플라스틱의 ASTM D790 굴곡 시험에 대한 최종 가이드

ASTM D790에 따라 플라스틱에 대한 굴곡 시험을 수행하는 방법

저자:Kayla Thackeray  

ASTM D790은 강화 및 비강화 플라스틱, 고탄성 복합소재 및 전기 절연 소재의 굴곡(굽힘) 특성을 결정하기 위한 시험 방법입니다. 이 가이드는 ASTM D790 굴곡 시험의 기본 요소를 소개하고 시험 장비, 소프트웨어 및 필요한 시편에 대한 개요를 제공합니다. 그러나 ASTM D790 시험을 수행하려는 사용자는 이 가이드를 읽으면 전체 표준은 읽지 않아도 되는 것으로 간주해서는 안 됩니다.

ASTM D790이 고객에게 적합한 표준입니까?

ASTM D790은 플라스틱의 굴곡 특성을 측정하기 위해 설계된 여러 시험 방법 중 하나입니다. 이는 인장 특성을 측정하도록 설계된 것이 아니며, 플라스틱 소재의 인장 특성에 대한 정량화가 필요한 사용자는 ASTM D638을 참조해야 하는데, 이 표준으로는 굴곡 강도, 즉 굴곡 시험에서 균열이 발생하거나 파손되기 직전에 시편에서 발생하는 최대 섬유 응력을 결정할 수 없습니다. 굴곡 시험에서 균열되지 않는 소재, 즉 5% 변형률 또는 그 이전에 파손되거나 항복하지 않는 소재의 경우 굴곡 강도 대신 굴곡 항복 강도를 측정합니다. 이러한 소재는 ASTM D6272에 따른 4점 굽힘 시험이 더 적합할 수 있습니다.

ASTM D790과 ISO 178의 차이

ASTM D790은 ISO 178과 매우 유사하지만 몇 가지 핵심 내용이 다릅니다.

  • ISO 178은 탄성계수를 결정하기 위해 편향계를 사용해야 하거나 컴플라이언스 교정을 요구합니다. ASTM D790에서는 이것이 권장사항일 뿐, 탄성계수는 크로스헤드 변위만으로 계산할 수 있습니다.
  • 선호하는 시편 크기가 다르고, 시험 속도는 시편 깊이에 따라 달라지므로 두 가지 표준에서 시험 속도가 다를 수 있습니다. ASTM D790 시편의 권장 깊이는 3.2mm이고, ISO 178 시편의 권장 깊이는 4mm입니다.  
  • ASTM D790은 하나의 시험 속도만 허용하는 반면, ISO 178에서는 탄성계수가 측정된 후 두 번째(더 빠른) 시험 속도를 이용할 수 있습니다.

ASTM D790

무엇을 측정하나요?

ASTM D790은 굽힘 변형 또는 처짐 상태에 있는 소재의 굴곡 특성을 측정합니다. 이 시험은 시편의 깊이에 비례하는 속도에서 3점 굽힘 치구를 이용하는 만능 재료 시험기에서 수행됩니다. ASTM D790 시험에서는 다음과 같은 기계적 특성을 결정할 수 있습니다.

탄젠트 탄성계수 - 굴곡 탄성계수라고도 하는데, 이는 하중 처짐 곡선의 초기 선형 부분의 기울기를 말하며 소재의 강성을 측정하는 것입니다.

시컨트 탄성계수 - 하중 처짐 곡선의 원점과 미리 정해진 점 사이의 기울기

•코드 탄성계수- 하중 처짐 곡선에서 미리 정해진 두 점 사이의 기울기

굴곡 강도 - 굽힘 시험에서 얻은 최대 굴곡 응력

•파단 굴곡 응력 - 굽힘 시험 중에 시편이 파단되는 굴곡 응력. 일부 소재의 경우 시편이 항복점 이전에 파손되며, 이 경우 굴곡 강도는 파단 시 굴곡 응력과 같습니다.

시험 방법

ASTM D790은 서로 다른 유형의 소재에 대해 두 가지 다른 시험 절차를 설명합니다. 선호되는 방법인 절차 A는 0.01mm/mm/min의 변형률을 이용합니다. 절차 B는 0.10mm/mm/min의 변형률을 이용하는데, 이는 더 낮은 변형률로 시험할 경우 5% 변형률에서 파손되지 않을 수 있는 소재를 대상으로 한 것입니다. ASTM D790을 이용하면 각각 유형1 및 유형2 시험으로 설명되는 크로스헤드 변위 또는 연신계 판독값에서 변형을 측정할 수 있습니다.

ASTM D790에 필요한 시험 속도는 시편 지지대 간격, 시편 깊이 및 변형률의 함수로 표현됩니다. Bluehill® Universal의 Expression Builder를 이용하면 시험 속도를 정적 숫자 대신 함수로 입력할 수 있습니다. 시험 진행자가 시편 측정값을 입력하고 나면, 소프트웨어가 방정식에 따라 시험 속도를 자동으로 수정합니다.

시험기

ASTM D790 시험은 시험을 최적화하도록 구성할 수 있는 다양한 액세서리를 이용하여 탁상형 또는 플로어형 만능 재료 시험기에서 수행할 수 있습니다. 실험실마다 요구사항이 다른 것을 감안하여 몇 가지 서로 다른 시스템 구성을 이용할 수 있습니다.

아래에 샘플로 기본 구성을 제시하였습니다. 이 시험 설정에는 3점 굽힘 치구가 있고 연신계는 없는 3400 시리즈 시험기가 포함되어 있습니다. 즉, 이 경우 응력은 크로스헤드 변위에 의해 측정해야 함을 의미합니다(유형 1 시험). 크로스헤드 변위를 통해 변형을 측정할 때는 항상 컴플라이언스 수정을 권장하지만 필수사항은 아닙니다. 3400 시리즈 시험 프레임은 유형 2 시험을 위해 연신계와 함께 사용할 수도 있습니다.

ASTM D790 시험 설정

ISO 178 시험 설정

1. Instron 3400

2. Bluehill Universal 대시보드(2490-696)

3. 2530 시리즈 로드셀

4. 3점 굽힘 치구(2810-400)

5. 편향계 플런저(2810-403) 

 

고급 옵션 

6800 시리즈 시험기는 반복성 및 처리량 증가를 원하는 사용자를 위한 보다 발전되고 효율적인 옵션입니다. 이 시스템은 유형 1 시험에도 사용할 수 있지만, 변형에 대한 보다 정확한 보고를 제공하기 위해 연신계와 편향계에 의존하는 유형 2 시험에 가장 일반적으로 사용됩니다.

ASTM D790 시험 설정

ASTM D790 시험 설정

1. Instron 6800

2. Bluehill Universal 대시보드(2490-696)

3. 2580 시리즈 로드셀

4. 3점 굽힘 치구(2810-400)

5. 편향계 플런저(2810-403) 

 

변형률 측정 장치 

유형 2 시험은 스트레인 측정 장치 또는 연신계를 사용해야 합니다. 첫 번째이자 가장 진보된 옵션은 Instron의 AVE2 비접촉식 비디오 연신계입니다. AVE2는 시편에 물리적으로 접촉하거나 시험 공간에 들어가지 않고도 변형률을 측정해줍니다. 아래 그림의 두 번째 옵션은 자동 접촉 연신계인 AUTOX750으로 운용자 접촉을 최소화하여 처리량을 높입니다. 마지막으로, 2630 시리즈 클립형 연신계는 높은 처리량이 필요하지 않은 실험실에서 널리 사용되는 옵션입니다. ASTM D790 시험의 경우 3개의 모든 연신계를 2810-403 편향계와 함께 사용해야 합니다.

연신계

처리량

처리량을 늘리려는 실험실의 경우, 시스템 설정을 몇 가지 수정할 수 있습니다. D790 시험은 시간이 많이 소요될 수 있으므로 Multi-Station 5900 시리즈 시험기는 많은 처리량이 필요한 실험실에서 널리 선택하여 사용하고 있습니다. 완전 자동화된 시험기도 이용 가능하며, 시편 측정, 시편 로딩, 시험, 변형률 측정 및 시편 제거를 통합하도록 설계되어 있습니다. 이들 시스템은 운용자의 개입 없이 몇 시간 동안 작동할 수 있으며, 인적 오류로 인한 변동성을 줄이는 데 도움이 됩니다.

시편

ASTM D790 시편은 모양이 직사각형이며 판이나 시트에서 성형, 압출 또는 절단됩니다. ASTM D790 시편의 치수는 소재의 두께(표준에서는 시편의 깊이로 정의)에 따라 다릅니다. 두께가 3.2mm보다 큰 시트 소재는 두께에 비례하는 너비와 스팬을 갖습니다. 두께가 3.2~1.6mm인 시트 소재는 너비가 12.7mm이고 스팬이 시편 두께 X 16으로 정해져 있습니다. 두께가 1.6mm 미만인 시트 소재는 25.4mm 지지 스팬을 가진 50.8mm X 12.7mm입니다.

전기 절연 소재의 시편 치수에는 공칭 두께에 따라 다른 세트의 측정 메트릭스가 있습니다. 성형 소재는 일반적으로 깊이 3.2mm, 너비 12.7mm, 길이 127mm입니다. 그들은 시편 깊이 X 16과 동일한 지지 스팬을 사용합니다. 고강도 강화 복합소재는 파손이 시편의 외부 섬유에서 발생하도록 표준에 설명된 치수를 가져야 합니다. 복합소재 및 기타 이방성 소재를 시험할 때는 굽힘 중에 발생하는 힘에 의해서만 파손이 발생하도록 주의해야 하며, 시편은 가장 강한 섬유 방향이 시험되는 방향이 되도록 시편을 절단해야 합니다.

ASTM D790 시편

시편 측정

시편은 ASTM D5947에 따라 마이크로미터로 측정해야 합니다. 시편 너비와 두께를 3회 측정하고 그 평균을 보고해야 합니다. Bluehill Universal의 자동 시편 측정 장치(ASMD) 기능을 이용하면 운용자가 최대 2개의 마이크로미터 또는 측정 장치를 컴퓨터에 연결하고 측정 평균을 소프트웨어에 직접 입력할 수 있습니다. 이렇게 해서 입력 오류의 가능성을 제거하고 효율성을 높여줍니다.

굽힘 치구

ASTM D790에는 3점 굽힘 치구가 사용됩니다. 이 치구는 움직이는 크로스헤드에 부착된 로딩 노즈와 두 개의 시편 지지대가 있는 고정 부재 또는 시편 지지 스팬의 거리에 맞게 조정할 수 있는 앤빌로 구성됩니다. 앤빌과 로딩 노즈의 표면은 달리 명시하지 않는 한 원통형이고 반경은 5mm이어야 하며, 원통형 부재의 길이는 시편의 너비보다 길어야 합니다.

Instron의 굽힘 치구에는 시험 정확도를 개선하기 위한 몇 가지 주요 기능이 포함되어 있습니다. 변형 측정 장치를 사용할 때 앤빌의 정확한 위치 지정과 편향계의 손쉬운 센터링이 가능하도록 눈금을 새겨서 지지 빔에 눈금이 매겨진 길이 유닛. Instron 굽힘 치구에는 시편 너비에 맞게 조정할 수 있는 정렬 암도 함께 제공됩니다. 시편 정렬은 결과에 큰 변화를 줄 수 있으므로, 각 시험에 대해 시편이 일관되게 정렬되도록 적절한 주의를 기울여야 합니다.

2810-400
5kN 모델 | 2810-400

표준에 대한 최근 변경 사항

ASTM D790의 최신 버전은 2017년에 출시되었습니다. 이전 버전인 2015E2와 여러 면에서 다음과 같이 다릅니다.

  • 유형 1 시험(크로스헤드 변위)에 대한 검증 요구사항은 E2309에 따라 클래스 D 시스템에서 클래스 B 시스템으로 변경되었습니다.
  • Type 2 기구(편향계 및 연신계)에 대한 기준이 클래스 B에서 클래스 B-2로 변경되었습니다.
  • 컴플라이언스 보정이 무엇이며 어떻게 적용하는지 설명하기 위해 참고사항 10 및 부록 XI를 표준에 추가했습니다.

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