모세관 점도계(Capillary Viscometer): 액체 점도 정밀 측정의 표준

모세관 점도계(Capillary viscometer)는 액체가 가는 관(모세관, Capillary)을 통과하는 데 걸리는 시간(유출 시간, Efflux time)을 재어 점도(Viscosity, 끈적임)을 측정하는 기기입니다. 유출 시간은 운동 점도(Kinematic viscosity)에 정비례하며, 기기 고유 환산 계수(Conversion factor)로 직접 점도 값 변환 가능. 점도는 온도 의존성이 커서 항온 수조(Controlled-temperature water bath)에서 특정 온도 유지하며 측정합니다.

점도의 물리적 의미

점도는 액체 내부 마찰, 즉 흐르려는 저항으로 볼 수 있습니다. 윤활유, 페인트, 음료 등 액체 이송·교반·조작 공정에서 핵심 물성치입니다.

대표 구조: U자형/오스트발트(Ostwald) 점도계

여러 설계 중 U자형(오스트발트)이 가장 흔하며, 캐논-펜스키(Cannon-Fenske), 우벨로데(Ubbelohde) 타입이 대표적. 캐논-펜스키 점도계는 U자 유리관 한 팔에 교정 모세관으로 분리된 두 유리 벌브(Chamber), 다른 팔 아래에 시료 주입용 벌브 구성. 시료와 점도계를 항온 수조에 담가 열평형 대기.

측정 절차

1. 열평형 도달 후 시료를 상부 벌브로 흡입.
2. 시료가 모세관을 통해 하부 벌브로 흐르기 시작 → 시험 개시.
3. 모세관 길이 통과 시간(유출 시간) 측정.
4. 제조사 제공 환산 계수로 운동 점도 직접 산출.

고점도액 측정: 희석법과 외삽

고점도 액체는 적정 용매에 희석해 여러 농도에서 점도 측정 → 농도-점도 그래프 작성 → 용매 농도 0%로 외삽(Extrapolation)해 순수 액체 점도 구함.

단위계

• SI 단위: Pa·s (파스칼 초). 대부분 액체엔 너무 커서 mPa·s(밀리파스칼초 = 1/1000 Pa·s) 흔용.
• CGS 단위: 포아즈(Poise) 또는 센티포아즈(cP, 1/100 포아즈). 미국시험재료학회(ASTM) 여전히 사용.
• 두 단위계 모두 미터법 기반 → 환산 단순. 1 cP = 1 mPa·s.