[논문]정상전단유동의 급개시에 따른 폴리에틸렌옥사이드 수용액의 응력성장거동

배준웅; 이지석; 송기원

doi:10.12772/tse.2013.50.292

정상전단유동의 급개시에 따른 폴리에틸렌옥사이드 수용액의 응력성장거동
Stress Growth Behavior of Aqueous Poly(ethylene oxide) Solutions at Start-up of Steady Shear Flow

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.50 no.5, 2013년, pp.292 - 307

배준웅 ((주)효성 나이론폴리에스터원사 퍼포먼스유니트 기술팀) , 이지석 (부산대학교 공과대학 유기소재시스템공학과) , 송기원 (부산대학교 공과대학 유기소재시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is to systematically elucidate the transient rheological behavior of viscoelastic polymer solutions at start-up of steady shear flow. Using a strain-controlled rheometer [Advanced Rheometric Expansion System (ARES)], the stress overshoot behavior of concentrated aqueous poly(ethylene oxide) [PEO] solutions has been thoroughly investigated with applying a number of shear rates to these polymer solutions. In this article, the typical stress growth behavior of aqueous PEO solutions was firstly presented on the basis of experimentally obtained data and nextly the effects of shear rate, molecular weight, and concentration on this behavior were discussed in depth. In order to theoretically predict the stress growth behavior, the Wagner constitutive equation (a time-strain separable constitutive equation) and the Bird-Leider model were employed and the applicability of these models was examined in detail. The main findings obtained from this study can be summarized as follows: (1) At the inception of low shear rates, the stress overshoot behavior is not observed but the shear stress progressively increases with time until the steady state stress value is reached. As the shear rate is increased, however, aqueous PEO solutions exhibit a pronounced stress overshoot followed by a stress decay to reach the steady state flow condition. (2) The maximum shear stress increases linearly with an increase in shear rate in a double logarithmic scale and becomes larger with an increase in concentration. (3) The time at which the maximum shear stress occurs, $t_{max}$, shows a linear relationship with the inverse of shear rate in a double logarithmic scale, regardless of molecular weight and concentration. (4) When the Wagner constitutive equation is used, the Wagner damping function exhibits superior performance to the Soskey-Winter damping function in predicting the transient stress growth behavior of aqueous PEO solutions. (5) The Bird-Leider empirical model can be successfully used for predicting the transient stress growth behavior of aqueous PEO solutions. This model is especially effective for expressing the maximum shear stress as well as the time at which this maximum stress is observed.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비선형 거동은 무엇으로 대별할 수 있는가?	이러한 과도적 상태에서의 비선형 거동은 물질에 주어진 자극의 양식에 따라 단계적 변형(step strain) 및 단계적 속도(step rate)로 대별할 수 있다[4,5]. 단계적 변형이란 정지 상태의 시료에 갑자기 일정한 크기의 변형을 발생시켜서 시간경과에 따른 응력의 완화거동(relaxation behavior)을 관찰하는 방법이다.
	실제 공정상 발생하는 급격한 유동특성의 파악을 위해서 비선형 점탄성 거동에 관한 고찰이 필요한 이유는 무엇인가?	점탄성 고분자액체의 유변학적 거동(rheological behavior)을 설명함에 있어서 선형 점탄성 이론은 전체 변형의 크기 또는 최대 변형 속도가 작은 경우에만 적용될 수 있다[1,2]. 그러나 실제 공정중에 이러한 조건을 만족시키는 경우는 거의 없기 때문에 선형 점탄성 이론만으로는 실제 공정에서 발생하는 고분자 액체의 유변학적 거동을 정확히 기술하는 것은 불가능하다. 따라서 실제 공정상에서 발생하는 급격한 유동특성을 파악하기 위해서는 과도적 상태에서의 비선형 점탄성 거동에 대한 고찰이 반드시 요구된다[3].
	폴리에틸렌 옥사이드는 무엇인가?	폴리에틸렌 옥사이드(poly(ethylene oxide), 이하 PEO)는 올리고머(oligomer)에서 분자량이 8×106 정도의 초고중합체에 이르기까지 공업적 제조가 가능한 대표적인 수용성 선형 고분자(water-soluble linear polymer)로서 분자쇄의 높은 유연성(flexibility)에 기인하는 독특한 유변학적 특성을 나타낸다고 보고되고 있다[13,14]. 또한 PEO는 물 이외에도 여러 종류의 유기용매에 용해되며 높은 겔화 능력 및 낮은 독성을 갖고 있고 오랜 기간에 걸쳐 부패하지 않으므로 의약품, 화장품, 식품, 제지, 섬유공업 등에서 기능첨가제의 역할로 광범위하게 이용되고 있다.

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