소개
유변학 측정에서 관심 있는 전단 속도는 응용 분야에 따라 다릅니다. 스프레이와 같이 재료가 오리피스를 통해 빠르게 밀려 들어가는 빠른 공정에서는 최대 100,000 s-1의 높은 전단 속도가 필요합니다. 반대로 점도가 훨씬 높은 폴리머의 압출은 훨씬 낮은 속도(일반적으로 1000배 이상 낮은 속도)로 이루어집니다. 더 낮은 전단 속도는 매우 느린 공정을 평탄화라고 설명하는 데 사용됩니다.
레오미터 버전
레오미터의 선택은 필요한 전단 속도에 따라 달라집니다. 낮은 전단 속도 범위에서 측정할 때는 회전식 레오미터인 키넥서스가 적합하지만, 최대 1,000,000 s-1의 높은 전단 속도에 도달하려면 Rosand 모세관 레오미터를 사용해야 합니다.
다음에서는 거의 70년에 걸쳐 폴리프로필렌 재료의 점도 곡선을 얻습니다. 이를 위해 NETZSCH 키넥서스 회전식 레오미터와 NETZSCH 로잔드 모세관 레오미터가 모두 사용됩니다(표 1의 측정 조건 참조).
표 1: 측정 조건
| 악기 | 키넥서스 |
|---|---|
| 샘플 | 폴리프로필렌 |
| 지오메트리 | 플레이트-플레이트, 직경: 25mm |
| 온도 | 190°C |
| 측정 간격 | 1 mm |
| 주파수 | 10-3 ~ 10Hz |
| 전단 응력 | 1,000 Pa |
| 악기 | Rosand |
|---|---|
| 온도 | 190°C |
| 모세관 다이 | 직경: 1mm 및 0.5mm, 길이: 16mm |
| 제로 다이 | 직경: 1mm 및 0.5mm, 길이: 0.25mm |
| 압력 트랜스듀서 모세관 쪽 | 10,000Psi(689.5bar) |
| 압력 트랜스듀서 제로면 | 1,500Psi(103.4bar) |
측정 조건에 대한 설명
- 키넥서스 회전 레오미터
흔히 생각하는 것처럼 회전 측정이 아닌 주파수 스윕을 수행했습니다. 여기에서는 비보강 폴리머의 경우 복합 전단 점도 대 주파수가 전단 점도 대 전단 속도와 동일한 값을 제공한다는 콕스-머츠 법칙이 사용되었습니다. 진동 측정은 회전 측정에 비해 재료가 정지한 상태에서 측정된다는 장점이 있습니다. 따라서 폴리머는 원심력을 받지 않으므로 높은 전단 속도에서 회전 측정 시 발생할 수 있는 갭에서 벗어나지 않습니다. 이 주제에 대한 자세한 내용은 애플리케이션 노트 236 및 243 [1, 2]에서 확인할 수 있습니다. - Rosand 모세관 레오미터
직경 1mm 다이를 사용하여 최대 10,000 s-1의 전단 속도를 얻었으며, 직경 0.5mm 다이를 사용하면 더 높은 전단 속도에 도달할 수 있었습니다.
측정 결과
그림 1은 회전 및 모세관 레오미터에서 측정한 폴리프로필렌의 복합 점도 곡선을 보여줍니다. 낮은 전단 속도 범위에서 이 재료는 뉴턴 거동을 보입니다: 전단 점도는 전단 속도에 의존하지 않습니다. 이 제로 전단 고원에서 전단 점도는 4400 Pa-s에 달합니다.
전단 속도가 높으면 폴리머가 전단 얇아집니다: 전단 속도가 증가함에 따라 전단 점도가 감소합니다. 이 범위에서 적용된 전단 응력은 폴리머 사슬을 풀기에 충분히 높습니다. 폴리머 사슬은 서로 미끄러지면서 흐름을 촉진하고 전단 점도 감소를 설명할 수 있습니다.
결론
NETZSCH 에서 제공하는 회전 및 모세관 레오미터 측정의 독특한 조합을 통해 매우 광범위한 전단 속도 범위를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 폴리머의 거동은 전단 속도에 따라 크게 달라지기 때문에 이는 폴리머의 경우 매우 중요합니다.