산업 제조업의 구조 경량화 수요가 날로 증가함에 따라 소프트 접착제는 자동차, 항공 우주 및 전자 장비 등 분야에서 날로 광범위하게 응용되고 있다.소프트 접착제는 순환 적재 작업 상황에서의 피로 실효는 접착 구조의 안전 사용에 현저한 영향을 줄 것이다.소프트 접착제가 종종 현저한 점탄성을 나타내는 것을 고려하여, 복잡한 경로의 여러 축 순환 하에서의 점탄성 소프트 접착제의 변형을 연구하는 것은 접착 구조의 피로 방지 설계와 안전 평가에 중요한 의의를 가진다.최근,정주대학 장군교수팀점탄성을 가진 변성 폴리우레탄 소프트 접착제 HP-172B가 단축 스트레칭 및 2축 다중 경로 응력으로 순환 로드 작업 상황에서의 변형 행위를 제어하는 실험 연구를 전개하였다 (그림 1). 또한 상술한 복잡한 변형을 묘사할 수 있는 순환 본체 모델을 구축하였다.

그림 1 2축 로드 경로 설명도: (a) 배율 경로;(b) 다이아몬드형 경로;(c) 원형 경로,(d) 타원형 경로

본 연구는 우선 아령 모양의 변성 폴리우레탄 소프트 접착제 시료를 제조하고 단축 스트레칭 순환 실험을 실시하였다.그림 2에서 볼 수 있듯이 점탄성 특성을 가진 소프트 접착제는 순환 하에서 지속적인 순환 연변과 가시바퀴 응변 누적이 발생했다.순환 횟수가 증가함에 따라 소프트 접착제는 순환 연화가 발생하여 에너지 소모가 점차 감소한다.이 진화 법칙을 설명하기 위해 본 연구는 재료 점탄 특성을 고려하여 유상의 Kelvin 모델과 Maxwell 모델을 기반으로 응변 누적 함수와 기울기 함수를 포함하는 수학 표현식을 구축하여 순환 로드에서의 재료의 가시바퀴 응변 누적 및 순환 연화 행위를 예측하는 비선형 점탄성 본체 모델을 제시했다.

그림 2 단일 축 로드 사이클 시험 결과

그림 3 서로 다른 로드 경로에서 소프트 접착제의 응변 응답 곡선

본 연구는 실제 취역 중 소프트 접착제가 2축 순환 로딩을 더 견뎌야 할 수 있다는 점을 고려하여 복잡한 로딩 경로를 고려한 2축 스트레칭 순환 로딩 시험을 한층 더 진행하였다.단축 순환 로드에 비해 비비례 로드 경로는 더 현저한 톱니바퀴 응변 누적을 초래할 수 있으며 톱니바퀴 응변의 진화 법칙은 로드 경로와 강한 관련이 있다 (그림 3).비비례순환적재작업상황에서 부동한 방향에서의 신축변형은 분자체인간의 상호작용변화를 초래하여 분자체인의 점성회복이 비례적재보다 더욱 어렵게 되여 최종적으로 부동한 극륜응변루적법칙으로 표현된다.또한, 서로 다른 로드 경로 하의 소프트 접착제는 서로 다른 소모 에너지 진화 법칙을 나타내며, 비비례 로드 경로에 대응하는 초기 소모 에너지와 총 소모 에너지는 모두 비례 로드 경로보다 높으며, 이는 비비례 로드 경로가 재료에 더 큰 손상을 초래할 수 있음을 나타낸다.복잡한 로드 경로에서의 재료 변형을 설명하기 위해 본 연구는 로드 경로 계수를 도입하여 두 축 다중 경로 순환 본체 모델을 발전시켰다.이 모델은 로드 경로 계수를 조정하여 서로 다른 로드 경로가 재료 래스터 변화에 미치는 추가 영향을 설명하여 두 축 순환 로드 작업 상황에서의 역학적 응답을 정확하게 예측합니다 (그림 5).

그림 4 서로 다른 로드 경로에서 톱니바퀴의 응변과 소모 에너지는 순환권수에 따라 진화한다

그림 5 2축 다중 경로 순환 로드 조건에서 모델 계산과 시험 결과 비교

요약하자면, 본 연구는 소프트 접착제의 순환 변형 과정 중 서로 다른 로드 경로 작업 상황에서 가시바퀴의 응변, 순환 연화와 재료 손상의 관계에 중점을 두었는데, 이 연구 결과는 소프트 접착 구조의 피로 방지 설계와 개발에 도움이 된다.특히 이 연구는 로드 경로 계수를 로드 경로에만 관련된 매개변수로 간주하고 실제로는 루프 권수와 관련이 있을 수 있습니다.순환권수가 적재경로계수에 대한 의존성을 고려하고 그에 상응한 수정을 진행함으로써 리론예측의 정확성을 한층 더 높일수 있다.

관련 연구논문은'Investigation on the ratcheting strain and cyclic softening of viscoelastic soft adhesive under uniaxial and biaxial cyclic loadings'라는 제목으로'International Journal of Fatigue'에 실렸다.