점도계를 선택하는 방법은 무엇일까요?
유체는 주요 분류에 따라 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체로 나눌 수 있다. 비뉴턴 유체는 다시 전단율 의존형과 시간 의존형으로 세분화된다. 전단율 의존형은 유체의 유동 특성이 전단율 변화에 따라 변하는 것을 말하며, 의사소성형, 팽창형, 소성형 등이 있다. 시간 의존형은 특정 전단율에서 유체의 유동 특성이 시간에 따라 변하는 것을 말하며, 요변성형, 충격 응고형 등이 있다.
과학자 뉴턴은 일부 유체의 흐름에서 전단 응력 τ와 전단율 D의 비율이 일정하다는 것을 발견했습니다. 즉, η=τ/D입니다. 물과 기름은 모두 이 법칙을 따르는 유체입니다. 이 공식이 바로 뉴턴의 점성 법칙입니다. 여기서 η는 유체의 점성입니다. 점성은 유체가 흐를 때 발생하는 내부 마찰 또는 저항을 나타내는 척도입니다. η의 단위는 mPa·s 또는 Pa·s(파스칼 초)입니다. 뉴턴 유체는 입자가 없는 단일 유체입니다. 전단 응력의 변화에 따라 점성이 변하지 않는 유체를 뉴턴 유체라고 하고, 전단 응력의 변화에 따라 점성이 변하는 유체를 비뉴턴 유체라고 합니다.
따라서 디지털 회전식 점도계를 사용할 경우 뉴턴 유체의 점도 값은 정확하게 측정할 수 있습니다. 점도 값이 현재 측정 허용 범위(토크 20%~90%) 내에 있다면, 로터와 회전 속도를 변경해도 동일한 결과를 얻을 수 있습니다. 당사의 디지털 점도계는 로터(예: L1~L4 표준 로터)가 5~6회 회전한 후 측정값이 안정화됩니다. 예를 들어, 선택한 회전 속도가 분당 30회전(2초에 1회전)인 경우, 측정에 약 10~12초가 소요됩니다. 점도계 에 표시된 측정 범위는 뉴턴 유체의 점도를 기준으로 합니다.
점도계
하지만 비뉴턴 유체의 경우, 회전자와 회전 속도에 따라 전단율이 달라지기 때문에 점도 값이 고정되어 있지 않으므로 다음과 같은 구체적인 현상이 발생할 수 있습니다.
1. 특정 로터와 속도를 선택한 후, 점도 값은 큰 값에서 작은 값으로 급격하게 변하다가 점차 안정화됩니다(안정화란 측정된 토크 값의 변화가 매번 0.1%~0.2% 이내인 상태를 의미합니다). 이는 당사에서 사용하는 점도계의 점도가 매우 높기 때문에 장시간 측정 후 점도 값이 계속 감소하는 현상이 나타나며, 감소폭이 점점 작아지는 것이 관찰되는데, 이는 비뉴턴 유체의 특성과 일치합니다.
2. 특정 로터와 특정 속도를 선택한 후, 점도 값은 작은 값에서 작은 값으로 급격히 증가하다가 점차 안정화됩니다.
3. 동일한 로터를 선택하고 속도를 다르게 했을 때 점도 값이 달라집니다.
4. 동일한 속도에서 로터의 종류와 속도에 따라 점도 값이 달라집니다. 따라서 비뉴턴 유체의 점도 측정에 있어 결정해야 할 요소는 로터, 속도, 그리고 시간입니다. 이 세 가지 요소가 고정되어야만 여러 비교가 가능합니다. 일반적으로 이러한 요소들은 사용자가 자신의 목적과 요구 사항에 따라 실험을 통해 결정합니다. 로터와 속도는 일반적으로 측정된 점도 값이 현재 측정 허용 범위(토크 20%~90%) 내에 있도록 선택해야 하며, 시간은 측정 시작부터 토크 값 변화 범위가 0.1%~0.2%가 될 때까지로 설정합니다. 예를 들어, 특정 시료의 경우, L4 로터를 선택하고 30rpm으로 회전시키면 5분 안에 안정화됩니다(토크 값 변화 범위 0.1%~0.2%). 이때 점도는 10000mPa·S이고 토크는 50%입니다. 그런 다음, 향후 유사한 샘플과 비교해야 할 경우 동일한 측정 조건, 즉 L4 로터, 분당 30회전, 5분간의 판독 조건에서 비교하면 됩니다.
또한, 점도에 미치는 온도의 영향도 매우 크므로, 유사 시료의 온도 제어를 더욱 철저히 해야 합니다.
