유변학적 측정은 물질의 유변학적 특성을 파악하는 데 사용되는 실험 기법을 의미합니다. 유변학은 힘, 변형, 시간 간의 상관관계를 설명하는 물질의 흐름과 변형에 관한 학문으로 정의됩니다.  유변학이라는 용어는 ‘흐름’으로 번역되는 그리스어 ‘rheo’와 ‘학문’을 뜻하는 ‘logia’에서 기원한 단어이나, 위의 정의에 따라 유변학은 액체적 물질의 흐름에 대한 것이기도 하지만 고체적 물질의 변형에 대한 것이기도 합니다. 특히 힘, 변형, 시간에 반응하여 고체와 액체의 특성을 모두 보이는 복잡한 점탄성 물질의 거동을 다룹니다.

물질의 흐름 특성과 점탄성 특성을 파악하기 위해 실시할 수 있는 유변학적 측정 시험에는 여러 가지가 있으며, 사용되는 레오미터의 유형과 그 기능에 크게 좌우됩니다. 여기에는 항복 응력이 포함됩니다.

Malvern Panalytical은 두 가지 주요 유변학적 측정 기법을 제공합니다:

  • 회전식 유변학적 측정(Rotational rheometry)
  • 모세관 유변학적 측정(Capillary rheometry)

회전식 유변학적 측정

작동 방식

두 개의 플레이트 또는 원뿔형 장치와 플레이트 또는 cup & bob 시스템과 같은 다른 유사한 지오메트리 사이에 시료를 로드합니다. 상부 플레이트에 토크를 가하면 물질에 회전 전단 응력이 가해지고 결과적인 변형 또는 변형 속도(전단 속도)가 측정됩니다. 회전 레오미터와 점도계는 작동 원리가 동일하지만 회전 레오미터가 훨씬 더 많은 기능을 제공합니다. 이러한 차이는 정확도와 전단 응력 적용할 수 있는 범위, 진동 시험을 위한 설비, 그리고 회전 시험 중에 가해지는 수직 항력에 대한 제어 수준에서 가장 뚜렷하게 나타납니다.

유용하게 사용되는 용도

회전 레오미터는 단언컨대 다목적성이 가장 뛰어난 유변학 도구이며, 다양한 유변학적 방법으로 현탁액의 구조와 성능을 측정하도록 구성할 수 있습니다. 시험 유형은 수십 년의 토크에 대한 단순 점도 흐름 곡선(전단에 대한 점도 도표)을 생성하는 것부터 항복 응력 측정, 그리고 음식 저작을 시뮬레이션하는 정밀한 순서에 이르기까지 다양합니다. 현대적이고 정교한 기기는 제품의 특정 공정 또는 사용 환경에 근접하게 시험 방법을 대응시킬 수 있습니다. 혁신적인 소프트웨어 덕분에 초보 유변학자도 관련 데이터를 생성 및 해석할 수 있게 되었습니다.

회전 레오미터는 페이스트와 겔부터 구조가 가장 약한 액체에 이르기까지 다양한 시료 유형에 사용됩니다. 이러한 기기는 매우 낮은 전단 응력 영역에 적용되는 전단을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 안정성 시험과 항복 응력 측정에 적합합니다. 그러나, 회전 레오미터는 구조가 약한 저점도 유체에서 점도를 정밀하게 감별하는 것보다는 수십 년의 토크에서 작동하도록 최적화되었습니다. 또한, 회전 레오미터는 고전단 영역에서 1000 s-1를 초과하는 전단 속도에서 기계적 한계에 직면해 있습니다.

모세관 유변학적 측정

작동 방식

높은 압력 하에서 시료에 힘을 가하여 치수가 잘 정의된 배럴 또는 다이를 통해 압출시킵니다. 배럴 또는 다이에서 압력 강하를 측정하여 유체의 압력-유량 데이터를 얻고 이를 통해 점도를 계산합니다. 관심 대상 처리 환경을 시뮬레이션하기 위해 온도와 전단 속도를 면밀히 제어할 수 있습니다.

유용하게 사용되는 용도

고분자 산업에서 기원한 모세관 유변학적 측정은 높은 입자 부하에서 비교적 큰 입자를 함유한 현탁액 및 슬러리의 점도 프로파일을 측정하는 데 유용합니다. 산업용 예로 고분자 용융물, 세라믹 슬러리, 식품류, 잉크, 코팅제가 있습니다. 모세관 레오미터는 매우 높은 힘을 가할 수 있으므로 회전식 유변학적 측정보다 훨씬 높은 전단 속도에서 거동을 탐색할 수 있습니다. 높은 전단 속도 성능은 압출 및 분사와 같은 많은 산업 공정에 적합합니다. 특정 응용 분야에서는 모세관 유변학적 측정에 필요한 시료 크기 즉, 흐름 곡선 생성을 위한 약 1리터의 크기가 제한사항입니다.