중합체의 유동 특성 시간에 독립적 인 유체
중합체 용액,분산액 및 용융물은 일반적으로 비 뉴턴 액체입니다. 이것은 그들의 겉보기 점도(1)가 적용된 전단 속도에 의존하고 분자량(반복 단위 수)이 증가함에 따라 빠르게 증가한다는 것을 의미합니다. 따라서,중합체 용융물의 점도는 상응하는 단량체의 점도보다 항상 더 크다. 이것은 폴리머 분자 사이의 얽힘과 분자간 힘 때문입니다.
시간 독립 비 뉴턴 유체의 전단 속도(2)-전단 응력(2)관계는 일반 방정식에 의해 설명 될 수있다
또는 전단 속도의 함수로서 전단 응력 곡선에 의해 그래픽으로 표시됩니다. 시간 독립적 유체의 네 가지 기본 유형은 아래 그림에 나와 있습니다.
이 유형이 액체의 진짜 교류 행동의 이상화다는 것을 강조되어야 합니다. 대부분의 중합체 용액 및 용융물은 전단 희석,즉 가성 플라스틱 재료의 부류에 속하는 반면 전단 농축 또는 팽창 거동은 거의 관찰되지 않습니다. 전단 농축 유체의 몇 가지 일반적인 예는 물 속의 옥수수 녹말과(폴리머)용액에 분산 된 나노 입자입니다.
중합체 용융물 및 용액의 관찰된 전단 얇아짐은 유동 동안 중합체 사슬의 이탈에 의해 야기된다. 충분히 높은 분자량을 가진 중합체는 항상 얽혀 있고(스파 게티와 같이)휴식시 무작위로 배향됩니다. 그러나 전단 할 때,그들은 점도를 떨어 뜨리고 점도를 떨어 뜨리기 시작합니다. 풀림 정도는 전단 속도에 따라 달라집니다. 충분히 높은 전단 속도에서 중합체는 완전히 분리되고 완전히 정렬 될 것이다. 이 정권에서,중합체 용융 또는 용액의 점도는 전단 속도,즉 중합체가 다시 뉴턴 액체처럼 행동 할 것이다.중합체 사슬은 너무 느리게 움직이므로 얽힘이 전단 흐름을 방해하지 않습니다. 무한 저속 전단에서의 점도를 제로 전단 속도 점도(100)라고합니다. 전형적인 거동은 전단 속도에 대한 중합체 용융물의 겉보기 점도,제 2 의 의존성을 보여주는 아래 그림에서 일련화된다.
전단-숱이 정권에서 유체의 동작 오스왈드와 드 웰레의 전력 법칙 방정식으로 설명 될 수있다:
이 방정식은 로그 형식으로 작성 될 수 있습니다,
즉,폴리머 용액 또는 용융물이 유사 플라스틱 액체처럼 동작하는 경우 전단 응력(2000)대 전단 변형률(2000)의 로그-로그 플롯은 직선을 생성해야합니다. 일반적으로 직선은 전단 속도의 1~20 년 동안 그려 질 수 있지만 오스왈드 법칙에서 더 넓은 범위의 편차를 기대할 수 있습니다.
겉보기 점도는 다음에 의해 정의됩니다.
이 식을 오스왈드 방정식과 결합하면 겉보기 점도에 대한 두 번째 제곱 법칙 방정식을 얻습니다:
힘 법칙은 또한 팽창제(전단 농축)액체의 거동을 설명하는 데 사용될 수 있습니다. 이 경우 지수의 값 엔 1 보다 클 것입니다. 다시 말하지만,오스왈드 방정식이 더 넓은 범위의 전단 속도에 적용될 때 눈에 띄는 편차를 기대할 수 있습니다.
일부 다른 유체는 흐름을 시작하기 전에 임계 전단 응력이 필요합니다. 이 종류의 유체를 플라스틱 유체라고하며 흐르는 액체가 일정한 점도를 가지면 빙햄 액체라고합니다. 그러나,이러한 거동은 통상의 중합체 용융 및 용액에서 관찰되지 않는다. 플라스틱 흐름 거동의 전형적인 예는 폴리머/실리카 마이크로 및 나노 복합체입니다. 낮은 전단 응력에서의 고체 유사 거동은 실라 놀 그룹 간의 수소 결합으로 인한 매력적인 입자-입자 상호 작용에서 발생하는 실리카 네트워크 구조의 형성에 의해 설명 될 수 있습니다. 일단 입자 네트워크가 임계 항복 응력의 적용에 따라 분해되면,중합체는 정상적인 흐름 거동을 나타낸다.
항복 응력보다 일정한 점도를 갖는 플라스틱 유체의 유동 거동은 빙햄 방정식으로 설명될 수 있다:
반면 플라스틱 유체의 비 뉴턴(전단 얇아 짐)거동은 허셜-벌 클리 모델로 설명 할 수 있습니다:
점도에 대한 표준 정의 사용: 빙햄 점성소성 물질의 겉보기 점도는 다음과 같이 쓸 수 있다.
따라서 빙햄 유체의 겉보기 점도는 전단 속도가 증가함에 따라 감소하고 매우 높은 전단 속도로 일정한 한계에 도달합니다.
1 겉보기 점도는 종종 뉴턴 점도와 구별하기 위해 기호가 아닌 기호가 주어진다.
2 두 번째 고원은 중합체 용융물에 대해 관찰되었는데,이는 또한 중합체 사슬이 끊어지는(전단-유도 분해)원인이 될 수 있는 매우 높은 전단 속도를 필요로 하기 때문이다.