그림 15. Creep 거동의 예
일정응력변형이란 시편에 일정한 크기의 응력을 가한 채로 시간에 따라 변형률의 변화를 관 찰하는 것이다.
스프링과 같은 완전한 탄성 고체의 경우에는 이 조건에서 순간적으로 일정한 변형률을 나타 낸 뒤, 이 값이 계속 유지될 것이다.ⓐ
점성 액체는 다음과 같은 Newton의 법칙이 적용되므로 점성 액체의 변형률은 일정한 기울 기를 가지면서 무한히 증가한다ⓑ
점탄성 물질의 경우 최초의 변형이 어느 정도 생긴 뒤 시간이 지남에 따라 변형이 증가하는 데, 그 증가 속도는 점차 감소한다. 점탄성 물질은 그 특성에 따라 점탄성 액체와 점탄성 고체 로 나눌 수 있는데, 전자의 경우 변형률 증가 속도가 궁극적으로 일정한 값에 도달하여 마치 액 체와 같은 거동을 보이게 된다.ⓒ
점탄성 고체의 변형률은 궁극적으로 일정한 값에 도달하므로 그림 15. ⓓ와 같은 거동을 보 인다. 물론 점탄성 액체와 점탄성 고체의 중간 특성을 갖는 물질도 있으나, 이들 모두 공통적으 로 creep에 따라 순간적으로 변형률이 생긴 뒤, 서서히 증가하는 모습을 보인다.
나. Stress relaxation(응력 완화)
그림 16. Stress relaxation 거동의 예
응력완화에서는 재료에 일정한 변형을 간한 채로 응력의 변화를 시간에 따라 관찰한다.
탄성 고체의 응력은 ⓐ와 같이 시간에 관계 없이 일정한 값을 나타내지만, 점성 액체의 응력 은 항상 0이다.ⓑ
점탄성 고체의 응력은 ⓒ와 같이 유한한 값으로 서서히 이완되지만, 점탄성 액체의 경우에 는 시간이 지남에 따라 점차 이완하여 결국 응력은 없어진다.ⓓ
다. 고분자의 Stress-strain curve
고분자들의 기계적 성질을 살펴보는 또 다른 방법에는 stress-strain curve(응력-변형 곡 선) 실험이 있다. 표준시험법에서 정한 규격의 시편을 원하는 온도에서 정해진 속도로 인장하 면서 응력과 변형률의 상관관계를 측정한다.
그림 .는 대표적인 세 종류의 고분자를 상온에서 측정한 결과이다. 공통적으로 변형률이 작 을 때 응력과 변형률이 직선관계를 보이는데, 이 기울기가 바로 영률이다.
시편이 응력을 견디지 못하고 파괴될 때 파괴점에서의 응력을 최대인장강도(ultimate tensile strength)라 하고, 이 때의 변형률을 파괴점 신장률(elongation at break)이라 한 다.
그림 17. 세 가지 유형의 고분자들의 stress-strain 거동
항복 현상을 나타내는 질긴 플라스틱들의 최대인장강도는 의미가 없으므로 항복점에서의 응력인 항복강도(yield strength)가 중요하다.
제 15 장 기타 고분자
기타 고분자로 소개하지만, 일반 범용의 고분자가 아닌 특수 능력을 지닌 고분자를 설명코자 한 다.