유변학개론

안경현 지음

서울대학교출판문화원 2023년 11월 01일 출간 종이책 : 2021년 03월 30일 출간

작품소개

책소개

복잡유체가 흘러가면서 어떤 경험을 하는지 연구하는 분야가 유변학이다. 가공 기술의 기반이 되는 가장 중요한 학문 영역이다. 소재의 성공적인 산업화를 위해서는 소재 자체의 다양한 특성을 이해해야 하고 좋은 장비를 확보해야 하는데, 여기에는 반드시 가공 기술이 더해져야 한다. 가공 기술은 유변학을 중심으로 다양한 분야의 지식이 융합되고 이를 바탕으로 많은 실험과 경험을 통해서 만들어지는 지식체계이다. 최근 많은 산업현장에서 가공 기술의 중요성이 점차 강조되고 있고, 유변학에 대한 수요도 급증하는 반면, 기존의 교재들은 지나치게 학문적이고, 우리말로 된 교재도 없는 실정에서, 이 책은 학부와 대학원생 및 산업현장의 엔지니어들이 유변학을 쉽게 접하고 배울 수 있도록 서술했다.
이 책은 1부와 2부로 나눠서 1부에서는 유변학의 기본 개념과 방법론을 이해하고 이를 어떻게 산업현장에 적용할 수 있는지 생각해 볼 수 있도록 구성했고, 2부에서는 좀 더 깊이 있는 내용을 다루고 있다. 학부생과 현장의 엔지니어라면 1부의 내용만으로도 충분할 것이며, 관심이 있다면 2부의 내용은 논리의 흐름만 유념하고 가볍게 훑어 봐도 좋을 것이다. 물론 유변학을 전공하는 학생들은 2부의 내용까지 깊이 있게 학습해야 하겠다. 이 책은 유변학을 좀 더 재미있고 쉽게 배울 수 있는 좋은 안내자가 될 것이다.

목차

추천사
머리말

제1부 유변학의 기초
제1장 유체와 유동
1. 유변학과 유체역학
2. 유체의 흐름
3. 응력(stress)
제2장 점탄성
1. 점탄성 유체
2. 점탄성 유체의 흐름
3. 시간 의존성
4. 선형점탄성 모델
1) 적분형 모델
2) 미분형 모델
5. 물질함수(material functions)
1) 계단형 전단유동(step shear)
2) 전단유동에 따른 응력의 발달
3) 순간 유동 후의 응력 완화
4) 크립 및 회복(creep and recovery)
5) 동적점탄성
6) 선형점탄성 함수 간의 관계
6. 온도 의존성
7. 비선형점탄성
제3장 유변물성의 측정
1. 모세관 점도기
2. 회전형 점도기
1) 콘플레이트 점도기
2) 평행판 점도기
3) 회전형 점도기를 사용할 때 유의해야 할 점
3. 신장 점도기
1) SER
2) CaBER(Capillary Breakup Extensional Rheometry)
4. 기타 유동 특성 평가 방법
1) 유동지수(melt index)
2) 스파이럴 테스트(spiral flow test)
3) 토크레오미터
4) 브룩필드(Brookfield) 점도
5) 용융강도(melt strength)
제4장 고분자 유변학
1. 고분자의 구조와 변형
2. 고분자의 구조에 따른 유변 특성의 변화
제5장 입자계 유변학
1. 입자계 유체에 대한 이해
2. 입자간력
1) 반데르발스력(van der Waals force)
2) 정전기력(electrostatic force)
3) 고분자력(polymeric force)
4) DLVO 포텐셜
3. 입자계 유체의 유변 특성
제6장 유변학의 산업적 응용
1. ABS 분자 설계
2. SAN 분자 설계
3. 배터리 전극 슬러리 설계

제2부 고급 유변학
제7장 응력과 변형
1. 응력(stress)
2. 변형 구배 텐서(deformation gradient tensor)
3. 고체의 구성방정식
4. 변형률 텐서(rate of deformation tensor)
5. 액체의 구성방정식
제8장 구성방정식
1. 구성방정식의 조건
2. Second order 모델
3. UCM(Upper Convected Maxwell) 모델
4. 적분형 일반 모델
5. 미분형 일반 모델
제9장 묽은 고분자 용액 이론
1. 덤벨(dumbbell) 모델
2. 유체역학적 상호작용(hydrodynamic interaction: HI)
3. 비선형 스프링
4. Rouse 모델, Zimm 모델
5. 비등방성(anisotropy)
제10장 고분자 용융체 이론
1. 엉킴(entanglement) 현상
2. Rouse 모델
3. 튜브 모델
1) Reptation
2) Primitive path fluctuation
3) Constraint release
4) Chain retraction
5) Convective constraint release
4. 튜브 모델의 구성방정식
1) Doi-Edwards(DE) 모델
2) Doi-Edwards-Marrucci-Grazzuti(DEMG) 모델
3) Mead-Larson-Doi(MLD) 모델
4) Pom-pom 모델
5) 미분형 구성방정식

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출판사 서평

〈이 책의 구성〉
이 책은 2부 10장으로 구성되어 있다. 1부에서는 유변학의 기초에서 다루고 있는 점탄성, 유변물성의 측정 및 응용, 고분자 유변학, 입자계 유변학, 산업적 응용 등은 유변학을 처음 공부하는 이공계 학생들이나 소재 공정 산업의 현장 및 연구개발 엔지니어들에게 매우 유익한 내용들로 구성되어 있다.
1장에서는 학부에서 학습한 유체역학과 유변학이 어떻게 다르고 유체가 흐른다는 것이 어떤 것인지, 그리고 유체가 흐르면서 받게 되는 스트레스(응력)에 대해서 학습한다.
2장에서는 다양한 물질함수를 통해서 점탄성을 정량적으로 정의하고 이들의 특징에 관해 학습한다.
3장에서는 점탄성을 측정하는 방법론을 학습한다. 레오미터를 통해서 유변물성을 측정하는 원리와 실험 및 해석상의 주의할 점들을 학습한다.
4장에서는 플라스틱을 중심으로 한 고분자의 유변학적 특성을 다룬다. 고분자가 갖는 구조적 특징을 이해하고 이로 인한 유변물성상의 특징을 학습한다.
5장에서는 입자계를 중심으로 한 액상 소재의 유변학적 특성을 학습한다.
6장에서는 지금까지 학습한 유변학적 개념과 방법론들이 다양한 산업에 어떻게 적용될 수 있는지 세 가지 예시를 통해 알아본다.

2부는 대학원 과정 이상의 유변학 분야 전문 연구자를 위한 고급 유변학으로 구성방정식, 묽은고분자용액 및 고분자 용융체에 대한 이론까지 망라하여 기술하고 있다.
7장에서는 응력과 변형에 대해 학습한다. 유체가 흐를 때 가장 중요한 물리량은 응력이다. 응력과 변형의 물리적 의미 외에도 이들을 수학적으로 다루는 방법을 학습하고, 간단한 구성방정식을 유도하고 그 특성을 살펴본다.
8장에서는 구성방정식이 가져야 하는 기본적인 조건과 이를 만족시키는 다양한 구성방정식을 학습하고, 이들의 특징을 살펴본다.
9장에서는 묽은 고분자 용액의 유변학적 특성을 이론적으로 살펴보고, 이를 통해 다양한 구성방정식을 유도하고 그 특징을 학습한다.
10장에서는 고분자 용융체의 유변학적 특성을 이론적으로 살펴본다.

작가정보

저자(글) 안경현

서울대학교 공과대학 화학공학과에서 학사, 석사, 박사 학위(1991)를 취득하였다. 미국 위스콘신대학과 일본 교토대학에서 박사후과정을 마친 후, 제일모직 화성연구소에서 연구원으로 근무하였으며, 2004년부터 서울대학교 화학생물공학부 교수로 재직 중이다.
국내외 학술지에 유변학 및 소재가공 관련 논문 210여 편을 발표하였으며, 활발한 국제협력과 산학협력을 통해서 유변학적 개념과 방법론을 산업현장에 적용하는 일에 앞장서고 있다. 한국유변학회 회장, 한국화학공학회 학술부회장 등을 역임했으며, 현재 한국공학한림원 정회원으로 고분자나노융합소재가공기술센터 센터장, 코팅기반화학공정연구센터 센터장을 맡고 있다.