플라스틱의 ASTM D790 굴곡 시험
ASTM D790에 따른 비강화 및 강화 플라스틱의 굴곡 시험 수행 방법
ASTM D790은 강화 및 비강화 플라스틱, 고탄성 복합재 및 전기 절연 재료의 굴곡(굽힘) 특성을 결정하는 데 사용되는 표준화된 시험 방법입니다.
본 가이드는 시험 장비, 소프트웨어 및 시편 요구 사항을 포함하여 ASTM D790 굴곡 시험과 관련된 주요 요소에 대한 개요를 제공합니다. 그러나 이것이 공식 ASTM D790 표준을 대체하는 것은 아닙니다. 이 시험을 수행하려는 모든 사용자는 전체 지침 및 준수 요구 사항에 대해 전체 표준을 참조해야 합니다.
ASTM D790이 귀하에게 적합한 표준입니까?
ASTM D790은 플라스틱의 굴곡 특성을 측정하는 데 사용되는 여러 표준 중 하나입니다.
이 표준은 인장 시험을 위한 것이 아닙니다. 플라스틱 재료의 인장 특성을 결정해야 하는 경우 ASTM D638을 참조하십시오.
또한 ASTM D790은 파손되거나 항복하지 않고 변형률이 5%를 초과하는 재료에는 적용되지 않습니다. 이러한 재료의 경우 ASTM D6272에 따른 4점 굽힘 시험 또는 ASTM D638에 따른 인장 시험이 더 적절할 수 있습니다.
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ASTM D790과 ISO 178의 주요 차이점
ASTM D790과 ISO 178은 모두 굴곡 특성을 측정하지만 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다.
탄성계수 계산
ISO 178에서는 탄성계수를 결정하기 위해 디플렉토미터(deflectometer) 또는 컴플라이언스 보정(compliance correction)을 사용해야 합니다. ASTM D790에서 이는 권장 사항일 뿐이며, 탄성계수는 크로스헤드 변위만으로 계산할 수 있습니다.
시편 치수 및 시험 속도
표준마다 선호되는 시편 크기가 다르며, 이는 시험 속도에 영향을 미칩니다.
- ASTM D790: 선호되는 시편 두께 = 3.2 mm
- ISO 178: 선호되는 시편 두께 = 4 mm
시험 속도는 시편 두께에 따라 달라지므로 두 표준 간에 속도가 다를 수 있습니다.
시험 속도 옵션
ASTM D790은 하나의 시험 속도만 허용하는 반면, ISO 178은 탄성계수 측정 후 두 번째의 더 빠른 시험 속도를 허용합니다.
ASTM D790은 무엇을 측정합니까?
ASTM D790은 굽힘 변형 또는 변위 하에 있는 재료의 굴곡 특성을 측정합니다. 이 시험은 시편의 두께에 비례하는 속도로 3점 굽힘 치구를 사용하여 만능 재료 시험기에서 수행됩니다.
ASTM D790 시험은 다음과 같은 기계적 특성을 결정하는 데 사용됩니다.
- 접선 탄성계수(Tangent modulus): 굴곡 탄성계수라고도 하며, 하중 변위 곡선의 초기 선형 부분의 기울기이며 재료의 강성을 측정한 값입니다.
- 할선 탄성계수(Secant modulus): 원점과 하중 변위 곡선의 미리 정의된 지점 사이의 기울기입니다.
- 현 탄성계수(Chord modulus): 하중 변위 곡선의 미리 정의된 두 지점 사이의 기울기입니다.
- 굴곡 강도: 굽힘 시험 중에 얻은 최대 굴곡 응력입니다.
- 파단 시 굴곡 응력: 굽힘 시험 중 시편이 파단될 때의 굴곡 응력입니다. 일부 재료의 경우 시편이 항복점 이전에 파단되며, 이 경우 굴곡 강도는 파단 시 굴곡 응력과 같습니다.
시험 속도
ASTM D790에 필요한 시험 속도는 시편 지지 간격, 시편 두께 및 변형률의 함수로 표현되며, 다음 방정식을 사용하여 크로스헤드 속도를 결정합니다.
- R = 크로스헤드 이동 속도 (mm/min)
- L = 지지 간격 (mm)
- d = 시편의 두께 (mm)
- Z = 외곽 섬유의 변형률 (mm/mm/min)
외곽 섬유의 변형률 (Z):
- 절차 A: 0.01 mm/mm/min
- 절차 B: 0.1 mm/mm/min
절차 A가 선호되지만, 0.05 mm/mm 이전에 재료에서 파단이 발생하지 않으면 절차 B를 사용합니다.
시험 팁: Bluehill® Universal의 수식 작성기(Expression Builder) 기능을 사용하면 시험 속도를 정적인 숫자가 아닌 함수로 입력할 수 있습니다. 시험 작업자가 시편 측정값을 입력하면 소프트웨어가 방정식에 따라 시험 속도를 자동으로 수정합니다.
시편 치수 및 준비
ASTM D790 시편은 직사각형이며 성형, 압출 또는 플레이트나 시트에서 절단할 수 있습니다. 치수는 재료의 두께에 따라 달라지며, 표준에서는 이를 시편 두께로 정의합니다.
- 두께 1.6 mm 미만의 시트 재료 <: 치수: 50.8 mm x 12.7 mm, 지지 간격 = 25.4 mm
- 두께 1.6 mm - 3.2 mm의 시트 재료: 폭 = 12.7 mm, 지지 간격 = 두께 x 16
- 두께 3.2 mm 초과의 시트 재료 >: 폭 및 간격은 두께에 비례
- 전기 절연 재료: 공칭 두께에 따라 치수가 다름
- 성형 재료: 일반적으로 두께 3.2 mm, 폭 12.7 mm, 길이 127 mm, 지지 간격 = 두께 x 16
고강도 강화 복합재의 경우, 시편의 외곽 섬유에서 파손이 발생하는지 확인하기 위해 표준의 치수 지침을 따르십시오.
중요: 복합재 및 기타 이방성 재료를 시험할 때는 가장 강한 섬유 방향이 시험되도록 시편을 절단해야 합니다. 굽힘 중에 발생하는 힘으로 인해서만 파손이 발생하도록 주의를 기울여야 합니다.
시편 측정 요구 사항
시편은 ASTM D5947을 준수하는 마이크로미터를 사용하여 측정해야 합니다. 정확성을 위해 폭과 두께를 각각 세 번 측정하고 평균값을 보고하십시오.
시험 팁: Bluehill Universal의 자동 시편 측정 장치(ASMD) 기능은 이 프로세스를 간소화합니다. 컴퓨터에 직접 연결된 최대 2개의 마이크로미터 또는 기타 측정 장치를 지원합니다. 이를 통해 평균 측정값을 자동으로 입력할 수 있어 수동 데이터 입력 오류를 줄이고 전반적인 효율성을 향상시킵니다.
테스트 시스템
ASTM D790 시험은 시험 프로세스를 최적화하기 위한 다양한 액세서리가 장착된 탁상형 또는 바닥형 만능 재료 시험기에서 수행할 수 있습니다. 모든 실험실에는 고유한 요구 사항이 있으므로 여러 시스템 구성을 사용할 수 있습니다.
아래의 기본 구성 예시는 3점 굽힘 치구가 있고 신율계가 없는 3400 시리즈 만능 재료 시험 시스템을 보여줍니다. 이 설정에서 변형률은 크로스헤드 변위로 측정되며, 이는 유형 1(Type 1) 시험에 해당합니다.
참고: 필요한 경우 3400 시리즈 시스템을 신율계와 결합하여 유형 2(Type 2) 시험을 수행할 수 있습니다.
크로스헤드 변위를 통해 변형률을 측정할 때마다 정확도를 높이기 위해 컴플라이언스 보정이 권장되지만 필수 사항은 아닙니다.
ASTM D790을 위한 기본 시험 시스템 구성
고급 시험 시스템 옵션
6800 시리즈 만능 재료 시험 시스템은 향상된 반복성과 더 높은 처리량을 원하는 사용자를 위한 보다 진보되고 효율적인 옵션입니다. 이 시스템은 유형 1 시험에도 사용할 수 있지만, 보다 정확한 변형률 보고를 위해 신율계와 디플렉토미터에 의존하는 유형 2 시험에 가장 일반적으로 사용됩니다.
ASTM D790을 위한 고급 시험 시스템 구성
ASTM D790 시험의 변형률 측정
ASTM D790에서는 두 가지 방법으로 변형률을 측정할 수 있습니다.
- 유형 1 시험: 변형률은 크로스헤드 변위로부터 계산됩니다.
- 유형 2 시험: 변형률은 신율계를 사용하여 측정됩니다.
유형 2 시험의 경우 다음 신율계 유형 중 하나가 필요합니다.
- 비접촉식 비디오 신율계 - 시편에 물리적으로 접촉하거나 시험 공간에 들어가지 않고 변형률을 측정합니다. Instron의 AVE3 고급 비디오 신율계를 참조하십시오.
- 클립온 신율계 - 장치에 따라 고정된 표점 거리 및 이동 기능이 다르며 시편에 수동으로 부착해야 합니다. Instron의 축 방향 클립온 신율계를 참조하십시오.
중요: 위에 나열된 각 신율계는 정확한 변형률 측정을 위해 디플렉토미터(카탈로그 번호 2810-403)와 함께 사용해야 합니다.
굽힘 지그
ASTM D790에는 3점 굽힘 치구가 사용됩니다. 이 치구는 이동하는 크로스헤드에 부착된 로딩 노즈와 시편의 지지 간격 거리에 맞게 조정할 수 있는 두 개의 시편 지지대(앤빌)가 있는 고정 부재로 구성됩니다.
앤빌과 로딩 노즈의 표면은 원통형이어야 하며 별도로 지정되지 않는 한 반경이 5 mm여야 하고, 원통형 부재의 길이는 시편의 폭보다 길어야 합니다.
Instron의 5 kN 3점 굽힘 치구에는 시험 정확도를 높이기 위한 몇 가지 주요 기능이 포함되어 있습니다.
- 앤빌의 정확한 위치 지정과 변형 장치 사용 시 디플렉토미터의 쉬운 센터링을 위해 지지 빔에 눈금이 표시된 길이 단위가 있습니다.
- 시편의 폭에 맞게 조정할 수 있는 정렬 암(Alignment arms)이 있습니다.
일관되지 않은 시편 정렬은 결과에 큰 편차를 일으킬 수 있으므로 각 시험마다 시편이 일관되게 정렬되도록 적절한 주의를 기울여야 합니다.
처리량 향상
처리량을 늘리려는 실험실의 경우 시스템 설정을 몇 가지 수정할 수 있습니다. ASTM D790 시험은 시간이 많이 걸릴 수 있으므로 멀티 스테이션 6800 시리즈 시험기는 처리량 요구 사항이 높은 실험실에서 인기 있는 선택입니다. 완전 자동 시험 시스템도 사용할 수 있으며, 시편 측정, 시편 로딩, 시험, 변형률 측정 및 시편 제거를 통합하도록 설계되었습니다. 이러한 시스템은 작업자의 개입 없이 몇 시간 동안 가동될 수 있으며 인적 오류로 인한 가변성을 줄이는 데 도움이 됩니다.
ASTM D790의 최근 변경 사항
ASTM D790의 최신 버전은 2017년에 발표되었습니다. 이는 이전 버전인 2015E2와 여러 면에서 다릅니다:
- 유형 1 시험(크로스헤드 변위)에 대한 검증 요구 사항이 ASTM E2309에 따라 Class D 시스템에서 Class B 시스템으로 변경되었습니다.
- 유형 2 장비(변형계 및 신장계)에 대한 표준이 클래스 B에서 클래스 B-2로 변경되었습니다.
- 표준에 주석 10과 부록 XI이 추가되어 컴플라이언스 보정이 무엇이며 어떻게 적용하는지 설명합니다.
자주 묻는 질문
ASTM D790은 반경 5 mm +/- .1 mm의 로딩 노즈를 갖춘 3점 굽힘 지그 사용을 요구합니다. 하부 지그는 다양한 시편 크기를 수용할 수 있도록 조정 가능한 스팬을 갖추어야 합니다.
검토자 정보
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.
