ASTM D3039: 고분자 기지 복합재료의 인장 특성
ASTM D3039에 따른 고분자 기지 강화 복합재료 시험 가이드
작성자: Ian McEnteggart
업데이트됨: 2025년 11월 18일
ASTM D3039는 무엇을 측정합니까?
ASTM D3039 시험은 시편(쿠폰)에 인장력을 가하고 다양한 특성을 측정하는 것을 포함합니다. 시험은 만능 시험기(인장 시험기라고도 함)에서 수행되며, 이 표준은 인치-파운드 및 SI 단위를 모두 포함합니다.
주요 측정값은 다음과 같습니다:
정렬 유지: 신뢰할 수 있는 시험의 핵심
정렬 불량은 복합재료 시험에서 가변성의 가장 큰 원인 중 하나입니다. 이 백서에서는 매번 정확한 결과를 얻는 데 필요한 시스템, 고정 장치 및 정렬 도구와 같은 핵심 구성 요소를 분석합니다.
ASTM D3039가 올바른 표준입니까?
ASTM D3039는 복합재료의 인장 특성을 특성화하는 가장 기본적인 시험 중 하나입니다. 그러나 이방성 및 이종 복합재료의 다양한 기계적 특성을 평가하기 위한 다른 표준도 존재하며, 다음과 같습니다:
- 압축 시험을 위한 ASTM D3410 및 ASTM D6641
- 면내 전단 시험을 위한 ASTM D3518
Instron의 Bluehill Universal 소프트웨어에 있는 복합재료 응용 모듈은 ASTM D3039 및 기타 여러 표준에 대한 사전 구성된 시험 방법을 포함합니다. Bluehill Universal에서 사용 가능한 전체 메서드 템플릿 목록을 확인하십시오.
시편 유형
ASTM D3039 시편은 일정한 단면을 가진 직사각형 모양입니다.
이 표준은 0⁰ 단방향, 90⁰ 단방향, 균형 및 대칭, 무작위 불연속 재료 유형에 대한 권장 시편 형상을 포함합니다.
ASTM D3039는 연속 및 불연속 섬유 강화재 모두에 사용될 수 있지만, 하중 하에서 시편이 비틀리거나 변형되지 않도록 보장하기 위해 적층 시편의 적층은 시험 방향에 대해 균형 있고 대칭이어야 합니다.
시편 탭
복합재료 시험에서는 그립에 의한 시편 재료 손상을 방지하기 위해 탭을 사용하는 것이 일반적인 관행입니다. ASTM D3039는 탭을 요구하지는 않지만, 단방향 재료를 시험할 때 탭 사용을 권장합니다.
탭은 시편에 접착되거나 마찰(예: 사포)에 의해 제자리에 고정될 수 있습니다.
시편 측정
시험 전에 시편의 단면적을 측정해야 합니다. 이는 게이지 섹션 내 세 곳에서 너비와 두께를 측정하고 그 측정값을 평균하여 수행됩니다.
- 한쪽 또는 양쪽 표면이 불규칙한 경우, 볼 인터페이스가 있는 마이크로미터가 두께 측정에 필요합니다.
- 양쪽 표면이 평평한 경우, 볼 또는 평면 인터페이스가 있는 마이크로미터를 사용할 수 있습니다.
- 시편 너비를 측정하려면 평평한 앤빌이 있는 캘리퍼 또는 마이크로미터를 사용하십시오.
모범 사례: 입력 오류 가능성을 제거하고 효율성을 향상시키기 위해 측정값을 시험 소프트웨어로 직접 전송할 수 있는 자동 시편 측정 장치를 사용하십시오.
Bluehill Universal의 자동 시편 측정 장치 기능을 통해 작업자는 최대 두 개의 장치(마이크로미터 또는 캘리퍼)를 동시에 연결할 수 있습니다.
재료 테스트 시스템
ASTM D3039 시험은 만능 시험기에서 수행됩니다.
- 30 kN 또는 50 kN 시스템은 유리 섬유 복합재료 시험에 충분할 수 있습니다.
- 100 kN 또는 300 kN 시스템은 탄소 섬유 복합재료 시험에 일반적으로 필요합니다.
그립 및 시편 정렬
복합재료 시편을 고정하는 데 사용되는 인장 그립은 시험 중 시편이 미끄러지는 것을 방지하기 위해 충분히 강하고 균일한 압력을 제공해야 합니다.
권장 그립
두 가지 그립 유형 모두 신뢰할 수 있는 클램핑력을 제공하며, 시편을 로딩할 때 압축력을 최소화하는 이동식 본체 설계를 사용합니다.
더 일관된 결과를 위해 최적의 정렬을 설정하도록 선택적 시편 정렬 장치를 이 그립에 설치할 수 있습니다.
권장 조 페이스
- 탭이 있는 시편: 톱니형 조 페이스
- 탭이 없는 시편: 단단하고 마찰력이 높은 코팅(예: 서팔로이, 카바이드)이 있는 평면 조 페이스
참고: 일부 경우, 탭이 없는 시편을 고정하기 위해 사포를 톱니형 페이스와 함께 사용할 수 있습니다.
변형률 측정
변형률은 신장계 또는 스트레인 게이지를 사용하여 측정됩니다.
클립온 신장계 (예: 2630 시리즈)
- 각 시험 시작 시 시편에 수동으로 부착됩니다.
- 파단이 격렬한 경우 시편이 파단되기 전에 제거해야 할 수 있습니다.
- 파단 시 변형률 측정에 적합하지 않을 수 있습니다.
- 최대 200°C의 온도까지 환경 챔버에서 사용할 수 있습니다.
비접촉식 비디오 신장계 (예: AVE3 고급 비디오 신장계)
- 카메라가 시편의 표식을 사용하여 변형을 측정합니다.
- 파단 시 방출되는 에너지에 의해 손상되지 않습니다.
- 비주변 시험을 위해 환경 챔버와 함께 사용할 수 있으며, 챔버 외부에 장착되어 시험 중 문을 열고 닫을 필요가 없습니다.
횡방향 신장계
푸아송 비를 시험하는 경우, 시편의 탄성 영역 전체에서 너비 변화를 측정하기 위해 횡방향 신장계가 필요합니다.
독립형 횡방향 신장계는 클립온 또는 비디오 신장계를 보완하는 데 사용될 수 있으며, 이축 장치는 단일 장치로 축방향 및 횡방향 변형률을 동시에 측정하는 데 사용될 수 있습니다.
스트레인 게이지
- 전기 저항 스트레인 게이지는 복합재료의 파단 시 변형률을 측정하는 데 일반적으로 사용됩니다.
- 일반적으로 접착제로 시편에 접착되는 얇은 금속 포일 그리드로 구성됩니다.
- 극저온에서 200°C 이상까지 환경 챔버에서 사용할 수 있습니다.
- 유용한 신호를 생성하기 위해 컨디셔닝 전자 장치가 필요합니다. Instron은 Instron 시험기의 표준 전자 장치용으로 사용하기 쉬운 어댑터를 제공합니다.
스트레인 게이지는 매우 정확한 변형률 측정을 제공할 수 있지만, 올바르게 설치하려면 숙련된 노동력이 필요한 고가의 소모품입니다.
환경 챔버에서의 비주변 시험
복합재료는 적용 온도에서 재료 성능을 특성화하기 위해 종종 비주변 조건에서 시험을 요구합니다.
환경 챔버는 강제 공기 대류와 저항 가열 요소를 사용하여 고온을 달성하고, 액체 질소 또는 이산화탄소 냉각을 사용하여 저온을 달성합니다.
Instron 3119-600 시리즈 환경 챔버는 비주변 조건에서 재료 특성을 평가하기 위한 광범위한 온도 시험 기능을 제공합니다. 보완적인 그립, 풀 로드 및 신장계의 전체 범위가 제공됩니다.
최종 참고 사항
ASTM D3039는 고분자 기지 섬유 강화 복합재료의 인장 거동을 이해하는 데 필수적입니다. 이 가이드가 포괄적인 개요를 제공하지만, 자세한 절차 및 준수를 위해서는 항상 전체 ASTM D3039 표준을 참조하십시오.
자주 묻는 질문
| ASTM D3039 | ASTM D638 | |
|---|---|---|
| 재료 | ASTM D3039는 연속 또는 불연속 고탄성 섬유로 강화된 고분자 기지 복합재료의 면내 인장 특성 결정을 다룹니다.
연속 섬유 복합재료의 특성은 매우 이방성일 수 있습니다. 즉, 방향에 따라 크게 달라집니다. |
ASTM D638은 비강화 및 강화 플라스틱의 인장 특성 결정을 다룹니다. 고탄성 섬유로 강화된 복합재료는 ASTM D3039에 따라 시험해야 합니다.
ASTM D638을 사용하여 시험되는 플라스틱 재료 유형은 본질적으로 등방성일 것으로 예상됩니다. 즉, 모든 방향에서 특성이 거의 동일합니다. |
| 시편 | ASTM D3039 시편은 모두 평평하고 직사각형입니다. 이는 그립에서 전단 파단의 가능성을 줄입니다.
일부 재료 유형, 예를 들어 단방향 재료의 경우 그립의 조 페이스가 복합 섬유를 손상시키고 조기 파단을 유발하는 것을 방지하기 위해 접착 또는 마찰 탭이 권장됩니다. 시편은 일반적으로 다이아몬드 톱을 사용하여 평평한 적층판을 절단하여 생산됩니다. |
ASTM D638 시편은 게이지 섹션에서 너비가 감소하고 그립 섹션에서 너비가 더 넓습니다.
시편은 일반적으로 사출 성형으로 생산됩니다. |
| 변형률 측정 | ASTM D3039는 ASTM E83 Class B-1에 따라 보정된 신장계 또는 ASTM E251을 준수하는 변형률 게이지의 사용을 명시합니다.
대부분의 복합 재료의 파괴 변형률은 5% 미만이므로, 이러한 변형률 측정 장치는 큰 이동 거리를 필요로 하지 않습니다. |
ASTM D638은 탄성 계수 및 저신장률(<20%) 측정에는 ASTM E83 Class B-2에 따라 보정된 신장계를 요구하며, 고신장률 측정 시에는 크로스헤드 변위를 사용하여 "공칭 변형률"을 결정하도록 합니다. |
| 계산 | ASTM D3039는 다음 계산을 포함합니다:
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ASTM D638은 다음 계산을 포함합니다:
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복합소재 시험 브로셔
Instron의 만능 시험기는 면내 인장, 두께 인장, 층간 전단, 끝단 압축, 전단 또는 결합 하중 및 충격 후 압축을 포함하되 이에 국한되지 않는 복합소재 산업에서 사용되는 가장 일반적인 유형의 시험을 수행하도록 설계되었습니다.
6800 시리즈 프리미어 시험기 브로셔
Instron 6800 시리즈 만능 시험기는 최고의 정확도와 신뢰성을 제공합니다. 6800 시리즈는 완전히 새로운 Smart-Close Air Kit 및 Collision Mitigation 기능이 있는 특허 출원 중인 Operator Protect 시스템 아키텍처를 기반으로 하며, 그 어느 때보다 간편하고 스마트하며 안전한 소재 시험을 가능하게 합니다.
고용량 만능 시험기 브로셔
Instron의 고용량 시스템에는 인장 및 압축 적용 분야를 위한 전자기계 및 고용량 유압 시험기가 포함됩니다. 용량 범위 100kN ~ 2000kN.
AVE3 Advanced Video Extensometer
The AVE3 Advanced Video Extensometer offers precision strain measurement for tensile, compression, and bend tests without the need for multiple clip-on devices.
2743-401 유압 웨지 그립
Instron의 100kN 유압 웨지 그립은 고용량 시험, 그리고 그립 성능, 유용성 및 운용자 안전을 향상시키는 혁신적인 솔루션을 제공합니다.
Precision Manual Wedge Grips | 2716-028 / 2716-030
Instron 2716-028 / 2716-030 Series Precision Manual Wedge Grips provide reliable gripping for a vast range of materials, as well as repeatable alignment that meets Nadcap requirements.
Bluehill Universal 브로슈어
Bluehill Universal은 직관적인 터치 상호 작용과 간소화된 워크플로우를 위해 설계된 Instron의 고급 재료 시험 소프트웨어입니다. 이 소프트웨어는 사전 로드된 시험 방법, 빠른 설정을 위한 QuickTest, 향상된 데이터 내보내기, 그리고 직접적인 서비스 통신을 위한 Instron Connect를 제공합니다. Bluehill 2 및 Bluehill 3 사용자들은 향상된 성능과 사용 편의성을 위해 최신 버전으로 쉽게 업그레이드할 수 있습니다.
3119-600 Series Environmental Chambers
The 3119-600 Series Environmental Chamber allows labs to perform safe and efficient testing at a wide range of non-ambient temperatures.
