폴리메틸실리콘(PDMS) 탄성체는 유연성, 광학투명성, 불연성, 화학안정성, 무독성, 생체상용 및 저렴한 비용 등 우수한 특성을 갖추고 있어 플렉시블 센서, 전자소자 광학계와 생물역학 등 분야에서 널리 활용되고 있다.이러한 응용 프로그램에서 PDMS 위젯은 항상 복잡한 다중 축 응력 상태에 있으며 큰 변형 동작을 수반합니다.실제 작업 상황에서 소프트 재료에 대한 합리적인 모델 선택을 실현하기 위해 다양한 변형 모드에서 PDMS의 응력-응변 응답을 정확하게 표현하고 예측하는 것은 중요한 의미를 가진다.이를 위해 인도 공과대학 Satya Pal과 Abir Bhattacharyya는 비접촉식 이미지 디지털 관련(DIC) 기술을 사용하여 제한된 응변 아래 시료 표면의 응변장을 정확하게 측정하고 변형 패턴이 응력-응변 응답에 미치는 영향에 대해 토론했으며 이를 바탕으로 PDMS의 박송비 응변의 진화 법칙을 확정했다.

이 문서는 먼저 그림 1과 같이 단일 축 압축, 단일 축 스트레치 및 간단한 절단 변형 모드에서 역학 테스트를 수행했으며 DIC를 통해 그림 2에서 그림 4와 같이 PDMS의 변환 변환 진화를 가져왔습니다.그 결과 DIC 기술은 PDMS가 서로 다른 변형 모드에서 로드된 시간에 따라 순변장의 진화 법칙을 비교적 잘 설명할 수 있다는 것을 알 수 있다.

그림 1 샘플 모델

그림 2 단축 압축 작업 상황 하축 방향 응변 시간에 따라 진화

그림 3 단축 스트레칭 작업 상황에서 스트레칭은 시간에 따라 진화해야 한다

그림 4 간단한 절단 작업 상황에서 커팅은 시간에 따라 진화해야 한다

상술한 응변장 측정 결과를 바탕으로 본 연구는 서로 다른 경화제가 차지하는 PDMS가 한 축의 압축, 한 축의 스트레칭과 간단한 절단 작업 상황에서의 응력-응변 관계 곡선을 더욱 얻었다. 그림 5와 같다.그 결과 경화제 비중이 높을수록 PDMS의 표관모양이 커지는 것으로 나타났다.서로 다른 변형 모드에서 PDMS의 역학 행위는 비교적 큰 차이가 존재하며, 단축 압축 작업 상황에서 비선형 행위가 현저하고, 응변 경화 행위가 주도적인 위치를 차지한다;간단한 절단 작업 상황에서 PDMS는 근사선 탄성의 응력-응변 관계를 나타낸다;그러나 단축 스트레칭에서 경화제가 비교적 높을 때 (10: 1) PDMS는 먼저 연화되고 나중에 경화되는 비선형 응답을 나타내지만 경화제가 비교적 낮을 때는 응변 연화만 나타낸다.이 현상은 본고에서 연구한 중등 응변 범위와 관련이 있을 수 있다.

그림 5 다양한 변형 모드에서 PDMS의 응력 - 응변 관계

마지막으로 이 글은 단축 스트레칭 시험에서의 응변장 데이터를 통해 PDMS의 박송비 응변의 진화 법칙을 직접 얻었다. 그림 6과 같다.그 결과 박송비는 응변률, 경화제 비중과 관계없이 평균치가 0.44 정도였다.이 글은 선 탄성 가설을 바탕으로 PDMS의 양씨 계량과 탄성 계량을 각각 얻어 파송비 수치를 유도해 응변장을 통해 직접 얻은 파송비 결과와 비슷하다.PDMS는 작은 응변에서 압축할 수 없는 고체로 표현되며 선 탄성 모델을 통해 역학적 행위를 설명할 수 있다.

그림 6 PDMS 박송비의 스트레칭에 따른 진화

요약하자면, 이 문서는 DIC를 사용하여 세 가지 전형적인 변형 모드에서 PDMS의 표면 변환장을 측정했으며, 각각 선 탄성 가정과 직접 변환 측정을 기반으로 파송비의 크기를 결정했습니다.그 결과 PDMS는 서로 다른 변형 모드에서 역학적 행동에 현저한 차이가 있으며 작은 변형 조건에서 선 탄성 고체로 볼 수 있습니다.이 글의 응변 연구 범위가 40% 를 넘지 않았기 때문에 PDMS의 응변 경화 행위가 충분히 나타나지 않았다는 점을 지적해야 한다.따라서 대변형 조건에서의 비선형 본체 모델을 구축할 때 여전히 더 큰 응변 수준의 실험 연구를 전개해야 하는데, 이러한 대변형 조건에서는 DIC 방법의 적용성이 제한될 수 있다.

해당 논문은'Measurement of axial and shear mechanical response of PDMS elastomers and determination of Poisson's ratio using digital image correlation'이라는 제목으로'Polymer Testing'에 실렸다.