ISO 11443 ASTM D3835 모세관 레오미터 ISO 17744 ASTM D5099 폴리머 유변학적 특성 시험기 모세관 흐름 레오미터

소개

탄성중합체 및 플라스틱 재료는 유변학적 거동을 나타냅니다. 유변학은 흐름과 변형을 총칭하는 용어입니다. 유동 거동 연구에는 일반적으로 전단 응력의 영향을 받아 용융 폴리머에 유동을 유도하도록 설계된 장치인 모세관 레오미터가 사용됩니다. 전단 응력과 전단 변형률이라는 두 가지 매개변수를 직접 측정하여 전단 속도에 따라 점도가 어떻게 변하는지를 나타내는 곡선을 계산할 수 있습니다. 이는 점도 곡선으로 알려져 있습니다. 모세관 레오미터의 측정 방법은 실제 생산 공정을 면밀히 시뮬레이션하여 산업용 재료 연구, 개발 및 제조에 대한 직접적인 실무 지침을 제공합니다. 여기서: α = 전단 점도(Pa·s); σ = 전단 응력(Pa). 점도는 흐름에 대한 저항을 나타냅니다. 점도는 온도와 변형률에 따라 달라집니다. 점도의 변형률 의존성은 단일 테스트 실행의 단일 재료 배치에서 결정될 수 있으며 다양한 속도에 걸쳐 8~10개의 데이터 포인트를 생성합니다. 반대로, 점도의 온도 의존성을 결정하려면 일반적으로 다양한 개별 온도에서 여러 테스트를 수행해야 합니다.

모세관 레오미터(Capillary Rheometer): 이 장비는 모세관 다이를 통해 흐르는 폴리머 용융물의 전단 응력과 전단 속도 사이의 관계를 측정하는 데 사용됩니다. 이를 통해 압출물의 형태를 직접 육안으로 검사할 수 있고, 다이의 길이 대 직경 비율을 변경하여 용융 탄성과 불안정성을 조사할 수 있으며, 특히 폴리머 상전이 결정을 용이하게 합니다. 폴리머의 유변학적 특성에 대한 연구는 제조 작업을 위한 최적의 가공 매개변수를 제공하고 플라스틱 가공 기계 설계에 중요한 데이터를 제공할 뿐만 아니라 재료 선택 및 원자재 변형에 필수적인 구조 및 분자 매개변수와 같은 귀중한 통찰력을 제공합니다. 또한 이 장비는 더 넓은 범위의 가공 시뮬레이션 모드를 제공하고 더 넓은 범위의 전단 속도를 포괄합니다.

응용

MFI(Melt Flow Indexer)는 주로 품질 관리 및 검사에 사용되는 반면 모세관 레오미터는 주로 연구 및 개발 목적으로 사용됩니다.

1. 생산 공정 확립을 위한 과학적 데이터 제공: 플라스틱 원료의 가공 및 제조는 주로 두 가지 주요 매개변수의 제어에 의해 결정됩니다. 첫째, 온도; 둘째, 속도(구체적으로 전단율)입니다.

1.1온도 관련 데이터 제공: 일정한 전단율을 유지하면서 다양한 온도에서 흐름 곡선을 측정함으로써 온도 변동에 따라 재료의 점도가 어떻게 변하는지 나타내는 곡선을 도출할 수 있습니다. 이를 통해 재료의 온도 민감도를 결정할 수 있습니다. 유동-온도 곡선의 기울기가 가파르면(즉, 상당한 기울기를 나타내는 경우) 이는 재료가 온도 변화에 매우 민감하다는 것을 나타냅니다. 반대로, 온도에 따른 점도 변화를 나타내는 곡선이 상대적으로 평평하다면 재료가 온도 변동에 둔감하다는 것을 나타냅니다. 당연히 곡선을 통해 용융물이 최적의 흐름 특성을 나타내는 특정 온도를 쉽게 식별할 수 있으므로 가공 및 생산에 적합합니다. 이는 생산 공정을 확립하기 위한 과학적 기초가 됩니다.

나일론과 같이 흐름 곡선이 온도에 매우 민감한 재료의 경우 정밀한 온도 제어를 유지하는 것이 제품 품질을 보장하는 데 중요합니다. 반면 상대적으로 온도에 둔감한 소재의 경우 단순히 온도를 조정하는 것만으로는 제품 품질에 거의 영향을 미치지 않습니다.

1.2전단율 데이터 제공: 일정한 온도를 유지하면서 다양한 전단율에서 흐름 곡선을 측정함으로써 전단율에 따라 재료의 점도가 어떻게 변화하는지 나타내는 곡선을 얻을 수 있습니다. 전단율에 관계없이 점도가 기본적으로 일정하게 유지되는 재료는 뉴턴 유체로 분류됩니다. 전단율이 증가함에 따라 점도가 감소하는 물질("전단 담화"로 알려진 현상)은 유사가소성 유체로 분류되며, 대부분의 중합체 용융물은 이러한 전단 담화 범주에 속합니다.

세 번째 범주도 있습니다: "전단 농축"(점도는 전단 속도에 따라 증가)을 나타내는 물질입니다. 그래프를 분석함으로써 최적의 유동 특성을 산출하고 따라서 생산 및 가공에 가장 적합한 특정 전단율 범위를 식별할 수 있습니다. 실제 생산 환경에서 전단율은 일반적으로 모터의 회전 속도를 변경하여 조정됩니다.

따라서 선택한 생산 방법에 해당하는 특정 전단율 범위 내에서 나타나는 흐름 특성에 세심한 주의를 기울이는 것이 필수적입니다.

2. 신소재 개발을 위한 과학적 기반 마련

2.1새로운 재료를 개발하거나 기존 재료의 성능을 향상시키려고 할 때 연구자들은 일반적으로 새로운 공식과 구성 비율을 사용하거나 특정 충전제, 첨가제 및 유사한 물질을 재료 매트릭스에 통합합니다. 특정 재료의 특정 구성 성분(제형) 또는 해당 성분의 정확한 비율(조성 비율)에 관계없이 모세관 레오미터를 사용하여 흐름 곡선을 측정합니다. 이 측정은 재료의 성능을 평가하고 전반적인 품질을 결정하며 요구 사양을 충족하는지 확인하기 위한 객관적인 기초로 사용됩니다. 재료의 성능이 요구 사항에 미치지 못하는 경우 연구원은 특정 첨가제를 통합하여 성능을 향상시키려고 시도할 수 있습니다. 모세관 레오미터를 사용하여 첨가제 추가 *전*과 *후*의 흐름 곡선을 측정하고 결과 곡선을 비교함으로써 각 첨가제가 재료의 흐름 특성에 미치는 구체적인 영향을 정확하게 확인할 수 있습니다.

2.2동일한 유형의 재료의 경우 흐름 곡선(점도 대 전단율)이 다를 수 있습니다. 일부는 전단 속도에 반응하여 급격한 변화를 보이는 반면, 다른 일부는 보다 점진적으로 변화합니다. 왜 이런가요? 중요한 기여 요인은 재료의 분자량 분포의 실질적인 차이일 가능성이 높습니다.

장비 기능 및 특징

1. 모세관 레오미터: 이 기기는 컴퓨터로 제어되는 지능형 정압 모세관 레오미터입니다. 다양한 온도 및 가열 속도에서 다양한 모세관 다이 사양과 다양한 적용 압력 하에서 압출 속도를 결정하기 위해 컴퓨터 기반 측정 시스템을 활용하여 정압 및 정속 모드에서 작동할 수 있습니다. 컴퓨터 인터페이스를 통해 압출 속도, 압력 및 가열 온도가 기록됩니다. 이 데이터는 점도 값을 계산하기 위해 자동으로 처리됩니다. 또한 시스템은 그래픽 곡선을 생성하고 포괄적인 테스트 보고서를 인쇄합니다.

2. 모세관 레오미터는 고분자 재료의 흐름 특성과 경화 속도를 결정하도록 설계되었습니다. 이는 폴리머 용융물의 점도 및 점성 흐름 활성화 에너지를 측정하고 용융 방사 응용 분야의 공정 매개변수를 조사하는 데에도 활용할 수 있습니다.

3. 모세관 레오미터는 연화점, 녹는점, 유동점, 점도, 점성 흐름 활성화 에너지는 물론 열경화성 재료의 경화 온도를 비롯한 폴리머의 다양한 성능 매개변수를 결정할 수 있습니다.

4. 온도 제어 시스템 및 제어 방법은 우수한 성능을 갖추고 있어 다양한 온도에 걸쳐 고분자 재료의 변화 및 관련 특성의 측정을 용이하게 합니다. 장비는 컴퓨터로 제어됩니다. 실시간 테스트 곡선을 그려 테스트 중 동적 변화를 시각적으로 표시하고 Hagen-Poiseuille, Rabinowitsch 및 MFR(용융유량)과 같은 방정식을 기반으로 데이터를 생성합니다.

5. 모세관 레오미터는 합리적인 설계를 특징으로 하는 하중 적용 메커니즘을 사용합니다. 컴퓨터 제어 하에 높은 정밀도와 뛰어난 안정성으로 연속 하중 적용을 실행합니다. 이 기기는 고분자 재료에 대한 응력-변형 곡선과 가소화 곡선을 그릴 수 있을 뿐만 아니라 연화점, 녹는점, 유동점에 해당하는 온도를 결정할 수 있습니다. 마지막으로 그래픽 곡선을 생성하고 완전한 테스트 보고서를 인쇄합니다.

테스트 기능 및 방법

1. 일정한 전단율 시험: 전단 응력 대 전단율 곡선뿐만 아니라 전단 점도 대 전단율 곡선을 결정할 수 있습니다.

2. 정압 전단 시험: 전단 점도 대 전단율 곡선을 결정할 수 있습니다.

3. 단계적 전단율 테스트: 다양한 전단율 설정이 가능합니다. 전단 응력 대 전단 속도 곡선 및 전단 점도 대 전단 속도 곡선을 결정할 수 있습니다. 또한 실험 중에 관찰된 곡선 변화를 기반으로 용융 파괴 조건을 평가하고 용융의 최소 유동 압력과 전단 속도를 결정할 수 있습니다.

3.1흐름/흐름 없음 테스트: 점도와 온도 사이의 관계를 결정하여 최소 흐름 온도를 정확하게 결정할 수 있습니다.

3.2용융 파손 및 흐름 불안정성: 용융 파손 및 용융 파열을 포함한 흐름 불안정 현상을 조사합니다.

4. 온도 램프 테스트: 온도가 증가함에 따라 용융 점도의 변화를 결정합니다.

5. 일정한 압력 온도 램프 테스트: 재료의 연화점을 측정합니다.

적용 가능한 테스트 표준

GB/T 25278-2010: *플라스틱 — 모세관 및 슬릿다이 레오미터를 사용한 플라스틱 유동성 측정*

HG/T 4300-2012: *고무의 유변학적 특성 측정 — 플런저형 모세관 레오미터 방법*

ISO 11443-2021: *플라스틱 - 모세관 및 슬릿다이 레오미터를 사용한 플라스틱 유동성 측정*

ISO 17744-2004: *플라스틱 - 모세관 및 슬릿다이 레오미터를 사용한 플라스틱 유동성 측정*

ASTM D3835-16: *모세관 레오미터를 사용한 고분자 재료의 특성 측정을 위한 표준 테스트 방법*

ASTM D5099-08: *모세관 레오미터를 사용한 고무 배합 및 가공 특성에 대한 표준 테스트 방법*

LISO 11443 ASTM D3835 모세관 유량계 ISO 17744 ASTM D5099 폴리머 유변학적 특성 시험기 모세관 흐름 유량계