DMA 실험 결과리포트: PET 재료의 점탄성 특성 분석

문서 내 토픽

1. 동적기계분석(DMA)의 원리 및 측정 방법

DMA는 재료의 점탄성 특성을 측정하는 기술로, Anton Paar MCR 702e 기기를 사용하여 PET 시료에 대해 Tension 방식으로 실험을 진행했다. Amplitude sweep과 Frequency sweep을 측정하여 저장탄성률(E'), 손실탄성률(E"), 손실계수(tan δ)를 구한다. 복소탄성률은 응력과 변형률의 비율로 재료의 경직도를 나타내며, 저장탄성률은 탄성 고체의 특성을, 손실탄성률은 점성 액체의 특성을 나타낸다.
2. Amplitude Sweep(AS) 실험 결과 해석

AS 실험에서 변형률이 증가할수록 저장탄성률과 손실탄성률이 모두 증가했다. E'이 약간 증가한 것은 재료가 더 높은 에너지를 저장할 수 있으며 고체에 가까운 성질을 나타낸다. E'이 변하지 않는 선형 구간에서는 재료가 파괴되지 않으며, 이 구간이 평탄 영역이면 유리전이온도(Tg)를 구할 수 있다. E'이 E"보다 크면 얽힌 네트워크 구조를 유지하고 있음을 의미한다.
3. Frequency Sweep(FS) 실험 결과 및 손실계수 분석

FS 실험에서 주파수 증가에 따라 저장탄성률은 거의 일정한 값을 유지하는 평탄 영역 상태를 보였다. 손실탄성률은 0.397Hz에서 감소 후 증가하는 경향을 나타냈다. 손실계수(tan δ)는 주파수 증가에 따라 미세하게 증가했으며, 이는 E"의 증가 영향이 크다는 것을 의미한다. 다른 조의 실험과 비교했을 때 76-2조의 tan δ 값(약 0.014)이 76-4, 77-2조(약 0.045)보다 낮아 PET가 더 탄성적 특성을 가짐을 알 수 있다.
4. 응력완화(Stress Relaxation) 현상 및 재료 특성 비교

응력완화는 일정한 변형 하에서 시간에 따라 응력이 감소하는 현상으로, 점탄성 재료에서 관찰된다. Sample A와 B는 유사한 거동을 보이지만 완화된 응력의 비율이 다르다. A가 B보다 낮은 최대값 비율을 가지며 더 긴 완화시간을 가져 B보다 탄성 특성이 더 강함을 의미한다. 이를 통해 재료의 탄성과 점성 특성의 차이를 정량적으로 비교할 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 동적기계분석(DMA)의 원리 및 측정 방법

동적기계분석은 재료의 점탄성 특성을 정량적으로 평가하는 매우 중요한 분석 기법입니다. 진동하는 응력을 재료에 가하고 그에 따른 변형을 측정함으로써 저장탄성률과 손실탄성률을 동시에 얻을 수 있다는 점이 매우 효율적입니다. 특히 온도와 주파수 변화에 따른 재료의 거동을 체계적으로 파악할 수 있어 고분자, 복합재료, 접착제 등 다양한 재료의 특성 평가에 필수적입니다. 측정 방법도 상대적으로 간단하면서도 신뢰성 있는 데이터를 제공하므로 산업 현장에서의 품질 관리 및 신소재 개발에 광범위하게 활용되고 있습니다.
2. Amplitude Sweep(AS) 실험 결과 해석

진폭 스윕 실험은 재료의 선형 점탄성 영역과 비선형 거동의 경계를 명확히 파악할 수 있는 중요한 실험입니다. 진폭이 증가함에 따라 저장탄성률이 감소하고 손실탄성률이 증가하는 현상을 관찰함으로써 재료의 구조적 변화와 손상 메커니즘을 이해할 수 있습니다. 특히 항복점이나 임계 진폭을 결정하는 데 매우 유용하며, 이는 재료의 내구성 평가와 안전성 검증에 직결됩니다. 다만 실험 조건의 정확한 제어와 데이터 해석의 신중함이 요구되므로 경험과 전문성이 필요합니다.
3. Frequency Sweep(FS) 실험 결과 및 손실계수 분석

주파수 스윕 실험은 재료의 주파수 의존성을 체계적으로 평가하는 핵심 기법으로, 저주파에서 고주파까지의 광범위한 거동을 한 번의 실험으로 파악할 수 있습니다. 손실계수(tan δ)는 재료의 에너지 소산 능력을 나타내는 중요한 지표로, 피크값의 위치와 크기로부터 유리전이온도와 분자 운동성을 추론할 수 있습니다. 이러한 정보는 재료의 감쇠 특성, 열 발생 경향, 그리고 실제 사용 환경에서의 성능 예측에 매우 유용합니다. 다양한 온도에서의 주파수 스윕 데이터를 시간-온도 중첩 원리로 분석하면 더욱 광범위한 시간 스케일의 정보를 얻을 수 있습니다.
4. 응력완화(Stress Relaxation) 현상 및 재료 특성 비교

응력완화 현상은 일정한 변형을 유지할 때 시간에 따라 응력이 감소하는 점탄성 재료의 특성을 직접적으로 보여주는 중요한 현상입니다. 이를 통해 재료의 분자 구조, 결정화도, 가소화제 함량 등 다양한 인자가 응력 감소 속도에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있습니다. 서로 다른 재료의 응력완화 곡선을 비교하면 장기 안정성, 크리프 저항성, 그리고 실제 사용 조건에서의 성능 차이를 명확히 파악할 수 있습니다. 특히 접착제, 실란트, 고무 등의 재료 선택 및 설계 최적화에 매우 실용적인 정보를 제공하므로 산업 응용에서 높은 가치를 지닙니다.