ISO 527-2: 플라스틱 인장 시험

플라스틱 인장 시험 ISO 527-2를 위한 최종 가이드

저자 Erica Lawrence

ISO 527-2는 강화 및 비강화 플라스틱의 인장 특성을 결정하기 위한 국제 표준입니다. ISO 527-2는 ASTM D638와 유사한 결과를 제공하기는 하지만, 시편 크기 및 시험 요구사항의 차이로 인해 이 둘은 기술적으로 동등한 것으로 간주하지 않습니다. 일부 대규모 다국적 제조기업은 ASTM D638 및 ISO 527-2 양쪽을 이용하여 시험하지만, 대부분의 고객은 지리적 위치에 따라 하나의 표준을 선호합니다. 북미 제조업체는 일반적으로 ASTM D638을 이용하여 시험하고 유럽 및 아시아 제조업체는 주로 ISO 527-2를 이용합니다. 중국의 고객은 ASTM D638 및 ISO 527-2를 동일하게 이용하고 있습니다.

이 가이드는 ISO 527-2 플라스틱 인장 시험의 기본 요소를 소개하기 위해 만든 것이므로,전체 표준 내용을 읽은 데 적절한 대안으로 간주해서는 안 됩니다.


자동화 및 AVE 2를 이용한 ISO 527-2 플라스틱 인장 시험


ISO 527-2에 따른 플라스틱 인장 시험 수행 방법

ISO 527-2는 만능 재료 시험기에서 샘플(시편)에 인장력을 가하고 응력을 받는 시편 재료의 다양한 특성을 측정함으로써 수행됩니다. 시험은 인장률 1~500mm/min 범위에서 시편이 파괴(항복 또는 파단)될 때까지 수행됩니다.



ISO 527-2는 무엇을 측정하기 위한 것입니까?

ISO 527-2는 각기 다른 여러 가지 인장 특성을 측정하지만 가장 일반적인 항목은 다음과 같습니다.

  • 인장 강도 – 재료가 항복하거나(회복 불가능하게 늘어나거나) 또는 파단될 때까지 재료에 가해진 힘의 양입니다.
  • 인장 모듈러스 – 재료가 항복하기 전에 응력에 반응하여 변형될(늘어날) 수 있는 정도를 의미합니다. 모듈러스는 재료의 강성을 측정한 값입니다.
  • 연신율 – 파단 후 증가된 게이지 길이를 원래 게이지 길이로 나눈 값입니다. 연신율이 클수록 연성이 높아집니다.
  • 푸아송비 - 재료가 늘어나는 정도와 스트레칭 과정에서 얼마나 얇아지는지 사이의 관계를 측정한 값입니다.

ISO 527-2가 귀사에 적합한 표준입니까?

다양한 유형의 플라스틱에 대해 적용할 수 있는 여러 가지 시험 방법이 있습니다. ISO 527-2는 성형, 압출, 기계 가공에 의한 것이든 또는 주조에 의한 것이든 관계없이 강성 및 반 강성 플라스틱을 시험하기 위한 것입니다. 또한 ISO 527-2는 강화 플라스틱에도 적용됩니다(ISO 527-4 및 ISO 527-5에서 다루는 섬유 강화 플라스틱 제외). 두께가 1mm 미만인 필름 및 시트를 시험할 경우에는 ISO 527-3를 적용해야 합니다. 이러한 방법 및 기타 방법은 Bluehill® Universal의 애플리케이션 모듈에서 볼 수 있으며, 여기에는 가장 흔하게 쓰이는 ISO 및 ASTM 표준을 위해 미리 설정 해놓은 방법 템플릿이 포함되어 있습니다.


Bluehill Universal 시험 방법 선택 화면

인장 시험기

대부분의 ISO 527-2 시험은 테이블 탑 만능 재료 시험기에서 수행됩니다. 5kN 또는 10kN(1125lbf 또는 2250lbf) 시스템이 가장 일반적이지만, 강화 플라스틱 및 복합재료의 강도가 증가함에 따라, 30kN 또는 50kN 시스템과 같이 더 큰 용량의 장치가 필요할 수도 있습니다.

Instron의 34006800 시리즈 만능 재료 시험기는 ISO 527-2에 따른 시험에 이상적입니다. 그러나 대량 시험 필요성, 글로벌 운용 및 고급 연구 응용 계획이 있는 고객들은 2712 공압 그립이 포함되어 있는 6800 시리즈 시스템을 선호하며, 일반적으로 정확도 사양 및 효율성 향상 면에서 추가적인 이점을 제공합니다. 

ISO 527-2 시험 설정

ISO 527-2 시험 설정

1. Instron 6800

2. Bluehill Universal 대시보드(2490-696)

3. AVE2 비디오 연신계(2663-902)

4. 2580 시리즈 로드셀

5. 5kN 공압식 사이드 액션 그립(2712-045)

 

 

인장 그립

시험 프로세스는 시편을 강한 힘에 노출시키기 때문에 시편을 시험기 내부에 단단히 유지하는 것이 중요합니다. 톱니 모양 조 페이스가 있는 공압 사이드 액션 그립은 종종 경질 플라스틱을 고정하는 데 가장 좋은 그립입니다. 공압 그립은 공기 압력으로 파지력을 유지하며, 이는 시험 중에 시편이 변형되고 두께가 상당히 변하더라도 일정하게 유지됩니다. 일반적으로 경질 재료에서만 발견되는 10kN 이상의 힘의 경우, 수동 웨지 액션 그립을 선호합니다.

10kN 모델 | 2712-046
5kN 모델 | 2716-010

연신계

연신계는 ISO 527-2에서 평가된 가장 중요한 속성 중 하나인 탄성계수 데이터를 수집하는 데 사용됩니다. 탄성계수는 인장력에 반응하여 재료가 얼마나 늘어나거나 변형되는지를 측정하는 것입니다. 탄성계수 측정을 위한 연신계는 1% 정확도로 ISO 9513 클래스 1을 준수해야 하며, 실험실의 필요에 따라 여러 옵션을 사용할 수 있습니다. 가장 간단한 유형은 각 시험을 시작할 때 시편에 직접 클립을 고정하고 시편 항복 후 또는 시편 파손 전에 제거해야 하는 고정 게이지 길이 2630 시리즈 클립온 연신계입니다. 

포아송비에 대한 시험인 경우, 횡방향 연신계도 추가하여 시편의 탄성 영역 전체에 걸친 폭의 변화를 측정해야 합니다. 독립형 횡방향 연신계는 기존의 클립온 또는 자동 연신계를 보완하는 데 사용하거나, 이축 장치는 축방향 및 횡방향 변형률 모두를 동시에 측정하는 데 사용할 수 있습니다.


축방향 및 이축 클립온 연신계


처리량이 많은 실험실에서는 자동 연신계를 사용하여 운용자가 시간 소모적인 수동 조작 없이 많은 시편에 보다 일관된 배치를 제공하여 반복성 값을 높일 수 있습니다.  AutoX750은 시험 운용자의 간섭 없이 시편에 자동으로 부착됩니다.  고급 비디오 연신계(AVE 2)는 카메라를 사용하여 시험 전반에 걸쳐 시편의 변형을 추적하는 비접촉식 연신계입니다.  ASTM D638 또는 ISO 178과 같은 다른 표준으로 시험하는 경우, 자동 연신계는 단일 장치로 다른 게이지 길이를 사용하는 유연성 또한 제공합니다.


플라스틱 인장 시험을 위한 AutoX750 자동 접촉 연신계 및 AVE 2 비접촉식 비디오 연신계


시편 유형

ISO 527-2에 따라 시험할 수 있는 시편 크기는 6가지입니다. 바람직한 시편은 아령 형상 시편 유형 1A(주사 성형) 및 1B(가공)입니다. 이 두 시편 유형 간 길이가 다르지만, 공칭 너비는 10mm이고 두께는 4mm입니다. 유형 1A 시편에 선호되는 게이지 길이는 75mm이며, 이는 2012년에 도입된 표준의 변경 사항입니다. 2012년까지, 유형 1A에 대해 선호되는 게이지 길이는 50mm였으며, 이는 품질 관리 시험에 대해 또는 명시된 경우 여전히 허용이 가능합니다. 

재료가 제한된 경우, 많은 실험실은 유형 1BA, 1BB, 5A 또는 5B의 하위 크기 시편을 사용합니다. 이러한 경우, 작은 게이지 길이와 짧은 시험 시간으로 인해 탄성계수를 측정하는 것이 기술적으로 어려울 수 있습니다. 작은 시편에서 얻은 결과는 유형 1 시편에서 얻은 결과와 유사하지 않습니다.

ISO 527-2 플라스틱 시험 샘플

시편 측정

모든 시편은 ISO 16012 또는 ISO 23529에 따라 시험하기 전에 측정해야 합니다. 대부분의 일반적인 마이크로미터는 이러한 측정을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 시험기가 힘 측정이 아닌 응력 측정을 표시하기 위해서는 운용자가 시편의 단면적(두께 및 너비)을 입력해야 합니다. 이는 적용된 힘을 시편의 단면적(Psi, Pa, kPa, GPa 등의 단위로 표시)으로 나누어 응력을 계산하기 때문입니다. 단단한 시편의 두께와 너비에는 상이한 측정 정확도가 요구되지만 양쪽에 대해 동일한 측정 장치를 사용하는 것이 일반적입니다. ISO 16012에서 요구하는 치수를 충족한다고 가정하면, 원통형 또는 직사각형 팁을 사용할 수 있습니다. 사출 성형된 시편은 종종 완벽하게 정사각형이 아닌 구배 각도로 생산되므로 구배 각도의 중심에서 폭을 측정하기 위해 주의를 기울여야 합니다.


Bluehill Universal 시편 치수


시편 로딩

적절한 결과를 얻기 위해, 시편은 그립 내부에 올바르게 정렬되어야 합니다. 오정렬을 방지하는 한 가지 방법은 시편과 동일한 폭에 가까운 조 페이스를 사용하여 정렬 상태를 육안으로 쉽게 조정하는 것입니다. 오정렬을 방지하는 가장 간단한 방법은 그립 본체에 직접 장착되는 시편 정렬 장치를 사용하는 것입니다.

그립이 시편에 조여지면, 일반적으로 원치 않는 압축력이 가해집니다. 이러한 힘은, 비록 극미하지만, 적절하게 처리되지 않을 경우 시험 결과를 방해할 수 있습니다. 시편을 삽입한 후 균형을 맞추지 않는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 결과에서 오프셋이 발생하기 때문입니다. Bluehill Universal 소프트웨어는 여러 시편에 걸쳐 힘을 정규화하고 느슨하거나 압축력을 제거하도록 프로그래밍할 수 있어서 시편 간에 일관된 결과를 보장합니다. 5900 시리즈 만능 재료 시험기에서는 시험 작동 한계를 정의하기 전에 시험의 설정 단계 중에 시편 또는 시스템의 손상을 방지하도록 설계된 시편 보호 기능을 사용할 것을 권장합니다. 전원을 켜면 시편 보호 기능이 크로스헤드를 자동으로 조정하여 원치 않는 힘을 특정 한계 미만으로 유지합니다. 


계산 및 결과

시험 결과를 제시할 때는, ISO 표준 준수를 보장하고 다른 실험실 간의 데이터 비교를 용이하게 하기 위해 용어가 올바르게 정의되었는지 확인하는 것이 중요합니다.


변형률 측정

데이터 보고에서 가장 일반적인 실수는 잘못된 소스를 사용하여 변형률 값을 보고하는 것입니다. 플라스틱의 경우 플라스틱이 균일하게 파손되지 않고 변형이 종종 샘플의 불균형적으로 작은 부분에 집중되기 때문에 연신계로만 파단 연신율을 측정할 수 없는 경우가 많습니다. 이는 “병목 현상(necking)”이라고 알려진 특성입니다. 병목 현상은 연신계 게이지 길이 밖에서 발생할 수 있으므로, 항복 후 임의의 지점에서 연신율을 보고하기 위해 “공칭 변형”이라는 용어를 사용해야 합니다. 파단 시 변형에 연신계를 사용하는 것은 변형이 시편 전체에 걸쳐 균일하고 병목 현상이나 항복을 나타내지 않는 경우에만 허용이 가능합니다.

공칭 변형은 어떤 시험 방법이 사용되는지에 따라 다르게 정의됩니다. ISO 527-2의 경우, 공칭 변형은 다음 두 가지 방법으로 측정할 수 있습니다. 방법 A는 순전히 크로스헤드 변위에 의해 공칭 변형을 측정하지만, 다목적 시편의 경우 방법 B가 바람직합니다. 방법 B는, 연신계 게이지 길이 외부의 병목 현상 거동을 고려하도록 보장하는, 항복 시까지, 그리고 항복 후 크로스헤드 변위로부터 측정된 변형으로서 공칭 변형을 측정합니다.


탄성계수

ISO 527-2는 탄성계수를 코드 또는 선형 회귀 기울기 계산을 통해 0.05%와 0.25% 사이의 곡선 기울기로 정의합니다. 탄성계수 계산은 0.05% 변형률에서 시작되기 때문에, 시편을 파지하는 것으로부터 유도된 임의의 느슨함 또는 압축력을 제거하기 위해 재료에 적절한 예비 응력을 적용하는 것이 매우 중요합니다. 0.05% 변형률 또는 재료의 인장 강도의 1%를 초과해서는 안 됩니다.


인장 강도

2012년 표준 업데이트에서 인장 강도의 정의가 변경되었습니다. 이전 버전에서, 인장 강도는 시험 전반에 걸쳐 임의의 시점에서의 최대 응력으로 정의되었습니다. ISO 527-2의 최신 버전에서 인장 강도는 표시된 첫 번째 국부 최대값에서 취해집니다. 이러한 변경은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 나일론과 같은 항복점이 있는 재료를 시험하는 고객에게 특히 중요합니다. 

인장 강도 그래프

처리량

대량 시험이 필요한 실험실의 경우, 시험 프로세스의 속도를 높이고 처리량을 늘리기 위해 완전 자동화 시험기까지를 비롯한 여러 가지 방법으로 인장 기계 설정을 수정할 수 있습니다. 완전 자동화 시스템은 시편 측정, 시편 로딩, 시험 및 제거를 통합할 수 있게 설계되어 있으며 운용자의 개입 없이 몇 시간 동안 실행할 수 있습니다. 이러한 시스템은 인적 오류로 인한 변동성을 줄이는 데 도움이 되며, 교대 근무를 마친 후 운용자가 귀가한 후에도 계속 실행되어 결과를 얻을 수 있습니다.

 

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