점도의 정의, 특성, 종류 및 분류

 

1. 점도의 정의

액체가 일정방향으로 운동할 때 그 흐름에 평행한 평면의 양측에 생기는 내부 마찰력, 점성은 면의 넓이 및 그 면에 대하여 수직방향의 속도구배에 비례한다. 그 비례정수 절대점도 (단위 : P 포아스, cps센티포아스) ,
절대점도 같은 온도의 그 액체의 밀도로 나눈 값 운동점도 (단위 : cs 센티스톡스, 스톡스)

2. 점도 (Viscosity)의 일반적인 정의

• 점도란 유체의 흐름에 저항하는 값. 즉, 유체의 내부 저항으로 정의된다.
• 평행한 두 평판 사이에 유체가 채워져 있을 때 한쪽 평판을 이동시킨다면 유체의 종류에 따라 평판을 움직이는데 필요한 힘의 크기가 달라진다. 즉, 점성이 큰 유체일수록 더 큰 힘을 필요로 하게 된다. 유체에 외력의 작용으로 인하여 흐름이 발생할 때 유체 내부의 마찰로 인하여 흐름에 대한 저항이 발생하게 되며 이를 점성률 또는 점도라고 한다.
• 점도란 유체의 끈끈한 정도를 나타내는 물리적인 단위이다. 전단응력 (Shear stress)과 전단율 (Shear rate)의 비율로 표현된다.
• 외부에서 가해지는 힘에 저항하는 정도를 말하기도한다. 막대기로 점도가 서로 다른 유체를 휘젓는 것으로 그 저항(점도)에 비유할 수 있다.

3. 점도의 특성

• 점도 온도 의존성 : 온도가 올라가면 급격히 감소.
• 정도의 농도 의존성 : 고분자는 팽윤하여 다량의 용매 함유로 점도가 상승.
• 이상점성 (구조점성) : 용질 또는 입자가 망상구조일 때, 속도구배가 작으면 큰 점도, 속도구배가 클 때 구조가 파괴되어 점도가 저하된다.

4. 점도의 종류

• 상대점도 : non-newtonuan 용액의 점도, 하나의 shear rate에서 측정된 값을 말한다. (단위:poise)
• 절대점도 : 중력에 관계없이 측정되는 점도, 용액의 절대점도를 말한다.
• 운동점도 : 중력의 영향하에서 측정된 점도. 즉, 움직이는 유체의 점도 (단위:centistoke = poise/density), 점도를 그 액체의 동일 상태에서 밀도로 나눈 값. 얼마나 유동성이 좋은가 즉 잘 흐를 수 있는 정도를 나타내는 상대적 지표가 된다.

5. 점도 측정법의 종류

1) 제 1법 (모세관 점도계) : 저점도 (1~10,000 cs), Newton 유동적 점성 측정.

• 점도계 정수 K를 구할 때, 시료의 점도와 비슷한 점도표준액을 사용한다.
• 온도 의존성이 크믈 점도계를 온도범위 0.1℃이하 (가능하면 0.03℃)의 항온조에 유액이 잠기도록 넣고 약 20분간 방치하여 측정.

2) 제 2법 (회전점도계) : 광범위 (1~100,000 cps), 비 뉴튼 유동적 점성도 측정가능. Brookfield형 점도계

• 비뉴튼 유체의 경우, 사용하는 로우더와 회전수가 다르면, 측정점도가 다르므로, 사용된 로우더 No.와 회전수를 명기해야 한다.
• 구조점성을 보이는 액체는 로우더의 회전개시후 경과시간에 따라 점도가 변하므로, 관찰시간을 명기한다.
• 로우더는 휘기 쉬우므로 취급에 주의해야한다.

6. 점도에 따른 유체의 분류

1) 뉴튼 유체 (Newtonian)

• 점도에 따른 운동 특성에 따라 뉴튼의 점성법칙을 따르는 유체.
• 한 물질의 점도 값이 shear rate의 변화에 대해서 무관한 용액. 예로 회전형 점도계에서 서로 다른 rpm에서 점도를 측정했을 때, 그 측정값이 rpm의 변화에 관계없이 일정한 용액
• 주로 물, 수은 등 단일 조성의 유체들이 이에 해당된다.
• 전단 응력이 전단속도에 비례하며 점도는 전단속도의 변화에 무관하고 일정한 특색을 지닌다.

2) 비뉴튼 유체 (non-Newtonian)

• 일반적으로 Newtonian이 아닌 용액 전부를 일컬으며 대개의 용액이 이에 속한다.
• shear stress : shear rate의 관계가 일정하지 않은 것을 말한다. 즉, shear rate가 변화할 때 shear stress의 변화가 같은 비율로 변화하지 않음을 의미한다. 따라서 shear rate의 변화에 따랏 점도의 변화가 다양하게 나타난다.
• 시간에 대한 영향 여부에 따라서 시간 의존성을 가진 타입과 시간에 무관한 타입으로 나뉜다.