การทดสอบการดัดงอของพลาสติกตามมาตรฐาน ASTM D790
วิธีการดำเนินการทดสอบแรงดัดบนพลาสติกไม่เสริมแรงและเสริมแรงตามมาตรฐาน ASTM D790
ASTM D790 คือวิธีการทดสอบมาตรฐานที่ใช้เพื่อหาคุณสมบัติการดัดงอ (การงอ) ของพลาสติกเสริมแรงและไม่เสริมแรง คอมโพสิตที่มีโมดูลัสสูง และวัสดุฉนวนไฟฟ้า
คู่มือนี้จะให้ภาพรวมขององค์ประกอบสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการ ทดสอบการดัดงอ ตามมาตรฐาน ASTM D790 ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์ทดสอบ ซอฟต์แวร์ และข้อกำหนดของชิ้นงานทดสอบ อย่างไรก็ตาม คู่มือนี้ไม่ใช่สิ่งทดแทน มาตรฐาน ASTM D790 อย่างเป็นทางการ ผู้ที่วางแผนจะดำเนินการทดสอบนี้ควรศึกษามาตรฐานฉบับเต็มเพื่อดูคำแนะนำที่ครบถ้วนและข้อกำหนดในการปฏิบัติตามมาตรฐาน
ASTM D790 เป็นมาตรฐานที่เหมาะสมสำหรับคุณหรือไม่?
ASTM D790 เป็นหนึ่งในหลายมาตรฐานที่ใช้ในการวัดคุณสมบัติการดัดงอของพลาสติก
มาตรฐานนี้ไม่ได้มีไว้สำหรับการทดสอบแรงดึง หากคุณต้องการหาคุณสมบัติแรงดึงของวัสดุพลาสติก โปรดอ้างอิง ASTM D638
นอกจากนี้ ASTM D790 ไม่ใช้กับวัสดุที่มีระยะยืดตัวเกิน 5% โดยไม่เกิดการแตกหักหรือการคราก สำหรับวัสดุเหล่านั้น การทดสอบการดัดงอแบบ 4 จุดตามมาตรฐาน ASTM D6272 หรือ การทดสอบแรงดึง ตามมาตรฐาน ASTM D638 อาจมีความเหมาะสมมากกว่า
ค้นหาข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการใช้งานอื่นๆ ใน คลังความรู้ด้านการทดสอบพลาสติก ของเรา
ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่าง ASTM D790 และ ISO 178
แม้ว่า ASTM D790 และ ISO 178 จะวัดคุณสมบัติการดัดงอเหมือนกัน แต่ก็มีข้อแตกต่างที่สำคัญหลายประการ:
การคำนวณโมดูลัส
ISO 178 กำหนดให้ใช้ เครื่องวัดการเสียรูป (deflectometer) หรือ การแก้ไขค่าความยืดหยุ่นของเครื่อง (compliance correction) เพื่อหาค่าโมดูลัส ในขณะที่ ASTM D790 เป็นเพียงข้อแนะนำเท่านั้น โดยสามารถคำนวณโมดูลัสได้จากระยะเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ (crosshead displacement) เพียงอย่างเดียว
ขนาดชิ้นงานทดสอบและความเร็วในการทดสอบ
ขนาดชิ้นงานทดสอบที่แนะนำจะแตกต่างกันระหว่างมาตรฐาน ซึ่งส่งผลต่อความเร็วในการทดสอบ
- ASTM D790: ความหนาของชิ้นงานที่แนะนำ = 3.2 มม.
- ISO 178: ความหนาของชิ้นงานที่แนะนำ = 4 มม.
เนื่องจากความเร็วในการทดสอบขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นงาน ความเร็วอาจแตกต่างกันระหว่างสองมาตรฐานนี้
ตัวเลือกความเร็วในการทดสอบ
ASTM D790 อนุญาตให้ใช้ความเร็วในการทดสอบเพียงระดับเดียว ในขณะที่ ISO 178 อนุญาตให้ใช้ความเร็วในการทดสอบระดับที่สองที่เร็วขึ้นได้หลังจากวัดค่าโมดูลัสแล้ว
ASTM D790 วัดค่าอะไรบ้าง?
ASTM D790 วัดคุณสมบัติการดัดงอของวัสดุในขณะที่อยู่ภายใต้แรงดัดหรือการเสียรูป การทดสอบนี้ดำเนินการบน เครื่องทดสอบอเนกประสงค์ (universal testing system) โดยใช้อุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัดแบบสามจุดด้วยอัตราที่แปรผันตามความหนาของชิ้นงานทดสอบ
การทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D790 ใช้เพื่อหาคุณสมบัติทางกลดังต่อไปนี้:
- Tangent modulus: หรือที่เรียกว่าโมดูลัสการดัดงอ (flexural modulus) คือความชันของส่วนที่เป็นเส้นตรงในช่วงเริ่มต้นของกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงและการเสียรูป และเป็นการวัดความแข็งเกร็ง (stiffness) ของวัสดุ
- Secant modulus: ความชันระหว่างจุดกำเนิดและจุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้าบนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงและการเสียรูป
- Chord modulus: ความชันระหว่างจุดสองจุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้าบนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงและการเสียรูป
- ความต้านทานแรงดัด (Flexural strength): ค่าความเค้นดัดสูงสุดที่ได้รับระหว่างการทดสอบการดัด
- ความเค้นดัด ณ จุดขาด (Flexural stress at break): ความเค้นดัดที่ชิ้นงานทดสอบขาดระหว่างการทดสอบการดัด สำหรับวัสดุบางชนิด ชิ้นงานจะขาดก่อนถึง จุดคราก (yield point) ซึ่งในกรณีนี้ความต้านทานแรงดัดจะเท่ากับความเค้นดัด ณ จุดขาด
ความเร็วในการทดสอบ
ความเร็วในการทดสอบที่กำหนดสำหรับ ASTM D790 จะแสดงเป็นฟังก์ชันของระยะห่างระหว่างจุดรองรับ ความหนาของชิ้นงาน และอัตราการยืดตัว โดยใช้สมการต่อไปนี้เพื่อกำหนดอัตราการเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ
- R = อัตราการเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ (มม./นาที)
- L = ระยะห่างระหว่างจุดรองรับ (มม.)
- d = ความหนาของชิ้นงานทดสอบ (มม.)
- Z = อัตราการยืดตัวของผิวชั้นนอก (มม./มม./นาที)
อัตราการยืดตัวของผิวชั้นนอก (Z):
- ขั้นตอน A: 0.01 มม./มม./นาที
- ขั้นตอน B: 0.1 มม./มม./นาที
แนะนำให้ใช้ขั้นตอน A แต่หากวัสดุไม่เกิดการขาดก่อน 0.05 มม./มม. ให้ใช้ขั้นตอน B
เคล็ดลับการทดสอบ: คุณสมบัติ Expression Builder ของ Bluehill® Universal ช่วยให้ผู้ใช้สามารถป้อนความเร็วในการทดสอบเป็นฟังก์ชันแทนที่จะเป็นตัวเลขคงที่ หลังจากที่ผู้ควบคุมการทดสอบป้อนค่าการวัดชิ้นงานแล้ว ซอฟต์แวร์จะปรับความเร็วในการทดสอบโดยอัตโนมัติตามสมการ
ขนาดและการเตรียมชิ้นงานทดสอบ
ชิ้นงานทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D790 จะมีรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าและสามารถขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ รีดขึ้นรูป หรือตัดจากแผ่นวัสดุ ขนาดจะขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุ ซึ่งมาตรฐานกำหนดให้เป็นความหนาของชิ้นงานทดสอบ
- วัสดุแผ่น < หนา 1.6 มม.: ขนาด: 50.8 มม. x 12.7 มม.; ระยะห่างระหว่างจุดรองรับ = 25.4 มม.
- วัสดุแผ่นหนา 1.6 มม. - 3.2 มม.: ความกว้าง = 12.7 มม.; ระยะห่างระหว่างจุดรองรับ = ความหนา x 16
- วัสดุแผ่น > หนา 3.2 มม.: ความกว้างและระยะห่างระหว่างจุดรองรับเป็นสัดส่วนกับความหนา
- วัสดุฉนวนไฟฟ้า: ขนาดจะแตกต่างกันไปตามความหนาที่ระบุ
- วัสดุขึ้นรูป: โดยปกติจะหนา 3.2 มม. กว้าง 12.7 มม. และยาว 127 มม.; ระยะห่างระหว่างจุดรองรับ = ความหนา x 16
สำหรับวัสดุคอมโพสิตเสริมแรงที่มีความแข็งแรงสูง โปรดปฏิบัติตามแนวทางด้านขนาดของมาตรฐานเพื่อให้แน่ใจว่าการเสียหายเกิดขึ้นที่เส้นใยชั้นนอกของชิ้นงานทดสอบ
ข้อสำคัญ: เมื่อทดสอบ คอมโพสิต และวัสดุ แอนไอโซโทรปิก (anisotropic) อื่นๆ ควรตัดชิ้นงานเพื่อให้ทดสอบในทิศทางของเส้นใยที่แข็งแรงที่สุด ควรระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าการเสียหายเกิดขึ้นเนื่องจากแรงที่สะสมระหว่างการดัดเท่านั้น
ข้อกำหนดในการวัดชิ้นงานทดสอบ
ต้องวัดชิ้นงานทดสอบโดยใช้ไมโครมิเตอร์ที่เป็นไปตามมาตรฐาน ASTM D5947 เพื่อความแม่นยำ ให้วัดทั้งความกว้างและความหนาสามครั้ง แล้วรายงานค่าเฉลี่ย
เคล็ดลับการทดสอบ: คุณสมบัติอุปกรณ์วัดชิ้นงานอัตโนมัติ (ASMD) ใน Bluehill Universal ช่วยให้กระบวนการนี้รวดเร็วขึ้น โดยรองรับไมโครมิเตอร์หรืออุปกรณ์วัดอื่นๆ ได้สูงสุดสองเครื่องที่เชื่อมต่อโดยตรงกับคอมพิวเตอร์ของคุณ ซึ่งช่วยให้คุณป้อนค่าการวัดเฉลี่ยได้โดยอัตโนมัติ ลดข้อผิดพลาดจากการป้อนข้อมูลด้วยตนเอง และเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม
ระบบทดสอบ
การทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D790 สามารถทำได้บนเครื่องทดสอบอเนกประสงค์ทั้งแบบตั้งโต๊ะหรือแบบตั้งพื้น พร้อมอุปกรณ์เสริม หลากหลาย เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทดสอบของคุณ เนื่องจากทุกห้องปฏิบัติการมีข้อกำหนดเฉพาะตัว จึงมีการกำหนดค่าระบบให้เลือกหลายรูปแบบ
ตัวอย่างการกำหนดค่าพื้นฐานด้านล่างประกอบด้วยระบบทดสอบอเนกประสงค์ 3400 Series พร้อมอุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัดแบบ 3 จุดและไม่มีเครื่องวัดระยะยืด (extensometer) ในการตั้งค่านี้ ระยะยืดจะถูกวัดโดยระยะเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ ซึ่งจัดเป็นการทดสอบประเภทที่ 1 (Type 1)
หมายเหตุ: ระบบ 3400 Series สามารถจับคู่กับเครื่องวัดระยะยืดสำหรับการทดสอบประเภทที่ 2 (Type 2) ได้หากจำเป็น
เมื่อใดก็ตามที่มีการวัดระยะยืดผ่านระยะเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ แนะนำให้ใช้ การแก้ไขค่าความยืดหยุ่นของเครื่อง (compliance correction) เพื่อเพิ่มความแม่นยำ แม้ว่าจะไม่ใช่ข้อบังคับก็ตาม
การกำหนดค่าระบบทดสอบพื้นฐานสำหรับ ASTM D790
ตัวเลือกระบบทดสอบขั้นสูง
ระบบทดสอบอเนกประสงค์ 6800 Series เป็นตัวเลือกที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับผู้ใช้ที่ต้องการความสามารถในการทำซ้ำที่เพิ่มขึ้นและปริมาณงานที่สูงขึ้น แม้ว่าระบบนี้จะสามารถใช้สำหรับการทดสอบประเภทที่ 1 ได้เช่นกัน แต่ส่วนใหญ่มักใช้สำหรับการทดสอบประเภทที่ 2 ซึ่งอาศัยเครื่องวัดระยะยืดและเครื่องวัดการเสียรูปเพื่อให้รายงานค่าระยะยืดที่แม่นยำยิ่งขึ้น
การกำหนดค่าระบบทดสอบขั้นสูงสำหรับ ASTM D790
การวัดระยะยืดในการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D790
ASTM D790 อนุญาตให้วัดระยะยืดได้สองวิธี:
- การทดสอบประเภทที่ 1: ระยะยืดคำนวณจากระยะเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ
- การทดสอบประเภทที่ 2: ระยะยืดวัดโดยใช้ เครื่องวัดระยะยืด (extensometer)
สำหรับการทดสอบประเภทที่ 2 คุณจะต้องใช้เครื่องวัดระยะยืดประเภทใดประเภทหนึ่งต่อไปนี้:
- เครื่องวัดระยะยืดแบบวิดีโอชนิดไม่สัมผัส - วัดระยะยืดโดยไม่ต้องสัมผัสกับชิ้นงานทดสอบทางกายภาพหรือเข้าไปในพื้นที่ทดสอบ ดู AVE3 Advanced Video Extensometer ของ Instron
- เครื่องวัดระยะยืดแบบคลิปออน (Clip-On Extensometer) - มีระยะเกจคงที่และความสามารถในการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกันไปตามอุปกรณ์ ต้องติดตั้งเข้ากับชิ้นงานทดสอบด้วยตนเอง ดู Axial Clip-On Extensometers ของ Instron
ข้อสำคัญ: เครื่องวัดระยะยืดแต่ละรายการที่ระบุข้างต้นต้องใช้ร่วมกับ เครื่องวัดการเสียรูป (หมายเลขแค็ตตาล็อก 2810-403) เพื่อการวัดระยะยืดที่แม่นยำ
อุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัด
อุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัดแบบสามจุดใช้สำหรับ ASTM D790 อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยหัวกด (loading nose) ที่ติดอยู่กับหัวทดสอบที่เคลื่อนที่ได้ และส่วนที่ยึดอยู่กับที่พร้อมจุดรองรับชิ้นงานสองจุด หรือทั่ง (anvils) ซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับระยะห่างของจุดรองรับชิ้นงานได้
พื้นผิวของทั่งและหัวกดควรเป็นรูปทรงกระบอกและมีรัศมี 5 มม. เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น และความยาวของชิ้นส่วนรูปทรงกระบอกควรยาวกว่าความกว้างของชิ้นงานทดสอบ
อุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัดแบบสามจุดขนาด 5 kN ของ Instron มีคุณสมบัติหลักหลายประการเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการทดสอบ:
- หน่วยความยาวที่มีขีดบอกระยะบนคานรองรับเพื่อการจัดตำแหน่งทั่งที่แม่นยำและการจัดกึ่งกลาง เครื่องวัดการเสียรูป ได้ง่ายเมื่อใช้อุปกรณ์วัดระยะยืด
- แขนจัดตำแหน่งที่สามารถปรับให้เข้ากับความกว้างของชิ้นงานทดสอบได้
การจัดตำแหน่งชิ้นงานที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้ผลลัพธ์เกิดความคลาดเคลื่อนอย่างมาก และต้องใช้ความระมัดระวังอย่างเหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นงานได้รับการจัดตำแหน่งอย่างสม่ำเสมอสำหรับการทดสอบแต่ละครั้ง
การเพิ่มปริมาณงาน
สำหรับห้องปฏิบัติการที่ต้องการเพิ่มปริมาณงาน สามารถปรับเปลี่ยนการตั้งค่าระบบได้หลายประการ เนื่องจากการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D790 อาจใช้เวลานาน เครื่องทดสอบ Multi-Station 6800 Series จึงเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับห้องปฏิบัติการที่มีความต้องการปริมาณงานสูง นอกจากนี้ยังมี ระบบทดสอบแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ ซึ่งออกแบบมาเพื่อรวมการวัดชิ้นงาน การโหลดชิ้นงาน การทดสอบ การวัดระยะยืด และการนำชิ้นงานออกเข้าด้วยกัน ระบบเหล่านี้สามารถทำงานได้นานหลายชั่วโมงโดยไม่ต้องอาศัยการโต้ตอบจากผู้ควบคุม และช่วยลดความแปรปรวนอันเนื่องมาจากข้อผิดพลาดของมนุษย์
การเปลี่ยนแปลงล่าสุดของ ASTM D790
เวอร์ชันล่าสุดของ ASTM D790 ได้รับการเผยแพร่ในปี 2017 ซึ่งแตกต่างจากเวอร์ชันก่อนหน้า 2015E2 ในหลายด้าน:
- ข้อกำหนดการทวนสอบสำหรับการทดสอบประเภทที่ 1 (ระยะเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ) ถูกเปลี่ยนจากระบบ Class D เป็นระบบ Class B ตามมาตรฐาน ASTM E2309
- มาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ประเภท 2 (เครื่องวัดการแอ่นตัวและเครื่องวัดการยืดตัว) ถูกเปลี่ยนจาก Class B เป็น Class B-2
- เพิ่มหมายเหตุ 10 และภาคผนวก XI ในมาตรฐานเพื่ออธิบายความหมายของการแก้ไขค่าความยืดหยุ่นและวิธีการนำไปใช้
คำถามที่พบบ่อย
ASTM D790 กำหนดให้ใช้อุปกรณ์จับยึดแบบดัด 3 จุด (3-point bend fixture) ที่มีรัศมีหัวกด (loading nose radius) 5 มม. +/- .1 มม. สิ่งสำคัญคืออุปกรณ์จับยึดตัวล่างต้องสามารถปรับระยะห่าง (span) ได้เพื่อให้รองรับขนาดของชิ้นงานทดสอบที่แตกต่างกัน
เกี่ยวกับผู้ตรวจสอบ
Sammi Sawdey
Sammi Sawdey เป็นวิศวกรอาวุโสด้านการประยุกต์ใช้งานที่ Instron โดยมีความเชี่ยวชาญด้านการทดสอบพลาสติกและการวิเคราะห์คุณลักษณะของวัสดุ ด้วยความเชี่ยวชาญอย่างลึกซึ้งในระเบียบวิธีทดสอบแบบสถิต เธอให้คำปรึกษาแก่ลูกค้าในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมายเกี่ยวกับวิธีเพิ่มประสิทธิภาพระบบการทดสอบเพื่อความแม่นยำ ประสิทธิภาพ และการปฏิบัติตามข้อกำหนด บทบาทของ Sammi กำหนดให้ต้องติดตามมาตรฐาน ASTM และ ISO ล่าสุด แนวโน้มอุตสาหกรรมที่เกิดขึ้นใหม่ และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดอย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยให้เธอสามารถแนะนำลูกค้าไปสู่ผลลัพธ์การทดสอบที่มีคุณภาพสูงและเชื่อถือได้
ทรัพยากร
- โบรชัวร์โซลูชันการทดสอบพลาสติก
- เอกสารข้อมูลอุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัด (Flexure Fixture) ซีรีส์ 2810-400
- เอกสารข้อมูล AVE3 Advanced Video Extensometer
- โบรชัวร์ระบบทดสอบรุ่นพรีเมียร์ ซีรีส์ 6800
- โบรชัวร์ระบบทดสอบอเนกประสงค์ ซีรีส์ 3400
- โบรชัวร์ Bluehill Universal
- แคตตาล็อก Instron: อุปกรณ์เสริมสำหรับการทดสอบวัสดุ
