점탄성의 뜻
탄성체와 같은 성질과 점성 유체와 같은 성질을 함께 지니는 것. 고분자에서는 응력 완화나 크리프로 나타나며, 시간과 온도에 의존한다.
일본어 명칭: 粘弾性
‘점탄성’ 관련 연습 문제는 1개 분야에 2문제가 있습니다(고분자·복합재료 등).
이 용어의 분야: 고분자·복합재료
점탄성 연습 문제에 도전
점탄성의 역학 모델에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- A스프링과 대시포트를 직렬로 연결한 맥스웰 모델은 일정 변형률에서의 응력 완화를 나타낼 수 있다
- B스프링과 대시포트를 병렬로 연결한 보이트 모델은 일정 변형률에서의 응력 완화를 나타낼 수 있다
- C맥스웰 모델은 일정 응력에서 변형률이 일정한 값에 가까워지는 크리프를 나타낼 수 있다
정답과 해설 보기
정답: A. 스프링과 대시포트를 직렬로 연결한 맥스웰 모델은 일정 변형률에서의 응력 완화를 나타낼 수 있다
맥스웰 모델(직렬)에 일정한 변형률을 주면, 처음에는 스프링이 늘어나 응력이 생기고, 그 후 대시포트가 천천히 늘어나면서 스프링이 줄어들므로 응력은 σ = σ₀exp(−t/τ)(τ = η/E)와 같이 완화됩니다. 보이트 모델(병렬)에서는 스프링과 대시포트의 변형률이 항상 같으므로, 일정 변형률에서는 응력이 완화되지 않습니다. 보이트 모델이 나타내는 것은 일정 응력에서 변형률이 시간과 함께 일정한 값에 가까워지는 지연 탄성(크리프)입니다. 맥스웰 모델에 일정 응력을 가하면, 변형률은 일정한 값에 가까워지지 않고 시간에 비례하여 계속 늘어납니다. 실제 고분자는 이것들을 조합한 4요소 모델 등으로 근사합니다.
고분자의 점탄성에서 시간-온도 환산 법칙(시간-온도 중첩 원리)의 개념으로 옳은 것은 무엇인가?
- A온도를 올리는 것은 더 긴 시간(더 낮은 주파수)으로 측정하는 것과 같은 효과를 가진다
- B온도를 올리는 것은 더 짧은 시간(더 높은 주파수)으로 빠르게 측정하는 것과 같은 효과를 가진다
- C점탄성의 성질은 온도만으로 정해지며, 측정 시간이나 주파수를 바꾸어도 탄성률은 전혀 변하지 않는다
정답과 해설 보기
정답: A. 온도를 올리는 것은 더 긴 시간(더 낮은 주파수)으로 측정하는 것과 같은 효과를 가진다
고분자의 분자 운동은 온도가 높을수록 빠르므로, 고온에서 짧은 시간에 일어나는 완화는 저온에서는 긴 시간에 걸쳐 일어납니다. 그래서 서로 다른 온도에서 측정한 완화 탄성률 곡선을 로그 시간축을 따라 평행 이동하면, 한 개의 합성 곡선(마스터 곡선)으로 겹칠 수 있습니다. 즉 온도를 올리는 것은 장시간(저주파수) 쪽에서 측정하는 것과 같은 효과를 가집니다. 이동량(이동 인자)은 Tg 부근에서는 WLF 식, Tg보다 충분히 낮은 온도에서는 아레니우스형 식으로 나타냅니다. 이 원리를 쓰면 고온에서의 단시간 시험으로부터 실온에서의 장기 크리프나 응력 완화를 예측할 수 있습니다.