콜로이드 분산계와 같은 복잡한 물질의 유변성질은 전단 흐름이 일어날 때 비뉴톤 유동현상을 나타낸다. 이들 유변성질은 유동단위의 성질과 유동 세그먼트 사이의 상호작용에 의하여 영향을 받는다. 유동곡선을 이론적인 틱소트로피식에 적용하여 여러 틱소트로피 유동 곡선에 대한 유동파라메타, 완화시간, $({\beta}_2)_0$, 구조적인 요인, $C_2$, 전단 모듈러스, $X_2/{\alpha}_2$을 구하였다. 유변 파라메타의 변화는 비뉴톤 유동, 점도, 유동 세그먼트의 유동 활성화 에너지와 직접적인 관계가 있다.
The theological properties of aqueous suspensions of Black Hills bentonite were measured by using a Couette-type viscometer. Three kinds of flow units in aqueous bentonite suspension were postulated. Each has a different average relaxation time, one Newtonian. One of the non-Newtonian types is thixotropic, and the other is non-thixotropic. The thixotropic non-Newtonian unit is transformed to a Newtonian unit by shear stress. If the stress is relieved, the transformed unit returns to its original state. Two flow equations were derived by introducing chemical kinetics consideration for such a transition into the generalized theory of viscous flow. One equation describes the "upcurve," a diagram of rate of sheat versus shear stress, obtained by increasing the rate of shear, and the other relates to the "downcurve" obtained by decreasing the shear rate. The equations satisfactorilly describe the experimental thixotropic hysteresis of bentonite suspensions. The equations also were successfully applied to the flow curves of the suspensions containing various amounts of monovalent electrolyte (KCI).
Thixotropy is a time-dependent shear-thinning phenomenon. We derived a new thixotropic formula which is based on the generalized viscosity formula of Ree and Eyring, $f={\Sigma}\frac{X_i}{{\alpha}_i}sinh^{-1}$ () (Refer to the text concerning the notation.) The following is postulated: (1) thixotropy occurs when small flow units attached to a large flow unit separate from the latter under stress (2) elastic energy(${\omega}$) is stored on the large flow unit during the flow process, and (3) the stored energy contributes to decrease the activation energy for flow. A new thixotropic formula was derived by using these postulations, $f={\frac}{X_0{\beta}_0}{\alpha_0}{\dot{s}}+{\frac}{X_1{\beta}_1}{{\alpha}_1}{\dot{s}}+{\frac}{X_2}{{\alpha_x}}sinh^{-1}$[$({\beta}_0)_2$ exp $(-C_2{\dot{s}}^2/RT){\cdot}{\dot{s}}$] f is the shear stress, and s is the rate of shear. In case of concentrated solutions where the Newtonian flow units have little contribution to the viscosity of the system, the above equation becomes, $f=\frac{X_2}{\alpha_2}sinh^{-1}$[$({\beta}_0)_2$ exp $(-C_2{\dot{s}}^2/RT){\cdot}{\dot{s}}$]. In order to confirm these formulas, we applied to TiO2(anatase and rutile)-water, printing ink and mayonnaise systems. Good agreements between the experiment and theory were observed.
수화 겔의 유변성질에 있어서 합성 조건과 수화 물 양의 영향이 연구되었다. cone-plate 레오메타를 사용하여 polyacrylamide 수화 겔의 비 뉴톤 유동 곡선을 얻었다. 이렇게 얻은 유동곡선에 유동에 대한 비뉴톤식을 적용하여 유변 파라메타를 계산하여 얻었다. polyacrylamide 수화 겔은 전단속도가 증가함에 따라 구조가 약해지는 흐름변성 현상을 나타낸다. 이들 유동성질은 유동단위의 특성과 유동 분절사이의 상호 관계에 의해서 나타나는 물질적인 성질이다.
고분자 용융 같은 물질의 유변학적인 성질은 전단 흐름에서 복잡한 비 뉴톤 유동 현상을 보인다. 이들 유동성질은 유동단위와 유동부분 사이의 상호작용의 특성에 의하여 결정된다. poly(vinyl alcohol) hydrogel의 비 뉴톤유동 곡선을 cone-plate 레오메타로 여러 온도와 여러 농도 조건에서 얻었다. PVA hydrogel의 유동 곡선을 비 뉴톤 유동식에 적용시켜 유동 파라메타를 얻었다. 유동현상은 전단 속도가 증가함에 따라 전단박화의 틱소트로피 현상을 나타내었다.
회전 점도계를 사용하여 온도 $25{\sim}55^{\circ}C$에서 시판고추장의 유동학적 거동을 조사하고 다음의 결과를 얻었다. 1. 고추장은 전단 속도 $0.323{\sim}1.653\;sec^{-1}$에서 의가소성을 나타내며 항복치를 가지며 시간 의존성을 나타내는 thixotropic 식품이었다. 2. 전단 속도 0.978 $sec^{-1}$에서 유동 지수, 조밀도 지수, 항복치는 각각 0.597, 192.3 dyne $sec^s/cm^{2}$, 91 dyne/$cm^{2}$ 이었다. 3. 고추장의 시간 경과에 따른 겉보기 점도 변화는 초기 20분 동안에는 2차 반응 속도식에 따라 붕괴되었으나 그 이후는 시간에 거의 무관하였다. 4. 고추장의 온도 변화에 따른 겉보기 점도 변화는 Andrade 식에 따랐으며 이 식으로부터 구한 유동에 대한 활성화 에너지는 1.03 kcal/$g{\cdot}mole$이었다.
$6{\sim}10%$ 쌀전분의 가열 및 알카리호화액에 대하여 시간의존성 리올로지특성을 회전점도계를 사용하여 검토하였다. 시료 모두 항복응력을 갖는 틱소트로픽유체로 거동하였으나 알카리호화액의 시간의존성이 더 컸으며 전단에 대한 안정성을 보였다. 시간의존특성은 전단 시간 20분까지 Tiu들의 유동모형식에 잘 적용되었으며 식에 포함된 구조의 파괴속도상수 $a_1$ 값은 호화액의 구조적상태변화와 밀접한 상관성을 갖는 것으로 나타났다. $a_1$ 값은 전단속도에 대하여는 두시료에서 모두 직선적인 증가경향을 보였으며 농도 및 온도에 대하여는 겉보기 점도와 마찬가지로 지수적인 관계를 나타내었다. 8 % 쌀전분의 가열호화액에 대한 $a_1$ 의 온도의존성은 겉보기점도보다 더 큰 것으로 나타났으며 $30{\sim}70^{\circ}C$에서 측정한 $a_1$ 및 겉보기 점도의 활성화에너지는 각각 6.8 및 14.3 $kcal/g{\cdot}mol$ 이었다.
It was reported that the semi-solid forming process has many advantages over the conventional forming process, such as a long die life, good mechanical properties and energy savings. It is very important, however, to control liquid segregation to gain mechanical property improvement of materials. During forming process, Rheology material has complex characteristics, thixotropic behavior. Also, difference of velocity between solid and liquid in the semi-solid state material makes a liquid segregation and specific stress variation. Therefore, it is difficult for a numerical simulation of the rheology Process to be Performed. General Plastic or fluid dynamic analysis is not suitable for the behavior of rheology material. The behavior and stress of solid particle in the rheology material during forging process is affected by viscosity, temperature and solid fraction. In this study, compression experiments of aluminum alloy were performed under each other tool shape. In addition, the dynamics behavior compare with Okano equation to Power law model which is viscosity equation.
용융 폴리우레탄의 비 뉴톤 유동곡선을 Physica cone-plate 레오메타를 사용하여 여러 온도에서 구하였다. 이러한 유동 곡선을 이론적인 비 뉴톤 유동식에 적용하여 유동파라메타를 얻었다. 유동곡선에서 전단 속도를 증가시켰다가 감소시킬 때 hysteresis loop가 나타나며, 틱소트로피 유동 현상을 보인다. 용융 폴리우레탄은 전단 흐름에서는 강한 젤 현상을 보이나, 항복응력 이상에서는 비선형 점탄성 성질을 나타낸다. 전단속도를 감소시킬 때 구조변형이 일어나서 전단응력이 전단 속도 증가시보다 작은 값을 보이게 된다.
Flow properties of all suspensions are controlled by their flow units. The factors effecting on the flow units are the characteristics of the particle itself (surface properties, particle sizes, particle shapes and etc.), the electrostatic interactions among the particles and the influences of the medium in the suspensions. Here, we studied the transition between the flow units with shear rate which can be added to the above factors. For the concentrated starch-water suspensions, by using the Couette type rotational viscometer, we confirmed that at low shear rate, dilatancy is appeared, but it is transformed to thixotropy with increasing shear rate. In order to explain this fact, we derived the following flow equation, representing the transition from dilatancy to thixotropy with shear rate, by assuming the equilibrium between the flow units. f = X1β1s./α1 + 1/(1+Kexp(c0s.2/RT))((1-X1)/α2)sinh-1{(β2)0 s. exp(c2s.2/RT)} + K exp(c0s.2/RT)/(1+K exp(c0s.2/RT))((1-X1)/α3)sinh-1{(β3)0 s. exp(-c3s.2/RT)} By applying this flow equation to the experimental flow curves for the concentrated starch-water suspensions, the flow parameters were obtained. And, by substituting the obtained flow parameters to the flow equation, the theoretical flow curves were reproduced. Also, Ostwald curve was represented by applying the flow equation, and the applicability for stress relaxation was discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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