The Definitive Guide to ISO 178

How to Perform a Flexural Test on Plastic According to ISO 178 

 Written by Daniel Caesar

 ISO 178 header

Due to their low cost, light weight, resistance to corrosion, and general versatility, plastics have established a significant presence in many different industries. It is important to determine the material properties of plastics in order to characterize their expected behavior in real-world applications. One important property is the relationship between stress and strain while a plastic sample is being bent or flexed: in other words, the flexural properties of the material. To regulate an internationally standardized method for determining this property, the International Organization for Standardization (ISO) developed ISO 178. 

This guide is designed to introduce you to the basic elements of an ISO 178 flexure test and will provide an overview of the testing equipment, specimens, and results involved in the standard. However, anyone planning to conduct testing compliant with ISO 178 should not consider this guide an adequate substitute for reading the full standard.

What Does it Measure? 

ISO 178 is a test method for determining the flexural properties of rigid and semi-rigid plastics by performing a three-point bend test on a universal testing system. A three-point bend test applies force at the midpoint of a rectangular specimen, which is freely supported at either end. The applied force is measured by a load cell, and the resulting deflection is measured by either the system’s crosshead displacement (with results corrected for system compliance) or by a direct strain measurement device. There are four test types outlined in ISO 178, each specifying a deflection measurement method (i.e. via crosshead or direct strain transducer) and an associated calibration accuracy requirement.

The type of ISO 178 test a lab performs is prescribed by the requirements of its customers, whether they are internal, such as an R&D lab, or external, such as a third party testing lab. It is important to ensure that the specific requirements for your lab are identified and agreed upon by your customers prior to purchasing test equipment and performing testing.

Is ISO 178 the Right Standard for You?

ISO 178 is very similar to ASTM D790, though it differs in several key points:

  • ISO 178 requires the use of either a deflectometer or compliance correction in order to determine modulus. ASTM D790 allows modulus to be calculated by crosshead displacement alone.
  • Preferred specimen sizes are different, and because test speed is dependent on specimen depth, test speeds between the standards may vary. The preferred depth for ISO 178 specimens is 4 mm while the preferred depth of ASTM D790 specimens is 3.2 mm. 
  • ASTM D790 allows only one test speed, whereas ISO 178 allows a second (faster) test speed to be used after modulus is measured.
Specimens

ISO 178 specimens are either machined from sheets in accordance to ISO 2818 or prepared via compression or injection molding in accordance to ISO 293/295 or ISO 294-1/10724-1, respectively. The preferred specimen dimensions are specified as:

  • Length: 80 mm (± 2)
  • Width: 10 mm (± 0.2)
  • Thickness: 4 mm (± 0.2)

If the preferred dimensions are not achievable, ISO 178 offers alternative widths dependent on the specimen’s thickness. If the material is anisotropic, both directions are to be tested.

Procedure

ISO 178 testing is usually performed on table model universal testing systems due to the relatively low force capacity requirement. The test machine must be able to maintain a constant test speed between 1 and 500 mm/min within tolerances specified in the standard. All models of Instron’s 3400 Series and 6800 Series testing machines meet the necessary speed accuracy requirements. The force measurement device, or load cell, must meet Class 1 of ISO 7500-1 over the range of forces to be reported. It is important to ensure that your lab is aware of the minimum and maximum test forces so that they select a load cell with an appropriate force capacity and verification range.

ISO 178に準じた試験の設定

ISO 178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. 3点曲げ治具(2810-400)

5. たわみ計プランジャー(2810-403)

 

伸び計

 

ひずみ測定

1. AVE2非接触式伸び計

2. AUTOX750自動伸び計

3. 2630シリーズのクリップ式伸び計

 

ISO 178では、求める結果とそれに伴う精度に応じて、さまざまなたわみ測定システムを使用することができます。たわみ測定は、精度の低いものから順に、クロスヘッド変位、コンプライアンス補正を含むクロスヘッド変位、直接ひずみ測定装置の使用が認められています。ISO 178の2010年の更新以前は、たわみ測定精度の誤差は値の1%を超えてはなりませんでした。しかし、2010年の更新以降、オペレーターはISO 9513に基づくクラス1のたわみ計を使用するか、結果から装置のコンプライアンスを除去できるソフトウェアを使用しなければならなくなりました。

試験室で要求されるたわみ精度がどのようなものであっても、インストロンはそれに応えることができるソリューションを提供します。Bluehill® Universalソフトウェアを搭載した3400シリーズおよび6800シリーズの試験フレームはすべて、コンプライアンス補正の有無にかかわらずクロスヘッドからのたわみを測定することが可能です。インストロンは、ひずみを直接測定するためのさまざまなソリューションも提供しています。一般的なソリューションとしては、プランジャー(たわみ計)にクリップ式伸び計を取り付けたものがあります。最も高性能で高試験処理能力のソリューションには、AutoX750高性能ビデオ伸び計(AVE2)があります。

システムのロードセルと同様に、たわみ測定装置も、報告された結果の動作範囲で検証する必要があります。特に曲げ弾性係数は、きわめて小さなたわみ(0.1 mm 未満)で計算されます。試験の最小変位と最大変位を特定しておくと、検証者に適切に指示することができるようになります。

ISO 178伸び計

治具

ISO 178の試験には、3点曲げ治具が必要です。この治具は、移動クロスヘッドに取り付けられた上部のローディングアンビルと、2つの調整可能なアンビルを持つ、下部の固定された支持ビームで構成されています。インストロンの2810-400曲げ治具は、治具の要件に完全に適合しており、厚さ3.0 mmまでの試験片を試験するための半径2.0 mmのアンビル、または厚い試験片用の半径5.0 mmのアンビルに合わせて使用することができます。支持スパンの要件は、試験片の厚さの比率に基づいており、試験する材料の剛性によって変化します。調整可能なアンビルは、オペレーターが支持スパンの距離を設定することができ、アンビルの正確な位置決めを可能にするために、支持ビームに目盛りの付いた長さ単位を採用しています。また、ひずみ測定装置を使用する際に、たわみ計の中心合わせを容易にすることができます。試験片のアライメントは結果に大きなばらつきをもたらす可能性があるため、各試験において試験片のアライメントが一定であるよう適切な注意を払う必要があります。インストロンの曲げ治具には、試験片の幅に合わせて調節可能なアライメントアームも付属しています。

2810-400
5 kNモデル | 2810-400

試験片の測定

ISO 178では、ISO 16012に準拠して、試験片の長さの中央で幅と厚さを測定することが求められています。少なくとも3回測定し、その平均値を幅と厚みの両方について記録します。インストロンのBluehill Universalの自動試験片測定装置(ASMD)機能により、オペレーターは最大2つのマイクロメーターや測定装置をコンピューターに接続し、測定値の平均値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。

試験メソッド

3点曲げ治具のスパン(下部アンビル間の距離)は、試験片の厚さの関数として構成されます。低温や高温など、試験の環境条件は試験材料に依存するため、試験室とそのお客様との間で合意しておく必要があります。ISO 291に、この情報がない場合のガイダンスが記載されています。インストロンは、温度環境下の試験に対応するため、完全一体型の恒温槽を提供しています。

ISO 178では、クロスヘッド速度の設定方法として、A法とB法が規定されています。A法は試験全体を通して1つの速度を使用するのに対し、B法は初期の弾性係数領域では1つの速度を使用し、残りの試験では2つ目の、より速い速度を使用します。使用した一定クロスヘッド速度は、指定されたひずみ速度を推定するために使われます。予荷重の後、試験片は破断または5%の曲げひずみのどちらかが発生するまでたわみます。荷重とたわみのデータは、十分なデータ取得速度で、試験中を通して記録されます。

試験を設定する際には、正確で一貫したひずみ測定を行うために、十分な予荷重をかけることを強く推奨します。試験を開始する前に試験片に加える力の大きさは、計算の再現性に直接影響します。

ISO 178に準じた試験の設定

ISO 178に準じた試験の設定

1. Instron 3400

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

3. 2530シリーズロードセル

4. 3点曲げ治具(2810-400)

5. たわみ計プランジャー(2810-403)

 

結果

以下は、ISO 178で報告可能な計算と結果の一覧です。

  • 曲げ応力 – 荷重、スパン、試験片幅、試験片厚さの関数。これは、単位面積あたりの力である引張応力や圧縮応力とは異なります。
  • 曲げひずみ – たわみ、スパン、試験片の厚さの関数。これは、元のゲージ長に対するゲージ長の変化である、引張や圧縮のひずみとは異なります。
  • 曲げ弾性係数 – 曲げ応力と曲げひずみの関数で、0.05%から0.25%曲げひずみの間。コード係数は、曲げ応力に対する曲げひずみ曲線上のポイントに当てはめることができます。
  • 曲げ強さ – 曲げ試験で得られる最大曲げ応力。
  • 破断時曲げ応力 – 試験片が破断するときの曲げ応力。材料によっては、降伏点の手前で破断するものもあります。その場合、曲げ強さは破断時の曲げ応力に等しくなります。
  • 5%曲げひずみ時の曲げ応力 – 5%曲げひずみ以内で試験片が破断しない試験における、試験終了時の曲げ応力。

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と試験片アライメント装置は、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。インストロンのAT3AT6など、試験片の測定、試験片の装填、試験、取り出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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