투과 타원법을 이용한 PET 필름의 광탄성 이방성 연구

Abstract

PET 필름은 연신과정에서 강한 구조적 이방성이 발생하는데 이에 따른 광학적 이방성, 기계적 이방성 그리고 광탄성 이방성의 특성을 정량적으로 연구하기 위해 기계적 이방성을 동시 측정할 수 있는 투과 분광타원법을 고안하였다. PET필름의 광학 이방성 측정을 위해서 기층의 광학 이방성에 민감한 투과 분광 타원계를 사용했으며 존스 행렬과 4x4 행렬 등을 이용하여 PET필름의 면방향 복굴절과 두께방향 복굴절의 파장 의존성 그리고 광축의 방위각을 결정하였다. 이를 통해 복축 연신 과정을 통해 제조된 PET필름은 광축의 방위각이 연신의 종축 방향인 machine direction (MD) 방향과 최대 30° 정도의 차이가 나는 것을 확인하였다. 기계적 이방성을 정량적으로 연구하기 위해 영률과 포아송비를 정밀하게 측정하는 장치를 설계, 제작하였다. 측정된 영률과 포아송비는 방위각 의존성을 보이는데 이를 통해서 PET필름의 elastic compliance tensor의 성분을 결정하였다. 결정된 elastic compliance tensor의 특정 성분들을 통해서 광축과 주 응력축이 일치함을 확인하였다. 마지막으로 분광 투과 타원법을 이용하여 광탄성 이방성을 정밀하게 측정하였으며 외부 응력에 따라 미세하게 변하는 면방향 복굴절을 정량적으로 결정하였다. 이로부터 구한 파장 의존성과 방위각 의존성을 가지는 광탄성 계수를 통해서 응력에 의해 발생하는 복굴절을 일반적으로 기술할 수 있는 광탄성 텐서의 성분들을 구할 수 있었으며 이 성분들이 파장이나 방위각에 의존하지 않음을 확인하였다. 더불어 광탄성 계수가 강한 방위각 의존성을 보이며 특정 영역의 방위각에서는 광탄성 계수가 음의 값을 가지는 것을 확인하였다. 이러한 사실들을 간단한 물리적인 모델을 도입하여 설명하였다.