The Definitive Guide to ASTM D412 Tensile Testing of Elastomers

How to Perform a Tensile Strength Test on Elastomers According to ASTM D412 

Written by Kayla Thackeray

ASTM D412 is the most common standard for determining the tensile properties of vulcanized (thermoset) rubber and thermoplastic elastomers. Compounds in this family are used to create a vast array of consumer goods such as tires, footballs, and rubber bands. This family also produces highly specialized materials, such as O-rings on space shuttles, which must perform reliably under extreme environmental conditions.

 

This guide is designed to introduce you to the basic elements of an ASTM D412 tensile test, and will provide an overview of the materials testing equipment, software, and samples needed. However, anyone planning to conduct ASTM D412 testing should not consider this guide an adequate substitute for reading the full standard.


What Does it Measure?

ASTM D412 measures the elasticity of a material while under tensile strain, as well as its behavior after testing when the material is no longer being stressed. ASTM D412 is conducted on a universal testing machine (also called a tensile testing machine) at a rate of 500 ± 50 mm/min until the specimen fails. Though ASTM D412 measures many different tensile properties, the following are the most common:

  • Tensile strength – the maximum tensile stress applied in stretching a specimen to rupture.
  • Tensile stress at a given elongation – the stress required to stretch the uniform cross-section of a test specimen to a given elongation.
  • Ultimate elongation – the elongation at which rupture occurs in the application of continued tensile stress.
  • Tensile set – the extension remaining after a specimen has been stretched and allowed to retract in a specified manner, expressed as a percentage of the original length.

ASTM D412 Testing on Instron Universal Testing Systems

Please note that ASTM D412 does not apply to testing hard, low-elongation elastomers such as ebonite. Those needing to test ebonite and hard plastics should refer to ASTM D638.

 ASTM D412 Test Report

Tensile Testing System

Most ASTM D412 testing is performed on a tabletop universal testing machine with a variety of accessories that can be configured to properly perform an ASTM D412 tension strength test for elastomers and rubber.

A standard package would include a 3400 Series test system, an XL long travel extensometer, and a pair of manual roller grips. This system is excellent for small-to-midsize elastomer manufacturing companies, or for those buying their first D412 system. A more advanced and efficient system is the 6800 Series test system with an AVE 2 non-contacting video extensometer and a pair of 2712 Series pneumatic side action grips with an advanced air kit. This system is the world standard for tire manufacturers and large multinational elastomer manufacturers. For customers that demand high throughput, Instron's multi-station testing systems are the answer and can test as many as five samples simultaneously. A sample ASTM D412 test setup is pictured below.

ASTM D412に準じた試験の設定

ASTM D412に準じた試験の設定

1. Instron 6800

2. Bluehill Universalダッシュボード(2490-696)

3. 2580シリーズロードセル

4. 5 kN空気圧式グリップ(2712-045)

5. 2603-080長伸度伸び計

 

 

 

ソフトウェア

Bluehill Universal はお買い上げ時に、アプリケーションモジュールが無償で付属します。各アプリケーションモジュールには、あらかじめ設定された試験メソッドと補助文書が用意されています。エラストマーモジュールを選択したユーザー向けに、ASTM D412を含むさまざまな規格に準拠した試験を支援します。

Bluehill Universalソフトウェア

試験片

ASTM D412は、試験片の種類によって2種類の試験メソッドを記載しています。この2つの試験メソッドでは、同じ結果が得られないことに注意してください。A法は「ダンベル型」や「ドッグボーン型」の試験片を使用し、B法はリング型の試験片を使用します。A法はB法よりも一般的に使用されています。ドッグボーン型試験片は、射出成形シートまたはプラークから型抜きする必要があります。板を押し出す方向は、材料に微妙な方向性が作られるので重要です 。一貫性を保つために、すべての試験片は長手方向に平行になるように切断する必要があります。

試験片の測定

ASTM D412の試験で許容されるドッグボーン型試験片は6種類、カットリング型試験片は2種類です。最も一般的な形状はダイカットCドッグボーン型で、全長115 mm(ゲージ長25 mm)、幅6 mm、厚さ3 mmが求められます。試験片の厚みは3回測定し、その中央値を合格とします。

ASTM D412試験に使用するすべての試験片は、規格への適合性を確認するため、ASTM D3767に従ってマイクロメーターで測定する必要があります。Bluehill® Universalの自動試験片測定装置の機能により、オペレーターは最大2台のマイクロメーター等測定装置をコンピューターに接続し、データを直接ソフトウェアに入力することができます。これにより、オペレーターの入力ミスが減り、効率性が向上します。

試験片のアライメント

試験を適切に行うには、試験片は斜めに傾けず、フェースに対して垂直になるように保持する必要があります。試験片のアライメント不良は、試験結果の大きなばらつきの原因となるため、各試験で試験片がすべて一貫して配置する必要があります。

アライメントのずれに対処するには、試験片の幅に近いフェースを使用する方法があります。この方法では、目視で比較的容易に配置を調整できます。アライメント不良を防ぐ最も簡単な方法は、グリップ本体に試験片アライメント装置を直接使用することです。これは、試験片が正しく配置されていることをオペレーターが簡単に確認するため、停止位置を調整できるシンプルな棒状のデバイスです。

グリップ

試験の実行に備えて、エラストマー試験片にグリップを一旦締め付けると、不要な圧縮荷重がしばしば負荷されます。このような荷重は、微小であっても、適切に処理しなければ試験結果に支障をきたすことがあります。試験結果にオフセットが生じるため、試験片を挿入後に平衡化しないことが重要です。Bluehill Universal材料試験ソフトウェアは、複数の試験片に対する荷重を正規化し、たわみや圧縮荷重を除去するようプログラムできるため、試験片に対して一貫した結果を得ることができます。6800シリーズ万能試験機で利用できる試験片保護機能は、試験の動作限界を定める前の設定段階において、試験片やシステムの損傷を防止するために設計されています。試験片保護機能をオンにすると、クロスヘッドが自動的に調整され、不要な荷重が所定の範囲内に制限されます。


エラストマーサンプルが伸びると、その厚さが減少します。そのため、ASTM D412では自動的に締まるグリップを推奨しています。フェースにかかる圧力は一定かつ均一なため、サンプルが薄くなっても、試験中にグリップから滑り落ちることはありません。エラストマーの試験には、ヤスリ目のフェースをつけた空気圧式グリップが非常に効果的です。空気圧式グリップにより、吸入空気圧が自動的に調整されるため、試験中に試験片の厚みが大きく変化しても保持力を一定に保つことができます。また、ばねでサンプルに一定の圧力をかける自動締め付けローラーグリップを使用するのも効果的です。ASTM D12のB法を使用する場合は、当社のOリング治具を使用し、Oリングの試験片に対して試験することができます。上下の治具での回転軸を使用し、局所的な応力集中を防ぐグリップです。

10 kNモデル | 2712-046
2613-002
5 kNモデル | 2713-002

伸び計

伸び計は規格においては必要とされていませんが、精度と再現性に優れた結果を得るには、ひずみ測定を行うことをお勧めします。クロスヘッド移動量に基づくひずみ測定は、試験片がゲージ長の外に伸長するため、精度が低下することがあります。XL長伸度伸び計は、エラストマー材料用に設計されており、試験片が破断しても使用できます。ナイフエッジのクランプ力を調整することで、試験片の早期破断を低減します。この伸び計は、わずか1インチのゲージ長で最大3,000%のひずみを測定することができます。

長伸度伸び計

エラストマー材料には、標準型または高精度型非接触式ビデオ伸び計2(SVE 2またはAVE 2)のような非接触式の伸び計が最適です。特に、繊細な試験片や、試験を行うために恒温槽が必要な試験片に適しています。非接触式ビデオ伸び計は、オペレーターの干渉による結果のばらつきを減らし、高い処理能力を必要とする試験室の効率性を高めるというメリットもあります。

自動ビデオ伸び計

恒温槽

多くの場合、ASTM D412で試験されたエラストマーは、将来的には温度環境下で使用されます。温度条件はエラストマーの引張特性に大きな影響を与えるため、試験条件が意図した最終用途の条件を確実に模倣するように注意する必要があります。試験速度、温度、湿度、試験片の寸法、および試験前の条件はすべて試験結果に顕著な影響を及ぼし、試験で有用なデータを得るために制御する必要があります。これらの要素が材料の最終用途を確実にシミュレートするために、ASTM D412は、加熱または冷却(LN2またはCO2)を使用できる恒温槽の内部で頻繁に実施されています。

インストロンの600シリーズ恒温槽は、試験の実施中、槽内の温度をモニターすることができます。さらに、試験開始前にすべての試験片が適切に調整されるように、Bluehill Universal内で均熱時間と温度を設定することができます。

 恒温槽

試験処理能力

試験処理能力の向上を必要とする試験室では、システム設定に変更を加えることができます。自動試験片測定装置、空気圧式グリップ、試験片アライメント装置など、試験オペレーターの手動入力の量を減らすことで、試験効率を向上させることができます。しかし、ASTM D412の試験時間は、予想される試験片の伸びに依存し、最小化することはできません。延性の高い材料では、試験サイクル全体の大部分は、試験の持続時間が占めます。このような場合、マルチステーション試験フレームを使用すると、オペレーターは同時に最大5つの試験を実行できるため、最高の試験処理能力を発揮することができます。

試験片の寸法測定、試験片の取り付け、試験片の取り外しが組み込まれた完全自動化試験システムもご利用いただけます。これらのシステムは、オペレーターによる介入なく何時間にもわたって動作できます。さらに、人為的エラーによるばらつきも抑えます。

 
 

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