초록 ▼

선형 점탄성은 물질에 가해진 자극(변형량)과 이에 대한 응답(응력)간의 관게가 변형량의 크기에 의존하지 않는 작은 변형하에서 발생한다. 그러나 변형의크기 또는 변형 속도가 증가하면 선형 점탄성 거동과는 달리 변형량과 응력간의 선형성이사라지며, 정현적 진동으로 주어지는 변형에 대해 응력파형이 일정한 주기를 갖는 비정현파로 나타나는 비선형 점탄성 거동(nonlinear viscoelastic behavior)이 발생하게 된다.엔지니어링 플라스틱의 성형 또는 합성섬유의 방사공정과 같은 고분자 가공공정에 있어서 가공원액에 부여되는

선형 점탄성은 물질에 가해진 자극(변형량)과 이에 대한 응답(응력)간의 관게가 변형량의 크기에 의존하지 않는 작은 변형하에서 발생한다. 그러나 변형의크기 또는 변형 속도가 증가하면 선형 점탄성 거동과는 달리 변형량과 응력간의 선형성이사라지며, 정현적 진동으로 주어지는 변형에 대해 응력파형이 일정한 주기를 갖는 비정현파로 나타나는 비선형 점탄성 거동(nonlinear viscoelastic behavior)이 발생하게 된다.엔지니어링 플라스틱의 성형 또는 합성섬유의 방사공정과 같은 고분자 가공공정에 있어서 가공원액에 부여되는 변형량 및 변형속도는 선형 영역을 벗어나는 큰 크기의 자극으로서주어지므로 이때 고분자 액체가 나타내는 역학적 거동은 기존의 선형 점탄성 이론으로는 그해석이 불가능하다. 그러므로 대변형하에서 고분자 물질의 비선형 거동 해석은 실제 공정과 관련된 공학적인 관점에서 볼 때 반드시 해명되어야 할 중요한 과제라고 할 수 있다.본 과제에서는 Advanced Rheometric Expansion System(ARES)를 사용하여 대진폭 진동전단 변형하에서 발생하는 Polyisobutylene(PIB) 농후용액의 비선형 점탄성 거동을 저장탄성율과 동적점도의 변형량 의존성 및 응력파형의 Fourier 해석으로 고찰하였다. 동적 점탄성의 감소비가 5% 이내의 범위를 선형 점탄성으로 인정하여 저장탄성율 및 동적점도의선형 응답한계를 결정하고 이들에 미치는 각주파수의 영향을 조사하였다. 그리고 비선형영역에 있어서 변형량 증가에 따른 저장탄성율 및 동적점도의 감소거동을 비교하였다. 나아가서 응력파형의 Fourier 전개로부터 유도되는 비선형 점탄성 함수를 사용하여 비선형 거동을 설명하였다. 끝으로 비선형 점탄성 거동의 정도를 나타내는 비선형 거동 지수를 정의하고 이들에 미치는 각주파수의 영향에 대해 검토하였다. 이상의 연구를 통해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 대변형하에서의 비선형 거동의 저장탄성율이 동적점도에 비해 더욱 현저한 변형량 의존성을 나타내며 또한 보다 작은 스트레인 영역에서 비선형 거동이 발생하기 시작한다. (2) 선형 점탄성 응답한계는 고분자 용액의 특성시간의 역수보다 높은 각주파수 범위에서는 일정한 값을 유지하지만, 특성시간의 역수보다 낮은 각주파수 영역에서는 각주파수가 감소할수록 증가한다. (3) 선형 응답한계 이상의 대변형하에서는 3차 비선형 점탄성 함수 이상의 고차항의 영향이 크게 작용하며 이로 인해 비선형 거동이 발생한다. (4) 비선형 점탄성 거동의 정도를 나타내는 비선형 거동 지수는 특정한 각주파수에서최대치를 가지며 탄성적 거동이 점성적 거동이 점성적 거동에 비해 더욱 큰 각주파수 의존성을 나타낸다.

Abstract ▼

If a polymeric liquid is subjected to sufficiently smalldeformations, the relation between the stress and the strain shows a linear behavior andcan be described by the classical theory of linear viscoelasticity. At large deformationsor high shear rates, however, the linearity between the str

If a polymeric liquid is subjected to sufficiently smalldeformations, the relation between the stress and the strain shows a linear behavior andcan be described by the classical theory of linear viscoelasticity. At large deformationsor high shear rates, however, the linearity between the stress and the strain disapperasand the nonlinear viscoelastic behavior occurs.In polymer processings such as the moulding of engineering plastics and thespinning of synthetic fibers, the linear viscoelastic theory is no longer valid forinterpreting the rheological behavior of polymeric liquids, since the raw polymeric liquidsare subjected to large deformation magnitude and high deformation rate. An analysis ofnonlinear viscoelastic behavior of polymeric materials with large deformation is,therefore, of great importance from the engineering view-point.Using an Advanced Rheometric Expansion System(ARES), the nonlinear viscoelasticbehavior of concentrated polyisobutylene(PIB) solutions in large amplitude oscillatoryshear field has been investigated by the strain amplitude dependence of the dynamicproperties and the fast Fourier transform(FFT) analysis. The range in which thestorage modulus and dynamic viscosity have fallen 5% below the zero-strain value wasrecognized as linear viscoelastic region. The strain limits of linear viscoelastic responsewere determined and the effect of angular frequency on these values was examined.Further, the influence of nonlinear viscoelastic functions derived from the Fourierspectrum of stress response was discussed. Finally, the nonlinear behavior indices weredefined and the effect of angular frequency on the values was discussed. Main resultsobtained from this study can be summarized as follows : (1) The storage modulusshows a much stronger dependence on the strain amplitude, and demonstrates anonlinear behavior at a smaller strain amplitude range than does the dynamic viscosity.(2) Both of the elastic and viscous strain limits of linear response increase withdecreasing the angular frequency at range lower than the inverse value of thecharacteristic time. (3) The higher harmonic terms of the nonlinear viscoelasticfunctions show an obvious effect at large strain amplitude range where the nonlinearbehavior occurs. (4) The nonlinear behavior indices representing the degree of nonlinearviscoelasticity have the maximum values at a specific angular frequency.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 2. 실험...10
• 3. 결과 및 고찰...14
• 4. 결론...34
• 5. 참고문헌...35