재료의 기계적 성질 (4) - 점성 / 탄성 / 점탄성 / 이완계수 /경도 시험(브리넬,비커스,로크웰)

 

비정질의 고분자는 낮은 온도에서 딱딱하게 , 중간온도에서 고무 처럼 , 고온에서는 점성을 가진 

액체와 같이 거동하게 됩니다. 

상대적으로 낮은 온도에서는 탄성적으로 훅의 법칙 (\(\sigma\)=E\(\epsilon\))을 따르게 됩니다.

그리고 중간,고온에서는 고무나 액체같은 성질로 복합적인 성질을 가지는 조건을 점탄성 이라고 합니다.

탄성 변형은 굉장히 순간적입니다. 그리고 시편에 주어진 하중을 제거하면 

빠른 속도로 회복하게 되어 처음 상태로 돌아오게 됩니다. (탄성영역에서) 

또한 하중이 가해지는 순간 변형이 시작되게 됩니다. 물론 하중을 제거하는 순간 돌아오게 됩니다.

그런데 점성 거동의 경우 다릅니다. 하중을 가한뒤 변형은 순간적이지 않습니다. 또한 하중을 제거했을때에도

완전히 회복되지 않습니다.

그래프로 살펴 보겠습니다.

\(t_1\) 에 하중을 가하고 \(t_2\)때 하중이 제거하는 경우를 생각해봅시다.

이때 시간-변형률 그래프는 탄성, 점탄성, 점성에 따라 나뉘게 됩니다.

먼저 탄성 그래프는

탄성

이와같이 하중을 가하는 순간 변형 했다가 하중을 제거하는 순간 돌아 옵니다.

점탄성

점탄성의 경우 탄성과 같이 하중을 가하는 순간 변형률이 증가했다가 천천히 증가하게 됩니다.(점성의 특성도)

그후 하중을 제거하면 순간 변형률이 감소했다가 천천히 줄어들게 됩니다.

점성

마지막으로 점성은 하중을 가하는 순간부터 천천히 변형이 되다 하중을 제거하여도 돌아오지 않습니다.

고분자 재료의 점탄성 거동에서 이완계수 (시간에 의존하는 탄성계수)는 

\(E_r\)(t)=\(\frac{\sigma(t)}{\epsilon_0}\) 라는 식을 만족합니다. 

여기서의 응력은 시간에 따라 변하는 응력이고, 변형률은 일정하게 유지되는 변형률 입니다

 

또 다른 재료의 성질은 경도 입니다. 경도는 국부적인 소성 변형에 대한 재료의 저항 크기를 의미하는데,

경도를 측정하는 경도시험의 방법은 간단합니다.

경도 시험

그림과 같이 시편의 국부적인 부분에 하중을 가하여 파인 부분의 지름을 측정하는 등의 방법을 사용합니다.

경도 시험의 종류에는 여러가지가 있는데, 대표적으로 브리넬 경도시험, 비커스 경도시험, 로크웰 경도시험이 있습니다.

브리넬의 경우 누르는 부분을 구로, 비커스의 경우 피라미드 , 로크웰의 경우 원추나 구를 사용하게 됩니다.