회전식 점도계의 역사

디지털 회전식 점도계는 액체의 점도 저항을 측정하는 데 사용되며, 그리스, 페인트, 플라스틱, 식품, 의약품, 화장품, 접착제 등 다양한 유체의 점도를 측정하는 데 널리 사용됩니다.

과학의 발전과 산업 생산의 향상에 따라 물질의 점도 측정은 매우 중요해졌으며, 이를 통해 고분자 액체의 점도 및 유동 특성을 파악할 수 있습니다. 대부분의 고분자는 점성 유동 조건에서 가공 및 성형되기 때문에 고분자 점도 측정에 있어 정확한 성능 법칙을 숙지하는 것은 고분자 생산 공정에서 매우 중요합니다.

기존의 점도계는 주로 드럼형, 원추판형, 평행판형 등 여러 종류가 있습니다.

회전식 점도계의 역사

미국 브룩필드 가문이 개척한 회전식 점도 측정법은 회전자와 유체 사이의 전단력과 저항 사이의 독특한 관계를 이용하여 새로운 점도 측정 방식을 만들어냈습니다. 브룩필드 가문은 자신들의 가문 이름을 딴 세계 최초의 동적 점도 측정기, 즉 오늘날 우리가 알고 있는 회전식 점도 측정기를 설계했습니다. 브리넬(Brinell)은 브룩필드 가문의 이름 약자이기도 합니다.

다이얼식 점도계는 최초 출시 이후 75년간의 변천과 업그레이드를 거치며 성능이 꾸준히 향상되었습니다. 이후 DV-I, DV-II, DV-III 모델이 차례로 등장하면서 점도 측정에 있어 비약적인 발전을 이루었습니다. 이로써 점도 측정은 단순한 점도 측정을 넘어 요변성 등 유체의 다양한 특성까지 측정할 수 있게 되었습니다.

이후 회전식 점도계가 중국 시장에 진출하여 우리나라 고분자 산업 발전에 큰 역할을 했습니다.

점도계

드럼 점도계

이름에서 알 수 있듯이, 외부는 축 중심에 실린더가 있는 평평한 바닥의 원통형 구조입니다. 실린더와 슬릿 사이에는 서로 평행한 표면으로 형성된 두 개의 슬릿이 있으며, 이 슬릿 내부에 고분자 액체가 존재합니다. 무단변속 조절기를 구동하여 실린더를 회전시킵니다. 실린더는 힘 측정 장치에 매달려 있으며 스프링으로 연결되어 있습니다. 실린더가 회전하면 슬릿 내부의 고분자 액체가 전단 작용으로 인해 흐르게 됩니다. 유체의 존재로 인해 실린더가 회전하게 되며, 실린더의 토크와 스프링 힘이 회전을 멈출 때까지 실린더는 일정 각도 θ만큼 회전합니다. 평형 상태에 도달하면 액체의 전단 작용도 안정적인 상태에 이르게 되며, 이때 실린더에 작용하는 토크와 실린더의 회전 속도를 이용하여 링 이음매의 여러 위치에서의 토크 합을 계산할 수 있습니다.

척추판 점도계

척추판은 원형판의 상부와 하부로 구성되며, 원형판의 중심은 동일 축상에 있습니다. 원뿔의 윗부분은 원형판과 접촉하려는 형태를 띠고 있으며, 원뿔과 원형판 모두 회전 가능한 부분입니다. 배럴 점도계의 회전식 점도계와의 차이점은 용융된 고분자 물질이 원뿔과 원형판 사이에 각도 θ로 형성된 틈에 위치한다는 점입니다. 원형판이 회전하면 액체의 회전력으로 인해 원뿔도 회전하게 됩니다. 전단 평형 상태에서 원뿔은 일정 각도만큼 회전한 후 회전을 멈춥니다.

낙구식 점도계

낙구법은 고분자의 점도를 측정하는 방법 중 하나이지만, 용융물의 점도를 측정하는 데는 거의 사용되지 않습니다. 이 방법의 한계는 합산값과 같은 기본 데이터를 얻기 어렵다는 점입니다. 공이 움직이는 동안 액체의 각 부분에서 점도(Υ) 값이 균일하지 않고, 데이터 처리 또한 어렵습니다. 따라서 종합적인 분석이 어렵고, 공 주변의 최대 전단율만 측정할 수 있는데, 이는 3v/2R(v는 공의 낙하 속도, R은 공의 반지름)로 추정할 수 있습니다. 체액 측정 시 전단율은 일반적으로 초당 0.01 미만이므로, 이 정도 속도에서는 고분자 용융물을 액체로 간주하는 것이 일반적입니다.