ASTM D412: 엘라스토머 인장 시험에 대한 안내서

ASTM D412에 따른 엘라스토머의 인장 강도 시험 방법 

작성자 : Kayla Thackeray

ASTM D412는 가황 (열경화성) 고무 및 열가소성 엘라스토머의 인장 특성을 결정하기 위한 가장 일반적인 표준입니다. 이 계열의 화합물은 타이어, 축구공 및 고무 밴드와 같은 광범위한 소비재를 만드는 데 사용됩니다. 이 계열은 극한의 환경 조건에서도 안정적으로 작동해야 하는 우주 왕복선의 O-링과 같이 고도로 전문화된 재료를 생산합니다.

이 안내서는 ASTM D412 인장 시험의 기본 요소를 소개하기 위해 고안되었으며 필요한 재료 시험 장비, 소프트웨어 및 샘플의 개요를 제공합니다. 그러나, ASTM D412 시험을 수행하려는 분은 이 가이드를 표준 전체 내용을 대체할 수 있는 충분한 자료로 간주하지 않으시기 바랍니다.


무엇을 측정합니까?

ASTM D412는 인장변형을 받는 동안 재료의 탄성을 측정할 뿐만 아니라 재료가 더 이상 응력을 받지 않을 때의 시험 후 거동을 측정합니다. ASTM D412는 시편이 파손될 때까지 만능 재료 시험기(인장 시험기라고도 함)에서 500 ± 50 mm/분의 시험속도로 수행됩니다. ASTM D412는 다양한 인장 특성을 측정하며 가장 일반적인 특성은 다음과 같습니다.

  • 인장 강도 – 파단을 위해 시편을 잡아당기는 데 적용되는 최대 인장 강도.
  • 주어진 신율에서의 인장 강도 – 시험 시편의 균일한 단면을 주어진 신율로 늘리는 데 필요한 응력.
  • 최대 신율 – 지속적인 인장 강도 적용 시 파단이 발생하는 신율.
  • 인장 세트 – 시편이 펴진 후에 지정된 방식으로 다시 돌아가도록 놔둔 후 연신되는 정도로, 원래 길이의 백분율로 표시.

astm d412 그립 및 신율계

ASTM D412는 에보나이트와 같이 신율이 낮은 경질 엘라스토머의 시험에는 적용되지 않는다는 점에 주의하십시오. 에보나이트 및 경질 플라스틱을 시험할 필요가 있으신 분들은 ASTM D638을 참조해야 합니다.

 ASTM D412 시험 보고서

인장 시험 장비

대부분의 ASTM D412 시험은 엘라스토머 및 고무에 대한 ASTM D412 인장 강도 시험을 적절히 수행하기 위해 구성된 다양한 부속품을 갖춘 테이블용 만능 재료 시험기에서 수행됩니다.

Bluehill Universal ASTM D412 Preset 시험

표준 패키지에는 3300 시리즈 시험 시스템, XL 롱 트래블 신율계 및 한 쌍의 수동 롤러 그립이 포함됩니다. 이 장비는 중소 규모의 엘라스토머 제조업체 또는 D412용 장비를 처음 구입한 기업에 적합합니다.

Instron 3300 시험기

기능이 더 향상된 효율적인 장비는 AVE 2 비접촉식 비디오 신율계와 고급 에어 키트인 2712 시리즈 공압식 사이드 액션 그립이 장착된 5900 시리즈 시험 장비입니다. 이 장비는 타이어 제조업체 및 대형 다국적 엘라스토머 제조업체를 위한 세계 표준형으로 사용됩니다.

 av2 및 공압 그립이 장착된 5900 시리즈 시험장비

높은 처리량이 필요한 고객의 경우, Instron의 다중 스테이션 시험 장비가 해답이며, 이 장비는 최대 5개의 샘플을 동시에 시험할 수 있습니다.

다중 스테이션 시험기

시편

ASTM D412는 시편 유형에 따라 두 가지 시험 방법을 설명합니다. 이 두 가지 시험 방법이 동일한 결과를 산출하지는 않는다는 점에 주의하십시오. 시험법 A는 "아령" 또는 "Dogbone" 모양의 시편을 사용하는 반면, 시험법 B는 링 모양의 시편을 위해 설계되었습니다. 시험법 A는 시험법 B보다 더 보편적으로 사용됩니다. Dogbone형 시편은 사출 성형 시트 또는 판에서 다이 컷해야 합니다. 시트가 압출되는 방향은 재료에 미묘한 그레인 패턴을 생성하므로 중요합니다. 가장 정확한 결과를 위해서는 시편의 절반을 이 그레인의 반대 방향으로 절단해야 하고 나머지 절반은 그레인과 같은 방향으로 절단해야 합니다.

시편 측정

ASTM D412 시험을 위한 허용 가능한 Dogbone 시편 타입으로는 6가지가 있으며, 허용 가능한 절단 링 시편 유형으로는 2가지가 있습니다. 가장 보편적으로 시험되는 모양은 전체 길이 115mm(표점거리 25mm), 폭 6mm 및 두께 3mm를 요구하는 다이 컷 C Dogbone 시편입니다. 시편의 두께는 중간값을 허용된 값으로 하여 세 번 측정해야 합니다.

표준의 적합성을 확인하기 위해 ASTM D412 시험에 사용된 모든 시편은 ASTM D3767에 따라 마이크로미터로 측정해야 합니다. Bluehill® Universal의 자동 시편 측정 장치 기능을 통해 작업자는 최대 두 대의 마이크로미터 또는 측정 장치를 컴퓨터에 연결하고 데이터를 소프트웨어에 직접 입력할 수 있습니다. 이를 통해 운영자 입력 오류의 가능성을 없애고 효율성을 높일 수 있습니다.

시편 정렬

올바르게 시험하기 위해 시편은 죠 페이스에 수직으로 고정되어야 하며 각도상 기울어지지 않아야 합니다. 시편의 오정렬은 시험 결과에 큰 변화를 일으킬 수 있으며, 각 시험마다 시편이 일관성 있게 정렬되도록 적절한 주의를 기울여야 합니다.

오정렬을 해결하는 한 가지 방법은 시편과 동일한 폭에 가까운 죠 페이스를 사용하는 것입니다. 이렇게 하면 시각적으로 정렬을 조정하기가 비교적 쉬워집니다. 오정렬을 방지하는 가장 쉬운 방법은 그립 본체에 직접 장착되는 시편 정렬 장치를 사용하는 것입니다. 이는 작업자가 시편이 올바르게 정렬되었음을 쉽게 알 수 있도록 조정 가능한 정지 지점을 제공하는 간단한 Bar입니다.

그립

시험을 수행하도록 준비하는 중에 플라스틱 시편을 그립으로 조이면 원치 않는 압축력이 자주 가해집니다. 이러한 힘은 비록 극미하긴 하지만, 제대로 처리하지 않으면 시험 결과를 방해할 수 있습니다. 시편을 삽입한 후에 균형이 맞지 않는것을 확인하는게 중요합니다. 왜냐하면 이로 인해 결과적으로 오프셋이 생기기 때문입니다. Bluehill Universal 재료 시험 소프트웨어는 여러 시편들의 힘을 표준화하고 슬랙 또는 압축력을 제거하도록 프로그래밍할 수 있어 시편 간의 일관된 결과를 보장합니다. 시편 보호 기능은 5900 시리즈 만능 재료 시험기에서 사용 가능하며, 시험의 작동 한계가 정의되기 전에 시험의 설정 단계에서 시편이나 장비의 손상을 방지하도록 설계되었습니다. 이 기능을 켜면 시편 보호 기능이 자동으로 크로스헤드를 조정하여 원치 않는 힘을 일정한 한계 미만으로 유지합니다.


엘라스토머 샘플은 늘어남에 따라 두께가 감소합니다. 이러한 이유로 ASTM D412는 자동으로 조이는 그립을 권장합니다. 죠 페이스에 걸쳐 일관되고 균일한 압력이 가해지므로 시험 중에 얇아지는 샘플이 그립에서 빠져나오지 않습니다. 톱니형 면이 있는 사이드 액션 공압 그립은 엘라스토머 시험에 매우 효과적입니다. 공압 그립을 사용하면 흡입 공기 압력이 자동으로 조정되므로 시험 중에 시편의 두께가 크게 변경되더라도 그립력이 일정하게 유지됩니다. 또 다른 효과적인 옵션은 자가 조임 롤러 그립을 사용하는 것입니다. 롤러 그립은 시험 중에 샘플에 일정한 압력을 가하기 위해 스프링을 사용합니다. ASTM D12 시험법 B를 사용하는 경우, O-링 시편은 O-링 치구로 시험할 수 있습니다. 이러한 그립은 상부 및 하부 치구에 회전축을 사용하여 국부 응력 집중을 방지합니다.

grips

신율계

표준에서 신율계를 요구하는 것은 아니지만, 가장 정확하고 반복 가능한 결과를 위해 신율계 사용 변형률 측정이 권장됩니다. 크로스헤드 이동에 기반한 변형률 측정은 표점거리를 벗어난 시편 신장으로 인해 덜 정확합니다. XL 롱 트래블 신율계는 엘라스토머 재료에 대해 작동하도록 설계되었으며 시편 파단 시에도 사용할 수 있습니다. 나이프 모서리의 조정 가능한 클램핑력은 시편의 조기 파손을 줄입니다. 이 신율계는 단 2.54cm(1인치)의 표점거리에서 최대 3000%의 변형률을 측정할 수 있습니다.

Long-Travel Extensometer

표준 또는 고급 비디오 신율계 2(SVE 2 또는 AVE 2)와 같은 비접촉식 신율계는 엘라스토머 재료에 가장 이상적입니다. 부서지기 쉽거나 시험을 위해 환경 챔버가 필요한 시편에 특히 적합합니다. 비접촉식 비디오 신율계는 운영자의 간섭으로 인한 결과의 차이를 줄이고, 높은 처리량을 필요로 하는 실험실의 효율성을 높이는 추가적인 이점을 제공합니다.

Automatic Video Extensometer

환경 챔버

ASTM D412에 따라 시험된 엘라스토머는 대개 비상온 조건하에서 향후 사용될 것으로 예상됩니다. 상온 조건은 엘라스토머의 인장 특성에 큰 영향을 미치므로 시험 조건이 의도된 최종 용도 어플리케이션의 조건을 따르는지 확인하는 데 주의를 기울여야 합니다. 시험 속도, 온도, 습도, 시편 치수 및 시험 전 조건 모두가 시험 결과에 유의미한 영향을 미치므로 시험이 유용한 데이터를 생성할 수 있도록 이를 제어해야 합니다. 이러한 요소가 재료의 최종 용도에 적합한지를 시뮬레이션할 수 있도록 ASTM D412는 가열 또는 냉각(LN2 또는 CO2)이 가능한 환경 챔버에서 자주 수행됩니다.

Instron의 600 시리즈 환경 챔버를 사용하면 시험 지속 시간 동안 작업자가 챔버 내부의 온도를 모니터링할 수 있습니다. 또한, Bluehill Universal 내에서 균열 시간 및 온도를 설정하여 모든 시편이 시험 시작 전에 적절하게 준비되도록 할 수 있습니다.

 Environmental Chamber

처리량

처리량을 늘리려는 실험실의 경우, 시스템 설정을 몇 가지 수정할 수 있습니다. 자동 시편 측정 장치, 공압 그립 및 시편 정렬 장치는 모두 시험 운영자에게 필요한 수동 입력량을 줄임으로써 시험 효율성을 높입니다. 그러나, ASTM D412의 시험 시간은 시편의 예상 신율에 따라 달라지며 최소화할 수 없습니다. 연성이 높은 재료의 경우, 시험 지속 시간이 전체 시험 사이클의 대다수를 차지합니다. 이 경우, 운영자는 최대 5개의 시험을 동시에 실행할 수 있기 때문에 다중 스테이션 시험기 프레임이 최상의 처리량을 제공할 수 있습니다. 

완전자동화 시험 장비도 사용할 수 있으며 시편 측정, 시편 로드, 시험 및 제거를 통합하도록 설계되었습니다. 이 장비는 운영자와의 상호 작용 없이 몇 시간 동안 작동할 수 있습니다. 또한, 이러한 장비는 인적 오류로 인한 가변성을 줄이는 데 도움이 됩니다.


관련 내용


ASTM D412 test setup

ASTM D412 Test Setup

1. Instron 6800

2. Bluehill Universal Dashboard (2490-696)

3. 2580 Series Load Cell

4. 5 kN Pneumatic Side-Action Grips (2712-045)

5. 2603-080 Long Travel Extensometer

 

 

 

Software

Bluehill Universal comes with a free application module upon purchase. Inside each application module are pre-configured test methods and supporting documentation to assist with testing to various standards, including ASTM D412 for those who choose the Elastomer module.

Bluehill Universal software

Specimens

ASTM D412 describes two methods for testing, depending on specimen type. Please be aware that these two testing methods do not produce identical results. Test Method A makes use of “dumbbell” or “dogbone” shaped specimens, while test Method B is designed for ring-shaped specimens. Test Method A is more commonly used than Test Method B. Dogbone specimens must be die cut from an injection molded sheet or plaque. The direction in which the sheet is extruded is important as it produces a subtle grain pattern in the material. For consistency, all specimens should be cut with the lengthwise portion parallel to the grain.

Specimen Measurement

There are six allowable types of dogbone specimens for ASTM D412 testing and two allowable types of cut ring specimens. The most commonly tested shape is a die cut C dogbone specimen, which calls for an overall length of 115 mm (the gauge length being 25 mm), width of 6 mm, and thickness of 3 mm. Thickness of the specimen must be measured three times, with the median value being the accepted value.

To ensure conformance with the standard, all specimens used for ASTM D412 testing must be measured with a micrometer in accordance with ASTM D3767. The Automatic Specimen Measuring Device feature in Bluehill® Universal allows operators to connect up to two micrometers or measurement devices to the computer and input the data directly into the software. This eliminates the chances of operator input errors and increases efficiency.

Specimen Alignment

In order to test properly, specimens must be held perpendicular to the jaw faces and not tilted on an angle. Specimen misalignment can cause major variations in test results, and proper care should be taken to ensure that the specimens are all aligned consistently for each test.

One way of addressing misalignment is by using a jaw face that is close to the same width as the specimen, making it relatively easy to visually adjust alignment. The easiest way to prevent misalignment is to use a specimen alignment device which mounts directly onto the grip bodies. This is a simple bar that provides an adjustable stopping point so operators can easily see that their specimen has been aligned correctly.

Grips

Once grips are tightened onto the elastomeric specimens in preparation for running a test, unwanted compressive forces are frequently applied. These forces, although minute, can interfere with test results if not treated properly. It is important that they not be balanced after the specimen is inserted, as this will cause an offset in results. Bluehill Universal materials testing software can be programmed to normalize forces across multiple specimens and remove any slack or compressive force, ensuring consistent results between specimens. Specimen Protect, which is available on the 6800 Series universal testing machines, is designed to prevent damage to the specimen or system during the set-up phase of a test, before a test’s operational limits are defined. When turned on, Specimen Protect automatically adjusts the crosshead to keep any unwanted forces under a certain limit.


As elastomer samples stretch, their thickness decreases. For this reason, ASTM D412 recommends grips that tighten automatically. A consistent and uniform pressure across the jaw faces ensures that thinning samples do not slip out of the grips during testing. Side action pneumatic grips with serrated faces are highly effective for testing elastomers. With pneumatic grips, the inlet air pressure adjusts automatically, enabling the gripping force to remain constant even if the specimen thickness changes significantly during a test. Another effective option is to use self-tightening roller grips, which use a spring to put constant pressure on the sample during testing. For those using ASTM D12 test Method B, O-ring specimens can be tested with our O-Ring Fixture. These grips prevent local stress concentrations by using rotating shafts on the upper and lower fixtures.

10 kN Model | 2712-046
2613-002
5 kN Model | 2713-002

Extensometer

Although extensometers are not required by the standard, a strain measurement is recommended for the most accurate and repeatable results. Strain measurement based on crosshead travel can be less accurate due to elongation of the specimen outside the gauge length. The XL Long Travel extensometers are designed to work for elastomeric materials and can also be used through specimen break. The adjustable clamping force on the knife edges reduces premature failure of the specimen. This extensometer can measure strain up to 3,000% from a gauge length of only one inch.

Long-Travel Extensometer

A non-contacting extensometer like the Standard or Advanced Video Extensometer 2 (SVE 2 or AVE 2) is the most ideal for elastomeric materials. It is especially suited for specimens that are fragile or require an environmental chamber for testing. Non-contacting video extensometers offer the added benefit of reducing results variance due to operator interference and increasing efficiency in labs with high throughput needs.

Automatic Video Extensometer

Environmental Chamber

Elastomers tested under ASTM D412 are often destined for future use under non-ambient conditions. Because ambient conditions have a great impact on the tensile properties of elastomers, care must be taken to ensure that test conditions mimic those of the intended end-use application. Test speed, temperature, humidity, specimen dimensions, and pretest conditions all have notable effects on test results and must be controlled in order for the test to produce useful data. To ensure that these elements simulate the material's end-use application, ASTM D412 is frequently performed inside an environmental chamber where heating or cooling (LN2 or CO2) can be used.

Instron's 600 Series environmental chambers enable operators to monitor the temperature inside the chamber throughout the duration of the test. In addition, soaking time and temperature can be set up within Bluehill Universal to ensure that all specimens are conditioned appropriately before the start of the test.

 Environmental Chamber

Throughput

For labs looking to increase their throughput, several modifications to the system setup can be made. Automatic specimen measuring devices, pneumatic grips, and specimen alignment devices all increase test efficiency by reducing the amount of manual input needed from the test operator. However, testing time for ASTM D412 depends on the expected elongation of the specimen and cannot be minimized. For materials with high ductility, the duration of the test consumes the majority of the overall test cycle. In these cases, multi-station test frames may provide the best throughput because the operator can run up to 5 tests simultaneously. 

Fully automated test systems are also available and are designed to incorporate specimen measurement, specimen loading, testing, and removal. These systems can run for hours without requiring any operator interaction. In addition, these systems help reduce variability due to human error.

 
 

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Bluehill Universal Software is built from the ground-up for touch interaction and an intuitive user experience. Discover simpler and smarter testing with features such as pre-loaded test methods, QuickTest in seconds, enhanced data exporting: and Instron Connect – a new feature that provides a direct communication link to Service. Users of previous versions of software such as Bluehill 2 and Bluehill 3 can easily upgrade to the newest version of Bluehill.

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The self-tightening grips are primarily designed for the precision testing of elastomeric and other flexible materials exhibiting a large reduction in cross-section area under load.