용어집

멀린스 효과

멀린스 효과는 고무 소재에서 흔히 볼 수 있는 현상을 설명합니다.

NETZSCH DMA Eplexor®®의 범용 테스트 프로그램과 같은 프로그램을 사용하여 스트립 샘플에 대한 응력-변형률 곡선을 기록하면 소위 멀린스 효과(Payne 효과와 혼동하지 말 것)를 관찰할 수 있습니다.

멀린스 효과는 언제 발생하나요?

예를 들어 곡선 3(그림 1)의 시작점에서 끝점까지 일정한 변형률로 샘플을 확장하면 이 간격 내에서 응력이 증가합니다. 곡선 3의 끝에서 변형이 멈추고 샘플이 동일한 변형률로 초기 상태로 '복귀'하면 응력은 다른 방향으로 진행됩니다(곡선 4).

그 후 샘플이 다시 (이전과 동일한 변형률로) 확장되면 곡선 5의 끝에서 멀린스 효과로 설명되는 "흥미로운" 거동을 볼 수 있습니다:

변형률이 증가함에 따라 응력은 먼저 곡선 4를 따라 흐르다가 곡선 5의 끝점까지 곡선 5의 경로를 따라갑니다. 변형률을 다시 반전시키면 이 예에서는 곡선 6으로 설명되는 또 다른 새로운 응력 경로가 나타납니다.

하지만 분자 수준에서는 어떤 일이 일어나고 있을까요?

인장 또는 스트립 시편에 거시적 변형을 가하면 재료 내의 가교 폴리머 사슬이 "늘어나게" 됩니다(그림 2).
거시적으로 보면 시편은 상당히 길어집니다.

폴리머 네트워크 내에서 소위 "클러스터"를 형성하는 카본 블랙과 같은 필러는 분해되어 적용된 변형에 대한 기계적 저항을 감소시킵니다. 소위 "버진" 상태, 즉 기계적으로 응력이 가해지지 않은 샘플, 즉 응력이 가해지지 않은 폴리머 네트워크와 응력이 가해지지 않은 "클러스터"의 경우 재료 강성이 높습니다.

따라서 샘플을 분리하려면 높은 힘이나 응력이 필요합니다(곡선 3). 이러한 "클러스터"의 부분적인 파괴는 언로딩 사이클(곡선 4) 동안 필요한 힘이 상당히 낮아지는 이유입니다. 위에서 설명한 대로 하중 방향을 다시 반대로 하면 응력-변형률 곡선은 처음에 곡선 4를 따라 흐릅니다.

첫 번째 실행에서 곡선 3의 끝점에 도달할 때까지 파괴된 모든 클러스터 구조는 당연히 파괴된 상태로 남아 있습니다.

이것이 응력-변형 다이어그램이 다시 세그먼트 4의 곡선을 따르는 이유입니다. 부분 파괴를 반복하고 여전히 존재하는 클러스터를 더 분리하는 것은 힘의 지속적인 증가와 관련하여 변형률의 지속적인 증가일 뿐입니다.

파괴되는 클러스터의 크기는 변형이 증가함에 따라 계속 감소합니다. 물론 스트레스-변형 테스트가 시작될 때 샘플에 여전히 "버진" 상태로 존재하는 large "클러스터"는 실험이 진행되는 동안 파괴됩니다. 더 높은 수준의 스트레인에서만 더 작은 클러스터도 부분적으로 파괴됩니다.

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