고무복합체는 높은 점탄성 성질을 보이는데 압출성형 시 이 점탄성 성질 때문에 압출물이 팽창하게 된다. 그리고 팽윤양은 공정 조건에 따라서 변한다. 점탄성 성질에서 탄성 부분은 압출물의 팽창에 있어서 중요한 역할을 한다. 본 논문은 모세관 다이에서 여러 가지 고무복합체에 따른 다이팽윤을 알아보기 위해 상용 CFD 프로그램인 Polyflow를 사용하여 해석을 수행하였다. 컴퓨터 모사에서는 비선형 미분 점탄성 모델인 Phan-Thien-Tanner(PTT) 모델을 사용하였고 온도를 고러하여 해석하였다. 해석을 통해서 레저버와 모세관 다이에서 압출물의 압력, 속도, 그리고 온도 분포 등을 예측하였다. 여러 가지 고무 복합체의 다이 팽윤양을 알아보기 위해서 유량과 모세관 다이의 지름을 변경하면서 연구하였다. 본 연구를 통해서 PPT 모델은 고무 복합체에 대한 점탄성 거동을 잘 표현하고 있음을 확인할 수 있었다.
레이저와 타이머장치를 설치한 낙구식 점도계에서 구와 니들이 주어진 구간을 통과 하는 시간을 측정하여 종말속도를 정확히 결정하였고 점성이 작은유체와 낮은 전단률 점성 과 영전단률 점성은 속이 빈 알루미늄 구와 니들이 이용하여 측정하였다. 알루미늄 구와 니 들의 속에 철분을 삽입하여 밀도를 다양하게 변화시켰다. 낙구식 점도계에서 측정한 낮은 전단률 점성과 영 전단률 점성 그리고 모세관점도계에서 측정한 높은전단률 점성과 무한 전 단률 점성을 이용하여 점탄성 유체의 특성이완시간을 결정하였다. 실린더 속의 시험용 유체 를 교란시키지 않고 밑면에 떨어진 구를 회수하는 장치를 설치하였다. 이 장치는 하나의 구 로써 점탄성유체의 특성확산시간을 측정하는데 대단히 효과적이었다. Polyacrylamide Separan AP-273 용액(농도 500-200 wppm)의 특성이안시간과 특성화산시간을 낙구식 점도 계와 모세관 점도계의 실험결과를 이용하여 결정하고 폴리며 용액의 퇴화 현상을 실험적으 로 분석하였다.
EPDM/BR 블렌드의 물성에 미치는 커플링결합체의 영향을 조사하였다. N,N' -(bis(2-methyl-2-nitroprpyl))-1,6-diamino hexane) (MNPDH)와 bis(3-triethoxysilyl propyl)-tetrasulfide (TESPT)의 두가지 종류의 커플링결합제를 사용하였다. EPDM/BR 블 렌드 및 EPDM/BR/MNPDH 또는 EPDM/BR/TESPT 블렌드의 용융점도, 탄성률 및 tan $\delta$ 를 모세관 점도계, 동적점탄성장치 및 동적응력 완화측정장치로 조사하였다. 동적점탄성 및 형태학적 연구 결과 MNPDH 또는 TESPT를 첨가할 경우 결합고무 함량이 증가하고 카본 블랙의 분산성이 좋아져 가황된 EPDM/BR 블렌드의 인열강도 및 내피로성등의 물성이 향 상되었다.
본연구에서는 단단한 구형 입자가 적은 변형속도에서 2차 유체로 간주될 수 있는 점탄성 용액의 disc-plate (비틀림)흐름에 놓였을 때의 측면 이동속도에 관하여 분석하였다. 이론적 계산을 통해 비틀림 유체 흐름에서 입자는 항상 중심쪽으로 이동하고 안쪽으로의 이 동속도의 크기는 유체의 성질과 흐름의 형태의 함수라는 것을 발견하였으며 이것은 2차 유 체에서 입자는 높은 전단속도 영역에서 낮은 전단속도 영역으로 이동된다는 예측과 일치한 다는 것을 알 수 있었다. 그러나 2차 유체 모델로 부터의 이결과는 이전연구자들에 의해 관 찰된 비틀림 유체 흐름에서의 바깥방향으로의 입자의 이동은 설명하지 못하였다.
점탄성 흐름의 특성은 압출시 다이 스웰 현상에서 확인 할 수 있다. 본 연구는 이러한 점탄성 특성을 갖는 고무 컴파운드를 모세관 다이에서 비선형 점탄성 모델인 PTT 모델과 간략화된 점탄성 모델을 이용하여 압출현상을 모사하고 다이 스웰을 실험과 비교 하였다. 실험은 Fluidity Tester를 이용하였고 해석은 상용화된 CFD Code인 Polyflow를 이용하였다. 두 모델에 의해 예측된 다이 스웰은 실험과 유사한 결과를 보였다. 그러나 PTT 모델에서는 압력과 속도분포, 레저버의 모서리에서의 와류현상을 예측할 수 있었지만 간략화된 점탄성 모델에서는 예측할 수 없었다. 간략화된 점탄성 모델은 다이 내부의 세밀한 흐름현상을 예측하지는 못하지만 다이 스웰은 잘 예측할 수 있으며 PTT모델보다 해석시간이 매우 짧아서 이의 응용에 큰 장점을 갖고 있다고 판단된다.
Experimental and numerical study was done to confirm the effect of the flexible tube in pipeline on transient flow oscillation. Experiment was made for a pipeline with and without deformable flexible tube using a single pumping system of main stainless pipe. The wave speeds of main pipe and flexible tube were calculated from the pipe material properties, structures, and boundary conditions. Time dependent pressure fluctuations were calculated for the pipeline using the simple and the Kelvin-Voigt viscoelastic models for the deformation of main pipe and flexible tube. Pressure calculated by the Kelvin-Voigt viscoelastic model showed better agreement with measured one than pressure by the simple model. Experimental and numerical results show that the maximum pressure as well as amplitude of pressure oscillation was decreased by inserting short flexible tube in pipeline. Hence, inserted short flexible tube to pipeline was found to be effective for the suppression of strong pressure oscillation. Moreover, the wave speed in pipe was discussed based on numerical and experimental results.
Extensional flow of viscoelastic fluids is widely utilized in various industrial processes such as electrospinning, 3D printing and plastic injection molding. Extensional rheological properties, such as apparent viscosity and relaxation time, play an important role in the design and evaluation of the viscoelastic fluid-involved processes. In this work, we propose a lab-built capillary breakup extensional rheometer (CaBER) based on flow image processing to investigate the capillary breakup of polyethylene oxide (PEO) solution and its extensional rheological properties. We found that the apparent extensional viscosity and extensional relaxation time of the PEO solution are independent of the strike time. The proposed CaBER is expected to be applied to characterization of the extensional rheological properties of viscoelastic fluids at low cost with high precision.
본 연구에서는 낙구식 점도계를 이용하여 낮은 농도의 용액을 실험할 때 종말 속도측정의 어려움을 해결하기 위하여 레이저와 특수 타이머를 설치하였으며 정확한 특성시간을 결정하기 위하여 실린더 내부의 시험유체를 교란시키지 않고, 떨어뜨린 구 를 회수하는 장치를 제작하였다. 또한 주로 rheogoniometer에 의존하던 영 전단률 점성계수를 측정하기 위하여 속이 빈 알루미늄 구(hollow aluminium ball)의 밀도를 시험 유체와 거의 같은 정도까지 변화시켜가며 종말 속도를 측정하였으며 점탄성 유체 로써 Separan AP-273의 낮은 농도인 300에서 2000wppm까지의 저농도 용액에 대한 특성 시간을 여러모델에 의하여 실험적으로 결정하고 저농도 폴리머 용액에서 퇴화로 인한 점탄성유체의 특성 변화를 분석하였다.
소성흐름을 발생시키는 측방유동 가능지반내에 설치된 매설관에 작용하는 토압에 대한 메카니즘을 규명하기 위해 파괴형상실험을 실시하고, 파괴형상실험을 토대로 지반변형속도를 고려하기 위해 Maxwell 점탄성 모델을 적용한 토압산정식을 제안하였다. 직접전단실험으로 구한 점성계수와 내부마찰각과 상재압을 고정하여 이론식으로 도출해낸 점성계수가 잘 일치하고 있음을 확인하였고 모형실험결과와 이론식에 의한 토압은 지반변형속도에 영향을 받으며 비교적 일치하며 지반변형이 없는 경우에도 정지토압을 받음을 알 수 있다. 또한, 지반의 지지력은 점성토에서는 관입전단파괴시의 값과 거의 일치하였다. 또한, 매설관 주변지반의 파괴모드는 매설관직경과 무관하게 지반변형속도에 영향을 받으며 작용토압은 균질한 지층의 경우 선형적으로 증가하고 조립질에 가까울수록 선형적 감소치를 보이므로 매설관주변지반의 매립재를 이용하여 매설관주변의 토압을 경감시킬 수 있음을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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