축 교차점을 통해서 항복점을 확인하는 방법

이 방법으로 측정한 유동 곡선은 선형 스케일로 나타낼 수 있습니다. 그리고 유동 곡선의 앞부분에 나타나는 전단 응력 축의 값으로 항복점을 판단합니다. 이러한 방법은 쉽게 사용할 수 있지만 전단 속도의 범위가 낮은 경우 결과가 정확하지 않다는 단점이 있습니다. 그렇기 때문에 간단한 품질 관리 테스트에만 적용되는 방법입니다.

 

선형 스케일 항복점 평가

 

2. 유동 곡선의 수학적 곡선 맞춤 모델을 통해서 항복점을 확인하는 방법

해당 방법은 유동 곡선이 여러 개의 개별 측정 포인트로 구성됩니다. 이 방법은 측정된 유동 곡선 값에 가장 맞는 맞춤 곡선을 적용하여 항복점을 평가할 수 있습니다. 평가 결과는 수학적 함수로 표현되고 대표적으로 Bingham 곡선 맞춤 모델과 Casson 곡선 맞춤 모델, Herschel/Bulkley 곡선 맞춤 모델이 있습니다. 

 

로그 스케일과 항복점

로그 스케일로 나타낸 유동 곡선 그래프로 항복점을 확인하는 방법은 데이터 분해능력이 더 뛰어나기 때문에 항복점을 더 상세하게 표시할 수 있고 계산 옵션을 통해서 보다 정확한 값을 얻을 수 있습니다. 다시 말해서 정지 상태와 전단 속도가 매우 낮은 범위에서도 거동이 확인되기 때문에 이 테스트에 필요한 데이터를 상승 대수 단계로 미리 저장할 수도 있습니다. 이 방법은 공기 베어링이 있는 레오 미터를 사용하는 것을 권장드립니다.

 

 

1. 케첩의 유동 곡선과 항복점

로그 스케일을 통한 항복점 확인 방법의 예시로는 케첩 시료의 항복점을 확인해보는 것이 있습니다. 로그 스케일 내에서 전단 응력의 증가 테스트를 수행하고 항복 값이 전단 응력 축의 교차점이 되도록 유동 곡선 그래프를 선형 스케일과 로그 스케일로 각각 나타냅니다. 선형 스케일 그래프로는 바로 값을 확인하기 어렵지만 로그 스케일 그래프로는 해당 전단 속도에서 항복 값을 정확하게 알아낼 수 있습니다.

 

케첩시료의 항복점

 

2. 두 코팅의 유동 곡선과 항복점

두 번째 예시로는 코팅 분야에서 사용하는 프라이머와 마감칠을 생각할 수 있습니다. 상승 대수 단계를 사용하여 전단 응력 조절 테스트를 수행하고 유동 곡선 다이어그램은 선형 스케일과 로그 스케일 모두 표시됩니다. 선형 스케일 그래프에서는 돋보기를 사용해야 전단 응력 축의 항복점을 판독할 수 있고 반대로 로그 스케일에서는 항복 값을 간단하게 확인할 수 있습니다. 이 테스트에서 항복값 C2(마감칠)의 경우 15Pa이고 C1(프라이머)의 경우에는 0.2Pa입니다. 전단 속도는 두 시료 모두 0.01S-1이고 이때 항복 값이 1Pa보다 작은 페인트는 흐르는 것을 알 수 있습니다. 다시 말해서 코팅할 표면에 약간의 공간이 있으면 페인트가 흘러들어 가는데 이를 프라이머가 잘 막아준다는 것입니다. 

 

선형 스케일과 로그 스케일 비교(페인트)

 

이상으로 응용 유변학 유동 곡선 항복점 평가방법에 대해서 알아보았습니다. 응용 유변학을 통해서 점성이 있는 유체를 평가하는 방법은 다양합니다. 그중에서도 항복점을 확인하는 방법은 매우 중요합니다. 위의 내용을 다시 천천히 읽어보신 후에 유동 곡선 항복점 평가방법을 정확하게 습득해보시길 바랍니다.