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ASTM D638 플라스틱의 인장 특성

ASTM D638에 따른 플라스틱 인장 강도 시험 수행을 위한 완벽 가이드

| Instron 공압 그립을 사용한 ASTM D638에 따른 플라스틱 인장 시험

작성자: Sammi Sawdey

편집자: Nick Erickson

검토자: Frank Lio

업데이트: 2026년 3월 11일

ASTM D638은 강화 및 비강화 플라스틱의 인장 특성을 평가하는 데 가장 널리 사용되는 시험 표준 중 하나로, 제조업체와 재료 엔지니어에게 기계적 성능을 평가하고 제품 품질을 보장하는 신뢰할 수 있는 방법론을 제공합니다. 전 세계적으로 플라스틱 사용이 계속 증가함에 따라, 인장 강도, 연신율 및 탄성 계수를 이해하는 것은 올바른 재료를 선택하고 산업 사양을 준수하는 데 필수적입니다.

이 종합 가이드는 ASTM D638에 정의된 주요 측정 및 계산 방법을 설명하고, 관련 인장 표준과 비교하며, 시편 유형 및 준비 요구 사항을 자세히 설명하고, 정확하고 반복 가능한 결과를 얻는 데 필요한 시험 장비(그립 및 신장계부터 완전 자동화 시스템까지)를 간략하게 설명합니다. 또한 사용자가 ASTM D638 시험을 자신 있게 수행할 수 있도록 자주 묻는 질문에 대한 답변도 포함되어 있습니다.

당사의 플라스틱 시험 지식 베이스에서 다른 응용 분야에 대한 통찰력을 찾아보십시오.

ASTM D638의 주요 측정값

ASTM D638에 따라, 시편이 항복하거나 파괴될 때까지 만능 시험기를 사용하여 인장력을 가합니다(시험 속도 1~500mm/분).

항복은 재료가 탄성 변형 영역에서 소성 변형으로 전환되는 지점으로 정의됩니다. 즉, 재료가 응력 하에서 영구적으로 변형되기 시작하는 지점입니다.

ASTM D638은 다양한 인장 특성을 다루지만, 일반적으로 다음 사항이 보고됩니다.

  • 인장 강도 – 재료가 달성하는 최대 응력.
  • 탄성 계수 – 항복하기 전에 응력에 반응하여 재료가 얼마나 변형되는지를 나타내는 강성 측정값.
  • 연신율 – 시편이 항복할 때까지의 초기 표점 거리 대비 표점 거리의 변화; 값이 높을수록 연성이 큽니다.
  • 공칭 변형률 – 초기 그립 간격 대비 그립 간격의 변화. 공칭 변형률은 재료가 파괴될 때까지 항복하는 경우 보고됩니다.
  • 푸아송 비 – 이 선택적 계산은 축 방향 변형률과 횡 방향 변형률 간의 관계를 보여줍니다.

ASTM D638이 귀하의 재료에 적합한 표준입니까?

올바른 표준을 선택하는 것은 시편 유형, 두께 및 최종 사용 요구 사항을 포함한 다양한 요인에 따라 달라집니다. ASTM D638은 두께 1~14mm의 경질 플라스틱 시편에 적용됩니다. 시편이 1mm 미만의 얇은 시트 또는 필름인 경우 ASTM D882를 참조해야 합니다.

ASTM D638 대 ISO 527-2
ASTM D638은 ISO 527-2와 유사한 결과를 제공하지만, 치수 및 시험 요구 사항의 차이로 인해 기술적으로 동등하지 않습니다.

어떤 표준이 일반적으로 사용되는지에 대한 지역적 선호도가 있습니다.

  • 북미: ASTM D638
  • 유럽: ISO 527-2
  • 중국: 두 표준 모두 널리 사용됨

ASTM D638, ISO 527-2 및 기타 플라스틱 시험 표준을 위한 사전 구성된 방법 템플릿은 Bluehill® Universal의 애플리케이션 모듈에서 사용할 수 있으며, 이를 통해 방법을 수정하거나 그대로 사용할 수 있습니다.

| Instron ASTM ISO

시편 유형

ASTM D638에는 시편 두께, 사용 가능한 재료의 양 및/또는 시험 시 성능에 따라 자체 치수를 가진 5가지 시편 유형이 있습니다.

  • 유형 I: 충분한 재료가 있을 때 일반적으로 선택되며, 표준에서 선호됩니다.
  • 유형 II: 유형 I 치수를 사용하여 시험했을 때 좁은 표점 거리 섹션에서 재료가 파괴되지 않을 때 권장됩니다.
  • 유형 III: 7mm보다 두껍고 14mm 이하의 모든 재료에 필요합니다.
  • 유형 IV: 강성 특성이 다른 재료(예: 비경질 대 반경질) 간의 직접적인 비교가 필요할 때 사용됩니다.
  • 유형 V: 재료 공급이 제한적이거나 비용이 많이 들 때 선택됩니다. 또한 환경 시험 중과 같이 제한된 작업 공간에서 많은 수의 시편을 준비할 때도 사용될 수 있습니다.
| Instron 인장 시험편 도면

시편 치수

유형 I 유형 II 유형 III 유형 IV 유형 V
두께 (mm) ≤ 7 ≤ 7 7 - 14 ≤ 4 ≤ 4
전체 폭 (mm) 19 19 29 19 9.53
표점 폭 - 감소된 섹션 (mm) 13 6 19 6 3.18
전체 길이 (mm) 165 183 246 115 63.5
길이 - 감소된 섹션 (mm) 57 57 57 33 9.53
표점 거리 (mm) 50 50 50 25 7.62

필요한 치수의 전체 목록은 표준: ASTM D638을 참조하십시오.

시편 준비

평판 시편은 일반적으로 사출 성형, 다이 커팅 또는 덤벨(dogbone) 모양으로 가공됩니다. 이 형상은 파괴가 클램핑 영역이 아닌 표점 섹션 내에서 발생하도록 보장합니다. ASTM D638은 또한 경질 튜브 및 로드의 시험을 허용합니다. 이들은 파괴가 중앙에 집중되고 일관된 응력 분포를 보장하기 위해 덤벨 모양으로 가공되어야 합니다.

시편 측정

시편의 폭과 두께는 ASTM D5947(고체 플라스틱 시편의 물리적 치수에 대한 표준 시험 방법)에 따라 시험 전에 측정해야 합니다. 대부분의 마이크로미터가 이 목적에 적합합니다. 폭과 두께 측정은 재료의 중심과 각 표점 거리 끝에서 5mm 이내에서 이루어져야 합니다.

다이 커팅 또는 가공된 시료는 개별적으로 측정해야 합니다.

사출 성형 시편의 경우, 시료 로트의 변동이 1% 미만으로 입증된 경우 로트에서 단일 시료를 측정할 수 있습니다. 사출 성형 시편은 완벽하게 정사각형이 아닌 드래프트 각도를 갖는 경우가 많습니다. 이 경우 일관성을 위해 드래프트 각도의 중앙에서 폭 측정을 수행해야 합니다.

시험 소프트웨어에 응력(단순히 힘이 아님)을 표시하려면 단면적이 필요합니다.

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| Instron 자동 시편 측정 장치
자동 시편 측정 장치

효율성 팁:

Bluehill Universal의 자동 시편 측정 장치 기능을 사용하여 최대 2개의 마이크로미터 또는 유사한 측정 장치를 연결하십시오. 활성화되면 측정값이 장치에서 직접 캡처되어 소프트웨어에 자동으로 입력됩니다. 이는 수동 입력을 없애고 오류를 줄이며 처리량을 향상시킵니다.

시편 정렬

정확성과 반복성을 위해서는 적절한 정렬이 필수적입니다. 정렬 불량은 시험 결과에 큰 편차를 유발할 수 있습니다.

시편은 기울어짐 없이 조 페이스에 수직으로 로드되어야 하며 다음을 사용해야 합니다.

  • 쉬운 시각적 정렬을 위해 시편과 동일한 폭에 가까운 조 페이스.
  • 시편을 로드 스트링 중앙에 정렬하는 그립 — 공압식 측면 작동쐐기형 작동 그립이 권장됩니다.
  • 그립 본체에 장착된 시편 정렬 장치. 이 조절 가능한 스톱 바는 시험 전반에 걸쳐 일관되고 반복 가능한 배치를 보장합니다.
| Instron 공압 측면 작동 인장 그립의 시험편 정렬 장치
공압 측면 작동 그립에 장착된 시험편 정렬 장치

원치 않는 시험 전 힘 관리

그립이 시편을 처음 클램프할 때 압축력이 가해질 수 있습니다. 이를 적절하게 처리하지 않으면 결과가 왜곡되거나 시험 전에 재료가 손상될 수도 있습니다.

원치 않는 시험 전 힘을 해결하기 위해 다음을 권장합니다.

  • 시편 삽입 후 이러한 힘의 균형을 맞추거나 영점 조정하지 마십시오. 이는 결과에 오프셋을 생성합니다.
  • Bluehill Universal을 구성하여 시편 전반에 걸쳐 힘을 정규화하고 느슨함/압축력을 제거하여 일관된 기준선을 보장하십시오.
  • Instron 6800 시리즈 만능 시험기에서는 시편 보호 기능을 활성화하여 설정 중 시편 손상을 방지하십시오. 이 기능이 활성화되면 작동 한계를 설정하기 전에 원치 않는 힘을 정의된 한계 미만으로 유지하기 위해 크로스헤드 위치를 자동으로 조정합니다.

계산 및 결과

공칭 변형률 대 신장계 변형률 보고

시험 결과를 제시할 때, 표준 준수 및 실험실 간 비교 가능성을 위해 용어를 적절하게 정의하는 것이 중요합니다. ASTM D638의 일반적인 보고 오류는 공칭 변형률이 필요한 곳에 신장계 변형률을 사용하는 것입니다.

공칭 변형률은 ASTM D638에 의해 신장계가 아닌 크로스헤드 변위에서 측정된 변형률로 정의됩니다. 이유? 플라스틱은 종종 균일하게 변형되지 않습니다. 네킹으로 인해 작은 영역에 변형률이 집중될 수 있습니다.

네킹이 발생하거나 항복점이 있는 재료의 경우, 네킹이 신장계의 표점 거리 밖에서 발생할 수 있으므로 신장계를 통해 파단 연신율을 보고할 수 없습니다. 따라서 항복 후 연신율을 보고하려면 공칭 변형률을 사용해야 합니다.

파단 시 변형률에 신장계를 사용하는 것은 변형률이 균일하고 재료가 네킹 또는 항복을 나타내지 않을 때만 허용됩니다.

탄성 계수

다양한 재료 거동은 시험의 탄성 부분을 정확하게 포착하기 위해 다른 탄성 계수 계산을 요구합니다. 대부분의 최신 시험 소프트웨어는 이러한 계산을 사용자 정의할 수 있도록 허용합니다. 계산 방법을 이해하는 것은 일관된 결과를 위해 중요합니다.

일반적인 접근 방식은 다음과 같습니다.

  • 할선 탄성 계수 – 응력-변형률 곡선에서 0에서 사용자 정의 지점까지 그려진 선; 재료가 진정한 선형 영역을 나타내지 않을 때 유용합니다.
  • 영률 – 가장 일반적인 접근 방식으로, 여러 영역에 걸쳐 기울기를 결정하고 최소 제곱법을 통해 가장 가파른 기울기를 보고합니다.

Bluehill Universal 소프트웨어에는 자동 영률 계산 도구가 포함되어 있으며, 사용자는 특정 수의 영역을 정의할 수 있습니다.

| Instron 할선 탄성계수 플롯 예
할선 탄성계수 플롯 예

ASTM D638 권장 시험 장비

| Instron 6800 시리즈 만능 시험기

시험 시스템

ASTM D638에 따른 시험은 Instron의 6800 시리즈와 같은 만능 시험기에서 수행됩니다. 일반적인 시스템 용량은 예상되는 최대 하중에 따라 달라집니다.

  • 대부분의 플라스틱의 경우, 5kN 또는 10kN(1,124lbf 또는 2,248lbf)의 힘 용량을 가진 시험 시스템으로 충분합니다.
  • 고강도 강화 플라스틱의 경우, 30kN 또는 50kN(6,744lbf 또는 11,240lbf)의 힘 용량을 가진 시험 시스템이 필요할 수 있습니다.

비상온 시험의 경우, 환경 챔버를 개조된 로드 스트링과 함께 구성에 추가할 수 있습니다.

인장 그립

안정적이고 일관된 그립 압력은 응력 하에서 얇아지는 플라스틱에서 흔히 관찰되는 문제인 미끄러짐을 방지하는 데 도움이 됩니다.

  • 경질 플라스틱에는 톱니형 조 페이스가 있는 공압식 측면 작동 그립이 권장됩니다. 이들의 공압식 설계는 시험 중 재료가 얇아지더라도 일관된 클램핑 힘을 보장합니다.
  • 10kN을 초과하는 힘의 경우, 톱니형 조 페이스가 있는 수동 쐐기형 작동 그립이 권장되며, 강력한 클램핑과 인장 시 시편을 고정시키는 자체 조임 설계를 제공합니다.

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공압식 측면 작동 그립

수동 쐐기형 작동 그립

신율계

탄성 계수는 ASTM D638의 가장 중요한 계산 특성 중 하나입니다. 탄성 계수를 정확하게 포착하려면 적절한 변형률 측정 장치가 필요합니다.

ASTM D638에 대한 신장계 권장 사항은 재료 연신율, 처리량 목표, 계산 요구 사항, 그리고 고온 또는 저온에서 시험해야 하는지 여부에 따라 달라집니다.

클립 온 신장계

클립 온 신장계는 시험 전에 수동으로 부착하고 항복 시 또는 파단 직전에 제거하는 고정 표점 거리 장치입니다. 푸아송 비를 측정하려면 탄성 영역에서 폭 변화를 포착하기 위해 횡 방향 클립 온 신장계를 추가할 수 있습니다. 이축 클립 온 신장계를 사용하여 축 방향 및 횡 방향 변형률을 동시에 기록할 수도 있습니다.

자동 접촉식 신장계

자동 접촉식 신장계는 작업자의 개입 없이 시편에 부착 및 분리되므로 수동 처리 및 배치 가변성을 줄여 처리량이 많은 실험실에 적합합니다. 다양한 시편 크기 및 시험 표준을 수용하기 위해 여러 표점 거리를 지원합니다. AutoX750은 축 방향 측정에 사용할 수 있으며 AutoXBiax는 이축 측정에 사용할 수 있습니다.

비접촉식 비디오 신장계

비접촉식 비디오 신장계는 탄성 계수 데이터를 캡처할 수 있으며, 가열 및 냉각 시나리오를 포함한 환경 챔버를 사용한 비상온 시험에 특히 유용합니다. 온도 챔버 외부에 장착되므로 시험 중 챔버 문이 열릴 때 발생하는 온도 변동을 피할 수 있습니다. 이러한 유형의 신장계의 예로는 Instron AVE3 Advanced Video Extensometer가 있습니다.

높은 처리량 요구를 위한 자동화

높은 볼륨의 시험 요구 사항이 있는 실험실은 워크플로우를 가속화하고 처리량을 늘리기 위해 자동화를 고려해야 합니다. 이러한 솔루션은 반자동 업그레이드부터 완전 자동화된 시험 시스템까지 다양합니다.

Instron의 3축 이동 AT3 또는 6축 로봇 구성 AT6와 같은 완전 자동화 시스템은 시편 측정, 시편 마킹, 재료 처리, 시험, 변형률 측정 및 시편 제거를 통합할 수 있습니다. 일부 구성은 작업자 개입 없이 수백 개의 시편을 처리할 수 있습니다.

이점은 다음과 같습니다.

  • 인적 오류로 인한 가변성 감소
  • 교대 근무 종료 후에도 시험을 연장하여 일일 시료 수 증가
  • 대량 배치 전반에 걸쳐 보다 일관된 배치, 정렬 및 타이밍
  • 작업자는 시간 소모적이고 반복적인 작업을 자동화에 맡기고 다른 부가가치 작업에 집중할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

ASTM D638의 ISO 등가 표준은 무엇입니까?

ISO 527-2는 ASTM D638과 유사하지만(둘 다 플라스틱의 인장 특성을 측정함), 시편 치수, 시험 속도 및 특정 절차 요구 사항의 차이로 인해 기술적으로 동등하지 않습니다.

제조업체는 종종 지역 선호도 및 고객 요구 사항에 따라 적절한 표준을 선택합니다. ASTM D638은 북미에서 흔히 사용되며, ISO 527-2는 유럽 및 아시아에서 널리 사용되고, 중국 제조업체는 일반적으로 두 표준 모두에 따라 시험합니다.

ASTM D638 결과와 ISO 527-2 결과는 어떻게 비교되며, 어떤 차이점을 알아야 합니까?

항복 후 연신율에 공칭 변형률이 필요한 이유는 무엇입니까?

ASTM D638에 필요한 신장계 등급은 무엇입니까?

ASTM D638은 조절(노화)되거나 비상온 환경(예: 고온, 습도)에 노출된 플라스틱에 사용할 수 있습니까?

ASTM D638 인장 시험을 수행할 때 흔히 발생하는 오류 또는 비준수 원인은 무엇이며, 이를 어떻게 완화할 수 있습니까?

현재 사용 중인 ASTM D638 버전은 무엇이며, 제 실험실이 최신 상태인지 어떻게 알 수 있습니까?

ASTM D638 대신 ASTM D882를 언제 사용해야 합니까?

ASTM D638과 D412의 차이점은 무엇입니까?

ASTM D638과 D1708의 차이점은 무엇입니까?

ASTM D638과 D3039의 차이점은 무엇입니까?

ASTM D638은 무엇을 측정합니까?

최종 참고

이 가이드는 ASTM D638 시험과 관련된 주요 요소에 대한 개요를 제공하지만, 공식 표준을 대체하지는 않습니다. 이 시험을 수행할 계획이 있는 사람은 완전한 지침 및 준수 요구 사항을 위해 전체 표준을 참조해야 합니다.

저자 소개

Sammi Sawdey

Sammi Sawdey는 Instron의 수석 애플리케이션 엔지니어로, 플라스틱 시험 및 재료 특성화 분야를 전문으로 합니다. 정적 시험 방법론에 대한 깊은 전문성을 바탕으로, 다양한 산업 분야의 고객에게 정확도, 효율성 및 규정 준수를 위해 시험 시스템을 최적화하는 방법을 자문합니다. Sammi의 역할은 최신 ASTM 및 ISO 표준, 새롭게 부상하는 산업 동향, 그리고 모범 사례와의 지속적인 연계를 요구하며, 이를 통해 고객이 고품질의 신뢰할 수 있는 시험 결과를 달성하도록 안내합니다.