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문제 정의
- 되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 스포츠화용 중창으로 사용되는 발포체의 종류 및 경도에 따른 내압축피로 특성을 고찰하기 위하여 발포체에 반복압축을 가하여 압축력, 회복력, 충격력 및 반발탄성 등을 측정하였다.
제안 방법
- 사출파이론(IP) 발포체는 비닐아세테이트의 함량이 28 mol%, 용융지수가 3.0인 EVA수지를 사용하여 충진제 및 발포조제 및 기타 첨가제를 첨가하여 HXTC 에서 30 rpm으로 10분간 혼련하고, 표면 온도가 80"C 인 롤 밀에서 가교제와 발포제를 혼합 분산시킨 후 금형 내에 사출하여 시편으로 제조하였다. 가교제의 함량으로 발포체의 경도를 조절하였다.
- 0인 EVA수지를 사용하여 충진제 및 발포조제 및 기타 첨가제를 첨가하여 HXTC 에서 30 rpm으로 10분간 혼련하고, 표면 온도가 80"C 인 롤 밀에서 가교제와 발포제를 혼합 분산시킨 후 금형 내에 사출하여 시편으로 제조하였다. 가교제의 함량으로 발포체의 경도를 조절하였다. PU, IP 및 PH 발포체는 경도 45±2, 52±2, 59±2 및 66±2로 제조하였으며, 제조된 각 발포체의 영구압축 줄음율 및 비중은 Table 1과 같다.
- 반복압축기를 시편 두께의 30% 혹은 50% 가 압축되도록 플레이트 간격을 조절하고 반복 압축속도 50rpm으로 5만회 까지 반복 압축하였다. 일정횟수 반복압축 후 10분간 상온에서 방치하여 회복시킨 후 만능인장시험기로 압축특성을 측정하였다.
- 발포체의 최대압축력은 압축률 50%에서의 압축력을 측정하였다. 반복압축에 따른 영구변형은 일정 횟수 반복압축 후 실온에서 1시간 방치한 후 시편의 높이와 처음 시편의 높이차이로부터 구하였다. 발포체의 점탄성적 특성은 DMTA(TA사, DMA2980)를 사용하여 -50℃ ~ 120℃ 온도영역에서 주파수 1 Hz, 승온속도 2℃/min로 측정하였다.
- 반복압축은 표준상태(온도 23±2℃, 상대습도 65±2%)에서 자체 제작한 반복압축기를 사용하여 일정압축률을 유지하면서 5만회 반복 압축하였다. 반복압축기를 시편 두께의 30% 혹은 50% 가 압축되도록 플레이트 간격을 조절하고 반복 압축속도 50rpm으로 5만회 까지 반복 압축하였다.
- 발포체를 온도 23±2°C, 상대습도 50%로 유지되는 항온항습기에 12시간 이상 보관하여 시편을 안 정화시킨 후 특성을 측정하였다. 영구압축줄음률은 시편을 50℃에서 6시간 방치 후 실온 중에서 방치하여 측정하였다.
- 발포체의 경도는 이소시아네이트의 함량을 조절하여 발포체의 경도(Asker C type)를 조정하였다.
- 영구압축줄음률은 시편을 50℃에서 6시간 방치 후 실온 중에서 방치하여 측정하였다. 발포체의 압축-회복 특성은 만능 인장시험기(Instron사 4466)로 지름 28.8 mm, 높이 20 mm 원기둥형 시편에 대해 5 mm/min 속도로 50% 압축률 범위에서 시편의 압축 및 회복 응력-변형률곡선을 구하였다. 발포체의 최대압축력은 압축률 50%에서의 압축력을 측정하였다.
- 반복압축에 따른 영구변형은 일정 횟수 반복압축 후 실온에서 1시간 방치한 후 시편의 높이와 처음 시편의 높이차이로부터 구하였다. 발포체의 점탄성적 특성은 DMTA(TA사, DMA2980)를 사용하여 -50℃ ~ 120℃ 온도영역에서 주파수 1 Hz, 승온속도 2℃/min로 측정하였다.
- 8 mm, 높이 20 mm 원기둥형 시편에 대해 5 mm/min 속도로 50% 압축률 범위에서 시편의 압축 및 회복 응력-변형률곡선을 구하였다. 발포체의 최대압축력은 압축률 50%에서의 압축력을 측정하였다. 반복압축에 따른 영구변형은 일정 횟수 반복압축 후 실온에서 1시간 방치한 후 시편의 높이와 처음 시편의 높이차이로부터 구하였다.
- 스포츠화에 사용되는 PU, IP 및 PH 발포체를 경도 45에서 66으로 제조하여 각 발포체의 조건이 반복압축에 미치는 영향을 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 발포체가 반복 압축됨에 따라 발포체의 셀 형태가 일부 변형되는 것으로 나타났으며, IP의 경우가 변형이 가장 현저한 것으로 나 타났다.
- 일정횟수 반복압축 후 10분간 상온에서 방치하여 회복시킨 후 만능인장시험기로 압축특성을 측정하였다. 스포츠화의 경우 일반적으로 20-30% 압축이 되며 최대 50% 정도 압축 때문에 본 연구에서는 압축률을 50%로 하였다.7
- 신발미드솔로 사용되는 PH, PU, IP 발포체의 반복압축에 대한 경도의 영향을 확인하기 위하여 각 조건의 발포체를 50%의 정압축률로 5만회까지 반복압축한 후 발포체의 압축특성을 측정하였다. PU 및 IP 발포체의 경도 및 반복압축이 발포체의 압축력의 변화에 미치는 영향을 Figure 5에 나타내 었다.
- 발포체를 온도 23±2°C, 상대습도 50%로 유지되는 항온항습기에 12시간 이상 보관하여 시편을 안 정화시킨 후 특성을 측정하였다. 영구압축줄음률은 시편을 50℃에서 6시간 방치 후 실온 중에서 방치하여 측정하였다. 발포체의 압축-회복 특성은 만능 인장시험기(Instron사 4466)로 지름 28.
- 반복압축기를 시편 두께의 30% 혹은 50% 가 압축되도록 플레이트 간격을 조절하고 반복 압축속도 50rpm으로 5만회 까지 반복 압축하였다. 일정횟수 반복압축 후 10분간 상온에서 방치하여 회복시킨 후 만능인장시험기로 압축특성을 측정하였다. 스포츠화의 경우 일반적으로 20-30% 압축이 되며 최대 50% 정도 압축 때문에 본 연구에서는 압축률을 50%로 하였다.
- 파이론(PH) 발포체는 비닐아세테이트의 함량이 22 mol%, 용융지수가 2.0 인 EVA를 사용하여 충진제, 발포조제 그리고 기타 첨가제를 사용하여 1차 발포체를 제조하였다. 표면층을 제거한 1차 발포체를 일정 크기로 재단 한 후 145℃의 가열 프레스에서 8분간 성형하고 냉각프레스로 냉각한 후 파이론 시편을 제조하였다.
- 폴리우레탄과 발포체는 성형을 위한 몰드 내에 첨가제를 부가한 폴리올(국내 동성화학 MR-8320)과 이소시아네이트(국내 동성화학 MP-3200)를 혼합하여 몰드에 투입하고 성형하여 발포체를 제조하였다. 발포체의 경도는 이소시아네이트의 함량을 조절하여 발포체의 경도(Asker C type)를 조정하였다.
- 0 인 EVA를 사용하여 충진제, 발포조제 그리고 기타 첨가제를 사용하여 1차 발포체를 제조하였다. 표면층을 제거한 1차 발포체를 일정 크기로 재단 한 후 145℃의 가열 프레스에서 8분간 성형하고 냉각프레스로 냉각한 후 파이론 시편을 제조하였다.
성능/효과
- 반복 압축 후에는 전체적으로 셀의 형태가 찌그러져 있는 것으로 나타났다. PU 발포체의 경우 셀의 형태가 타원 형태로 변형되어 있는 것을 관찰할 수 있었으며, IP 및 PH의 경우 셀이 압축되어 크기가 감소한 것을 관찰할 수 있었다. 발포체의 반복압축에 따른 셀 크기는 IP가 PH의 경우보다 더 현저히 감소하는 것으로 나타났다.
- 그리고 정압축률 반복압축에 따른 발포체의 최대압축력의 감소는 압축률 30% 경우에 비하여 50%인 경우가 더욱 현저한 것으로 나타났다. PU의 경우 반복압축을 행하기 전의 최대압축력은 약 216 N 정도였으나 반복압축률 30%로 5만회 반복 압축한 경우 최대 압축력은 약 206 N으로 반복압축에 따른 최대 압축력의 저하는 미소한 것으로 나타났다. 그러나 반복압축률 50%로 5만회 반복압축한 경우 최대압축력이 약 167 N으로 반복압축에 따른 최대 압축력이 현저하게 저하되었다.
- 경도 52로 제조된 PU, IP 및 PH 발포체의 종류 및 반복압축이 발포체의 압축력의 변화에 미치영향을 Figure 6에 나타내었다. 경도가 52로 동일한 발포체의 경우 PU가 가장 높은 압축력을 나타내었으며, 압축력은 PH < IP < PU의 순서로 나타났다. 이러한 순서는 Figure 7에 나타낸 발포체를 1Hz의 주파수로 압축모드에서 측정한 저장탄성율 (G)의 값도 PH < IP < PU의 순서로 나타났다.
- 이러한 현상은 앞절에서 언급한 바와 같이 PU가 IP에 비하여 변형에 대한 탄 성회복이 우수하기 때문으로 이해된다. 그리고 발포체의 경도가 증가함에 따라 반복압축에 따른 발 포체의 압축력의 감소 정도가 증가하는 현상을 나타내었다. 이러한 현상은 재료의 경도 증가에 따라 재료의 강성이 증가하여 일정변형률로 압축한 후 하중을 제거하여도 완전히 회복되지 않는 영구 변 형이 증가에 기인하는 것으로 이해할 수 있다.
- 이러한 현상은 PU가 IP에 비하여 탄성회복특성이 우수하기 때문으로 이해된다. 그리고 정압축률 반복압축에 따른 발포체의 최대압축력의 감소는 압축률 30% 경우에 비하여 50%인 경우가 더욱 현저한 것으로 나타났다. PU의 경우 반복압축을 행하기 전의 최대압축력은 약 216 N 정도였으나 반복압축률 30%로 5만회 반복 압축한 경우 최대 압축력은 약 206 N으로 반복압축에 따른 최대 압축력의 저하는 미소한 것으로 나타났다.
- 발포체가 반복 압축됨에 따라 발포체의 셀 형태가 일부 변형되는 것으로 나타났으며, IP의 경우가 변형이 가장 현저한 것으로 나 타났다. 반복압축회수가 증가함에 따라 발포체의 압축력은 감소하는 경향을 나타내었으며, IP의 우가 가장 현저한 감소를 나타내었다. 발포체의 경도가 증가함에 따라 반복압축에 따른 압축특성의 저하속도가 더욱 큰 것으로 나타났다.
- 스포츠화에 사용되는 PU, IP 및 PH 발포체를 경도 45에서 66으로 제조하여 각 발포체의 조건이 반복압축에 미치는 영향을 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 발포체가 반복 압축됨에 따라 발포체의 셀 형태가 일부 변형되는 것으로 나타났으며, IP의 경우가 변형이 가장 현저한 것으로 나 타났다. 반복압축회수가 증가함에 따라 발포체의 압축력은 감소하는 경향을 나타내었으며, IP의 우가 가장 현저한 감소를 나타내었다.
- 반복압축회수가 증가함에 따라 발포체의 압축력은 감소하는 경향을 나타내었으며, IP의 우가 가장 현저한 감소를 나타내었다. 발포체의 경도가 증가함에 따라 반복압축에 따른 압축특성의 저하속도가 더욱 큰 것으로 나타났다. 세 가지 종류의 발포체 중 IP 발포체가 반복압축에 따른 압축 특성저하 속도가 가장 큰 것으로 나타났다.
- PU 발포체의 경우 셀의 형태가 타원 형태로 변형되어 있는 것을 관찰할 수 있었으며, IP 및 PH의 경우 셀이 압축되어 크기가 감소한 것을 관찰할 수 있었다. 발포체의 반복압축에 따른 셀 크기는 IP가 PH의 경우보다 더 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 반복압축에 따른 물성의 저하 정도가 IP의 경우가 가장 클 것으로 예상된다.
- 발포체의 경도가 증가함에 따라 반복압축에 따른 압축특성의 저하속도가 더욱 큰 것으로 나타났다. 세 가지 종류의 발포체 중 IP 발포체가 반복압축에 따른 압축 특성저하 속도가 가장 큰 것으로 나타났다.
- 경도 52인 IP 및 PU 발포체를 30% 및 50% 압축률로 일정횟수 반복 압축한 경우 반복 압축이 발포체의 최대압축력에 미치는 영향을 Figure 3에 나타내었다. 전반적으로 반복압축에 따라 발포체의 최대 압축력이 감소하는 경향을 나타내었으나, PU의 경우가 IP에 비하여 보다 감소하는 정도가 낮은 것으로 나타났다. 이러한 현상은 PU가 IP에 비하여 탄성회복특성이 우수하기 때문으로 이해된다.
- 경도 45인 발포체의 압축력은 PU 및 IP의 경우 유사한 약 196 N 정도를 나타내었으나, 경도 66인 발포체의 압축력은 PU의 경우 약 353 N으로 IP의 297 N 보다 높은 압축력을 나타내었다. 전반적으로 발포체를 반복압축함에 따라 발포체의 압 축력이 감소하는 경향을 나타내었으나 PU 발포체의 경우 그 감소의 정도는 IP 발포체 보다 크지 않는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 앞절에서 언급한 바와 같이 PU가 IP에 비하여 변형에 대한 탄 성회복이 우수하기 때문으로 이해된다.
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