점탄성

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비정질 폴리머는 유리 천이 온도보다 낮은 온도에서는 유리와 같이 거동하고, 유리 천이 온도 이상에서는 고무질 고체, 온도를 더욱 상승시키면 점성이 있는 액체로 거동하게 된다. 변형이 상대적으로 적고, 낮은 온도에서는, 기계적 거동은 탄성적이어서 Hooke의 법칙을 만족시킨다. 매우 높은 온도에서는 점성 또는 액체와 같은 거동이 발생한다. 고무질 고체의 거동을 하는 중간 온도에서는 이들 두 극단의 기계적 특성이 복합되어 발생하는데, 이 조건을 점탄성(viscoelasticity)이라고 한다.

탄성변형은 순식간에 발생하는데, 이것은 전체 변형(변형률)이 응력을 가하거나 제거하는 순간에 발생하는 것이다(즉, 변형률이 시간과는 무관하다). 또한 외부 응력을 제거하는 순간 변형이 완전하게 회복된다(시편의 형상이 원래의 치수로 된다). 이와는 다르게, 완전한 점성 거동의 경우에는 변형 또한 변형률이 순간적이 아니고, 응력이 가해짐에 따라서 변형이 지연되거나 시간에 의존한다. 또한 이러한 변형은 가역적이 아니고 응력을 제거해도 완전히 회복되지 않는다.

이러한 거동의 중간인 점탄성 거동은 응력을 가하면 순간적으로 탄성변형이 발생한 다음 시간에 따라 변화하는 변형, 즉 의탄성(anelasticity) 변형이 발생한다.

이러한 점탄성은 실리콘 폴리머에서 관찰되는데, 이것을 공(ball) 형태로 만들어서 바닥에 떨어뜨리면 탄성적으로 뛰어오르며, 이때의 변형 속도는 매우 크다. 한편, 응력을 천천히 증가시켜서 인장력을 가하면, 이 재료는 점성이 큰 액체와 같이 연산된다. 이와 같은 점탄성 재료의 경우에, 변형 속도의 변화에 의하여 변형이 탄성적인지 점성적인지를 결정한다.

출처[편집]

  • 재료과학과 공학 - william D. callister, Jr. 역자 - 김용석 김형준 박인규 이재갑[쪽 번호 필요]