ASTM D882 - 플라스틱 박막 인장 시험에 관한 최종 가이드


thin film testing to ASTM D882

ASTM D882에 따른 플라스틱 박막 인장 시험 수행 방법

저자: Charlie Pryor 

플라스틱 박막과 시트는 포장용으로 널리 사용되며 남은 음식에서 소비재에 이르기까지 많은 일상 용품을 보호하는 데에 쓰이고 있는 것을 볼 수 있습니다. 플라스틱 제조업체와 포장 회사는 요구되는 기대치를 충족시키기 위해 생산 중인 플라스틱 필름의 정확한 기계적 프로파일을 얻는 것이 중요합니다. ASTM D882는 플라스틱 박막의 인장 특성을 결정하는 데 사용되는 일반적인 시험 표준이며, 인라인 품질 관리 목적에 일반적으로 사용됩니다. 이 가이드는 ASTM D882 인장 시험의 기본 요소를 소개하기 위해 만들어진 것으로, 필요한 장비와 소프트웨어 및 샘플에 대한 개요를 제공합니다. 그러나 ASTM D882 시험을 수행하려는 사용자는 이 가이드를 읽으면 전체 표준은 읽지 않아도 되는 것으로 생각해서는 안 됩니다.


전기 자동차 배터리용 분리막 시험

가장 최근에는 ASTM D882에 따라 EV 배터리에 사용되는 분리막의 기계적 특성을 판단하기 위한 시험이 전기 자동차 시장에 도입되었습니다. 분리막은 리튬 이온 배터리와 기타 액체 전해액 배터리의 양극과 음극을 분리하는 중요한 부품입니다. 이러한 분리막에 가장 많이 사용되는 소재는 폴리올레핀이라고 하는 폴리머 필름으로, 조립 시의 와인딩 작업과 광범위한 사용으로 인해 양극에 리튬이 불균일하게 도금되는 것도 견딜 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다. 더 안전하고 강력한 분리막 소재일수록 양극과 음극의 접촉을 보다 효과적으로 방지하고, 얇은 소재일수록 각 배터리의 무게를 줄이고 에너지 밀도를 높이는 데 도움이 됩니다.

ASTM D882에 따라 이러한 재료를 시험하면 최적의 분리막 솔루션을 결정할 때 R&D뿐만 아니라 품질 관리를 위한 검사에도 매우 유익할 수 있습니다. 또한 분리막은 다른 많은 박막 소재의 경우와 마찬가지로 이방성이므로 여러 다른 절단/시험 방향에서 시험하는 것이 좋습니다.

전기 자동차 시험에 대해 자세히 알아보기

 

electric vehicle chassis

무엇을 측정하나요?

ASTM D882는 두께가 1mm 미만인 플라스틱을 시험하기 위해 특별히 설계된 것으로, 정해진 이 두께 범위 내에서 모든 유형의 플라스틱 시편을 시험하는 데 사용할 수 있습니다. 1mm보다 두꺼운 플라스틱은 ASTM D638에 따라 시험해야 합니다. ASTM D882 시험은 만능 재료 시험기(인장 시험기라고도 함)에서 일정한 크로스헤드 속도로 수행됩니다. 다음은 가장 일반적으로 측정되는 인장 특성입니다.

 시험 방법 및 시편

ASTM D882 시험 중에 시편은 파손될 때까지 장력을 받습니다. 크로스헤드 속도는 시편의 길이에 따라 달라지며 초기 그립 간격(시편의 길이)에 초기 변형 속도(mm/mm x min)을 곱하여 계산할 수 있습니다. 초기 변형 속도는 파단 시 시편의 최대 연신률에 따라 달라집니다. 플라스틱 필름과 시트는 탄성이 높기 때문에 일반적으로 더 높은 크로스헤드 속도가 필요합니다. ASTM D882에 따른 시험에서 중요한 요소 중 하나는 적절한 예압을 이용하는 것입니다. 박막 시편은 시험을 위해 그립에 로드했을 때 일반적으로 느슨하고 팽팽하지 않습니다. Bluehill Universal  시험 소프트웨어에서 쉽게 구성할 수 있는 예압은 시험 중에 데이터를 기록하기 전에 시편의 느슨함을 제거하도록 해줌으로써 결과가 정확하고 반복 가능하게 됩니다. 

이 시험은 그립 사이의 시편 길이에 걸쳐 두께의 10% 이내의 균일한 시편을 대상으로 한 것입니다. 1mm 두께 한계에 가까운 두꺼운 시편은 5% 이내로 균일해야 합니다. 시편의 너비는 5.0~25.4mm 사이여야 하며, 시험 중에 사용된 그립 간격보다 적어도 50mm 이상 길어야 합니다. 시험을 위한 표준 시편 게이지 길이는 250mm입니다. 그러나 이것이 불가능할 때는, 결과에 영향을 미치지 않는 것으로 확인된 경우 최소 100mm(50mm 게이지 길이) 길이의 시편도 허용됩니다. 샘플이 등방성 소재인 경우,  이 표준에서는 각 샘플에서 최소 5개의 시편을 시험할 것을 요구하고 있습니다. 그러나 샘플이 이방성인 것으로 의심되는 경우, 장축 방향으로 5개, 추정되는 이방성 축 방향으로 5개, 합해서 최소 10개의 시편을 시험해야 합니다. 또한, 탄성계수를 결정하는 데 사용한 시편은 인장 강도 또는 기타 인장 특성을 결정하는 데 사용할 수 없습니다. 이는, ASTM D882에 따라 시험하는 사용자는 모든 관련 특성을 적절히 측정하기 위해 많은 수의 시편을 만들어두는 것이 현명할 것임을 의미합니다. 

시험기

이 시편은 파단력이 작기 때문에, ASTM D882 시험은 일반적으로 Instron의 34SC 시리즈 또는 68SC 시리즈 시스템과 같은 단일 컬럼 만능 재료 시험기에서 수행됩니다. 그러나 많은 박막 시편이 높은 파단 연신율을 나타내기 때문에 복합적 문제가 발생할 수 있습니다. 이 시편을 표준 250mm 게이지 길이에 맞출 때는 파손될 때까지 시험하기 위해 때때로 높이가 더 높은 단일 컬럼 프레임 또는 이중 컬럼 프레임이 필요할 수 있습니다. Instron의 6800 시리즈는 시험기에서 고급 기능을 원하는 실험실에 이상적입니다.


 

ASTM D882 시험 설정
1) 6800 시리즈 만능재료시험기
2) Bluehill Universal 소프트웨어
3) 2580 시리즈 로드셀
4) 2712 시리즈 공압식 그립

 

Instron system






그립

이러한 플라스틱 시편의 유연하고 섬세한 특성으로 인해 파지가 어려울 수 있습니다. 공압식 사이드 액션 그립은 시험이 진행되는 동안 시편을 충분히 조일 수 있도록 공기 압력 조정이 가능한 주입구가 마련되어 있습니다. 박막 시험에는 스크루 동작이나 손으로 조이는 그립보다 공압 그립이 선호됩니다. 후자의 경우 클램핑 압력에 가변성이 많아서 시험 결과에 일관성이 적고 조로 인한 파손이나 미끄러질 가능성이 더 높기 때문입니다. 매우 얇은 박막 시편의 경우 자체 조임식 롤러 그립을 사용할 수도 있습니다.

2712-041
1kN 모델 | 2712-041
2613-007
1kN 모델 | 2713-007

조 페이스

ASTM D882 시편은 취약하므로 시험을 성공적으로 수행하려면 조 페이스 선택도 중요합니다. 톱니 모양의 조 페이스는 파지할 때 시편에 손상을 주어 조로 인한 파손 또는 부정확한 결과를 초래할 수 있으므로 권장하지 않습니다. 고무 페이스는 박막 시편을 손상시키지 않으며 시험 과정에서 면이 얇아지면서 시편이 미끄러지는 것을 방지하는 것으로 나타났기 때문에 고무 페이스와 공압식 그립을 조합한 형식이 선호되고 있습니다. 이 조합은 또한 가장 반복 가능한 결과를 생성합니다. 

고무 조 페이스는 시편의 그립 또는 탭 끝의 너비와 일치해야 합니다. 이 유형의 소재에 대한 가장 일반적인 페이스 크기는 25mm x 25mm(1인치x1인치)입니다. 너비가 일치하면 시편 정렬이 용이하게 되며, 이는 양호한 파단 측정과 정확한 시험 결과에 매우 중요합니다. 시편 너비가 표준에서 허용하는 오차의 작은 쪽에 있는 해당하는 경우에는 조 페이스가 최소한 시편의 너비만큼 넓어야 하지만, 이 경우 더 넓은 것도 허용됩니다.

선 접촉 그립은 고무 페이스를 사용하기에 너무 얇은 필름 시편에 대해 가능성 있는 옵션입니다. 선 접촉 페이스에는 부드러운 조 페이스 한 개와 반대쪽의 둥근 페이스가 포함되어 있어서 크로스헤드의 이동 방향에 수직인 하나의 단일 선을 따라 파지력을 분산하는 데 도움이 됩니다. 그립의 가장 중요한 측면은 시험 시 미끄러짐을 방지하고 시험하는 동안 각 시편 전체에 균일한 응력 분포를 유지하는 것입니다.





전기 자동차 배터리 관련 자동 ASTM D882 시험

전기 자동차 산업의 폭발적인 성장이 예상됨에 따라, 배터리 제조업체는 예상되는 수요 증가에 대비하여 최대한 신속히 시험 용량을 확대하는 것을 고려해야 합니다. 시험 물량이 증가함에 따라 처리량과 효율성이 더욱 중요해집니다. Instron은 귀사 시험실의 생산성을 높일 수 있는 다양한 자동화 옵션을 제공합니다. 당사의 완전 자동화 시스템에는 자동 및 반자동 옵션이 모두 포함되어 있으며, 대량의 박막 시편 시험에 이상적입니다. 이러한 시스템은 운용자가 필요 없으며, 처리량을 최대화하고, 최적의 결과를 유지하도록 설계되어 있습니다.




결과

Instron의 Bluehill® Universal 시험 소프트웨어를 이용하면 표준에 따른 계산 결과를 쉽게 보고할 수 있습니다. 이 소프트웨어는 또한 ASTM D882 시험을 위해 사전 구성된 시험 방법과 함께 제공되며, 컴플라이언스를 보장하는 데 도움이 되는 특정 시험 매개변수 및 계산이 포함됩니다.

Bluehill Universal ASTM D882

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