Extensional flow occurs in channels with decreasing diameters and in biological systems, playing a key role in spraying, printing, and fiber spinning. To understand these processes, studying low-viscosity fluids such as polymer solutions and biofluids is essential. The steady-state extensional viscosity and finite extensionable nonlinear elastic (FENE) constant of aqueous PEO solutions measured using a differential pressure extensional rheometer (DPER) made of PDMS were influenced by the temporary extension of polymer chains due to hydrogen bonding between terminal groups in semi-dilute solutions. In this study, the extensional viscosity and finite extensionable nonlinear elastic (FENE) constant were measured for dilute and semi-dilute solutions using a nonpolar polymer and solvent system, where such transient extension effects were absent. To handle organic solvents like toluene, a chemically resistant thermosetting resin microfluidic device was fabricated, overcoming the limitations of PDMS channels. The steady-state extensional viscosity of the PS/toluene solution was successfully measured. This method enables future micro viscosity measurements for various chemicals and advances the study of extensional flow.

인장흐름은 스프레이, 프린팅, 섬유방사공정 등에서 핵심적이다. 이를 이해하기 위해 고분자 용액·나노유체·생체유체 등의 저점도 유체 연구가 필수적이다. 기존 dripping onto substrate(DoS), filament stretching extensional rheometer(FSR), capillary breakup extensional rheometer(CaBER) 등 capillary thinning법은 전이상태 인장점도 측정에 유리하지만 정상상태 측정은 어렵다. PDMS로 제작된 차압식 인장레오미터(DPER)를 이용해 측정한 PEO 수용액의 정상상태 인장점도와 finite extensionable nonlinear elastic(FENE) 상수는 말단기의 수소결합에 고분자체인의 일시적 연장에 의한 영향이 준묽은 용액에서 관찰되었으며, 본 연구에서는 비극성 고분자와 용매를 이용해 일시적 연장이 없는 상태에서 묽은 용액과 준묽은 용액의 인장점도 및 FENE 상수를 측정하였다. 이를 위해 톨루엔에 대한 내화학성이 높은 열경화성 수지로 미세유체장치를 제작하고 PS-톨루엔 용액의 정상상태 인장점도를 측정했다. 본 장치는 다양한 용매에 적용 가능해 향후 여러 화학물질의 미세점도 측정에 활용될 수 있다.

Keywords: extensional viscosity, differential pressure extensional rheometer, Giesekus-Leonov model, finite extensionable nonlinear elastic, microchannel.