Evaluation of Interfacial strength based on peeling mechanism along adhesive interface

• Project/Area Number: 21K03765
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Takahashi Kosuke 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60619815)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: Adhesive / Interfacial strength / Peel test / 粘着現象 / はく離強度 / ピール試験 / 粘弾性 / 粘着

Outline of Research at the Start

粘着テープのはく離力は，粘着剤層厚さ，テープ基材厚さに依存することから，粘着現象の理解に基づいてはく離強度を汎用的に評価する技術が求められている． 本研究では，粘着テープのはく離力が，粘着剤層と被着体の間の界面力，粘着剤層の伸縮，テープ基材の曲げ変形に起因する点に着目し，界面力を表すマグネットシート，粘着剤層を表すシリコンゲル，基材を表すPETフィルムを用意することで，はく離力におけるこれらの寄与を個別に評価する独自手法に取り組む．

Outline of Final Research Achievements

In this study, the contribution of the adhesive layer and backing of the adhesive tape to the peel strength was clarified. First, an adhesive tape was modeled using the hyperelastic gel sheet and the steel pins on the magnet, which represent the adhesive layer and the interfacial bonding force, respectively. Their contribution to the peel force was successfully quantified. Next, a testing machine was developed to measure the stress distribution in the peeling region where the adhesive layer stretches. By comparing the results of samples with different tape thicknesses, the effect of the backing thickness on the peeling force was also quantified.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

粘着製品は，エレクトロニクスや医療分野を中心として新しい用途が拡大しており，従来の化学的，材料科学的な知見に基づく試行錯誤的な粘着製品設計のアプローチでは立ち行かなくなってきている．本研究によって力と変形量の関係に基づく材料力学的な解釈が構築されることで，機械製品で行われているようなコンピュータシミュレーションに基づく応力解析を活用した効率的な製品設計手法へと結び付けることが期待される．

Research Products

• [Journal Article] Generalized characteristics of peel tests independent of peel angle and tape thickness (2022)
  • Author(s): Yamada Masako、Takahashi Kosuke、Fujimura Nao、Nakamura Takashi
  • Journal Title: Engineering Fracture Mechanics Volume: 271 Pages: 108653-108653
  • DOI: 10.1016/j.engfracmech.2022.108653
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Effect of Tape Thickness on Relationship Between Peeling Load and Stress Distribution in Peel-zone (2024)
  • Author(s): Kosuke Takahashi
  • Organizer: 47th Annual meeting, The Adhesion Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ピール試験におけるはく離荷重と粘着剤層の引張力の関係 (2023)
  • Author(s): 高橋航圭、鈴木崇玄、藤村奈央、中村孝
  • Organizer: 日本接着学会 第61回年次大会
• [Presentation] ピール試験のはく離領域における応力分布とはく離形態のはく離速度依存性 (2022)
  • Author(s): 鈴木崇玄,高橋航圭，藤村奈央，中村孝
  • Organizer: 日本接着学会第６０回年次大会
• [Presentation] 粘着剤の糸引き過程の微視的観察に基づくタッキファイヤ付着効果の解明 (2022)
  • Author(s): 高橋航圭、因幡和晃、岸本喜久雄、 小曾根雄一、杉崎敏夫
  • Organizer: 日本接着学会第６０回年次大会
• [Presentation] ピール試験における粘着剤層のひずみ速度に着目したはく離強度評価 (2021)
  • Author(s): 山田理子，高橋航圭，藤村奈央，中村孝
  • Organizer: 日本接着学会第59回年次大会
• [Presentation] 粘着テープのはく離強度に及ぼす粘着剤層の変形とはく離形態の影響 (2021)
  • Author(s): 山田理子，高橋航圭，藤村奈央，中村孝
  • Organizer: 第20回破壊力学シンポジウム
• [Presentation] 試験法によらない粘着テープの界面はく離強度評価指標の確立 (2021)
  • Author(s): 山田理子，高橋航圭，藤村奈央，中村孝
  • Organizer: 日本界面学会2021年度年次大会
• [Presentation] Evaluation of Adhesion Strength by Focusing on Strain Rate of PSA Layer in Peel Test (2021)
  • Author(s): Masako Yamada, Kosuke Takahashi, Nao Fujimura, Takashi Nakamura
  • Organizer: EURADH 2021 - 13th European Adhesion Conference
  • Int'l Joint Research