คู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับ ISO 178
วิธีการทดสอบการดัดโค้งของพลาสติกตามมาตรฐาน ISO 178
เขียนโดย Daniel Caesar
เนื่องจากพลาสติกมีต้นทุนต่ำ น้ำหนักเบา ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีความอเนกประสงค์ จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ การกำหนดคุณสมบัติของวัสดุพลาสติกจึงมีความสำคัญเพื่อระบุพฤติกรรมที่คาดหวังในการใช้งานจริง คุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่งคือความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดในขณะที่ตัวอย่างพลาสติกถูกดัดหรือโค้งงอ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือคุณสมบัติการดัดโค้งของวัสดุ เพื่อกำหนดวิธีการมาตรฐานสากลในการหาคุณสมบัตินี้ องค์การระหว่างประเทศว่าด้วยการมาตรฐาน (ISO) จึงได้พัฒนามาตรฐาน ISO 178 ขึ้น
คู่มือนี้จัดทำขึ้นเพื่อแนะนำองค์ประกอบพื้นฐานของการทดสอบการดัดโค้งตามมาตรฐาน ISO 178 และจะให้ภาพรวมของอุปกรณ์ทดสอบ ชิ้นงานทดสอบ และผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องในมาตรฐาน อย่างไรก็ตาม ผู้ที่วางแผนจะดำเนินการทดสอบให้เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 178 ไม่ควรใช้คู่มือนี้แทนการอ่านมาตรฐานฉบับเต็ม
การทดสอบนี้วัดค่าอะไรบ้าง?
ISO 178 เป็นวิธีการทดสอบเพื่อหาคุณสมบัติการดัดโค้งของพลาสติกชนิดแข็งและกึ่งแข็ง โดยการทดสอบการดัดแบบสามจุดบนเครื่องทดสอบอเนกประสงค์ การทดสอบการดัดแบบสามจุดจะใช้แรงที่จุดกึ่งกลางของชิ้นงานทดสอบรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ซึ่งวางอยู่บนจุดรองรับทั้งสองด้านอย่างอิสระ แรงที่ใช้จะถูกวัดโดยโหลดเซลล์ และการโก่งตัวที่เกิดขึ้นจะถูกวัดโดยการเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ (Crosshead) (โดยมีการปรับแก้ค่าความยืดหยุ่นของระบบ) หรือโดยอุปกรณ์วัดความเครียดโดยตรง มีการทดสอบสี่ประเภทที่ระบุไว้ใน ISO 178 ซึ่งแต่ละประเภทจะกำหนดวิธีการวัดการโก่งตัว (เช่น ผ่านหัวทดสอบหรือทรานสดิวเซอร์วัดความเครียดโดยตรง) และข้อกำหนดความแม่นยำในการสอบเทียบที่เกี่ยวข้อง
ประเภทของการทดสอบ ISO 178 ที่ห้องปฏิบัติการดำเนินการนั้นกำหนดโดยความต้องการของลูกค้า ไม่ว่าจะเป็นลูกค้าภายใน เช่น ห้องปฏิบัติการวิจัยและพัฒนา หรือลูกค้าภายนอก เช่น ห้องปฏิบัติการทดสอบของบุคคลที่สาม สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่ามีการระบุและตกลงเกี่ยวกับข้อกำหนดเฉพาะสำหรับห้องปฏิบัติการของคุณกับลูกค้าก่อนที่จะซื้ออุปกรณ์ทดสอบและดำเนินการทดสอบ
ISO 178 เป็นมาตรฐานที่เหมาะสมสำหรับคุณหรือไม่?
ISO 178 มีความคล้ายคลึงกับ ASTM D790 อย่างมาก แม้ว่าจะมีความแตกต่างกันในประเด็นสำคัญหลายประการ:
- ISO 178 กำหนดให้ใช้เครื่องวัดการโก่งตัว (Deflectometer) หรือการปรับแก้ค่าความยืดหยุ่น (Compliance Correction) เพื่อหาค่ามอดูลัส ในขณะที่ ASTM D790 อนุญาตให้คำนวณค่ามอดูลัสจากการเคลื่อนที่ของหัวทดสอบเพียงอย่างเดียว
- ขนาดชิ้นงานทดสอบที่แนะนำมีความแตกต่างกัน และเนื่องจากความเร็วในการทดสอบขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นงาน ความเร็วในการทดสอบระหว่างมาตรฐานทั้งสองจึงอาจแตกต่างกัน ความหนาที่แนะนำสำหรับชิ้นงาน ISO 178 คือ 4 mm ในขณะที่ความหนาที่แนะนำสำหรับชิ้นงาน ASTM D790 คือ 3.2 mm
- ASTM D790 อนุญาตให้ใช้ความเร็วทดสอบเพียงค่าเดียว ในขณะที่ ISO 178 อนุญาตให้ใช้ความเร็วทดสอบที่สอง (เร็วขึ้น) หลังจากวัดค่ามอดูลัสแล้ว
ตัวอย่าง
ชิ้นงานทดสอบ ISO 178 อาจมาจากการตัดเฉือนจากแผ่นวัสดุตามมาตรฐาน ISO 2818 หรือเตรียมผ่านการขึ้นรูปด้วยการอัดหรือการฉีดตามมาตรฐาน ISO 293/295 หรือ ISO 294-1/10724-1 ตามลำดับ ขนาดชิ้นงานทดสอบที่แนะนำมีการระบุไว้ดังนี้:
- ความยาว: 80 mm (± 2)
- ความกว้าง: 10 mm (± 0.2)
- ความหนา: 4 mm (± 0.2)
หากไม่สามารถใช้ขนาดที่แนะนำได้ ISO 178 มีความกว้างทางเลือกอื่นที่ขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นงาน หากวัสดุเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก (Anisotropic) จะต้องทำการทดสอบทั้งสองทิศทาง
ขั้นตอนการทดสอบ
การทดสอบ ISO 178 มักดำเนินการบนเครื่องทดสอบอเนกประสงค์แบบตั้งโต๊ะ เนื่องจากความต้องการกำลังแรงที่ค่อนข้างต่ำ เครื่องทดสอบต้องสามารถรักษาความเร็วในการทดสอบให้คงที่ระหว่าง 1 ถึง 500 mm/min ภายในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ระบุในมาตรฐาน เครื่องทดสอบ Instron ซีรีส์ 3400 และ ซีรีส์ 6800 ทุกรุ่นเป็นไปตามข้อกำหนดความแม่นยำของความเร็วที่จำเป็น อุปกรณ์วัดแรงหรือโหลดเซลล์ต้องเป็นไปตาม Class 1 ของ ISO 7500-1 ตลอดช่วงของแรงที่จะรายงาน สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าห้องปฏิบัติการของคุณทราบถึงแรงทดสอบขั้นต่ำและสูงสุด เพื่อที่จะเลือกโหลดเซลล์ที่มีพิกัดแรงและช่วงการตรวจสอบที่เหมาะสม
การวัดความเครียด
| การวัดความเครียด | |
|---|---|
| เครื่องวัดการยืดตัวแบบไม่สัมผัส AVE2 | |
| เครื่องวัดการยืดตัวอัตโนมัติ AUTOX750 | |
| เครื่องวัดการยืดตัวแบบหนีบซีรีส์ 2630 | |
ISO 178 อนุญาตให้ใช้ระบบวัดการโก่งตัวที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ที่ต้องการและความแม่นยำที่เกี่ยวข้อง ประเภทของการวัดการโก่งตัวที่อนุญาตเรียงจากความแม่นยำน้อยที่สุดไปหามากที่สุด ได้แก่ การเคลื่อนที่ของหัวทดสอบ, การเคลื่อนที่ของหัวทดสอบพร้อมการปรับแก้ค่าความยืดหยุ่น และการใช้อุปกรณ์วัดความเครียดโดยตรง ก่อนการอัปเดตมาตรฐาน ISO 178 ในปี 2010 ข้อผิดพลาดในความแม่นยำของการวัดการโก่งตัวต้องไม่เกิน 1% ของค่าที่วัดได้ อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่การอัปเดตในปี 2010 ผู้ปฏิบัติงานต้องใช้เครื่องวัดการโก่งตัว Class 1 ตามมาตรฐาน ISO 9513 หรือใช้ซอฟต์แวร์ที่สามารถหักลบค่าความยืดหยุ่นของเครื่องออกจากผลลัพธ์ได้
ไม่ว่าห้องปฏิบัติการของคุณจะต้องการความแม่นยำในการวัดการโก่งตัวในระดับใด Instron มีโซลูชันที่ตอบโจทย์ เครื่องทดสอบซีรีส์ 3400 และ 6800 ทุกรุ่นที่ติดตั้งซอฟต์แวร์ Bluehill® Universal สามารถวัดการโก่งตัวจากหัวทดสอบได้ทั้งแบบที่มีและไม่มีการปรับแก้ค่าความยืดหยุ่น นอกจากนี้ Instron ยังมีโซลูชันที่หลากหลายสำหรับการวัดความเครียดโดยตรง โซลูชันทั่วไปอย่างหนึ่งคือเครื่องวัดความยืดหยุ่นแบบคลิปออน (Clip-on Extensometer) ที่ติดตั้งเข้ากับแกนกด หรือเครื่องวัดการโก่งตัว (Deflectometer) โซลูชันที่ล้ำสมัยและมีประสิทธิภาพสูงสุด ได้แก่ AutoX750 และ Advanced Video Extensometer (AVE3)
เช่นเดียวกับโหลดเซลล์ของระบบ อุปกรณ์วัดการโก่งตัวต้องได้รับการตรวจสอบตลอดช่วงการใช้งานของผลลัพธ์ที่รายงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งมอดูลัสการดัดจะถูกคำนวณที่การโก่งตัวที่น้อยมาก (ต่ำกว่า 0.1 mm) การระบุระยะการเคลื่อนที่ขั้นต่ำและสูงสุดของการทดสอบจะเป็นประโยชน์เพื่อให้สามารถแจ้งผู้ให้บริการตรวจสอบได้อย่างถูกต้อง
ปริมาณงาน
สำหรับห้องปฏิบัติการที่ต้องการเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน สามารถปรับเปลี่ยนการติดตั้งระบบได้หลายประการ อุปกรณ์วัดชิ้นงานอัตโนมัติและอุปกรณ์จัดแนวชิ้นงานต่างช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทดสอบโดยลดปริมาณการป้อนข้อมูลด้วยตนเองจากผู้ปฏิบัติงาน นอกจากนี้ยังมีระบบทดสอบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ เช่น AT3 และ AT6 ของ Instron ซึ่งออกแบบมาเพื่อรวมการวัดชิ้นงาน การป้อนชิ้นงาน การทดสอบ และการนำออกเข้าด้วยกัน ระบบเหล่านี้สามารถทำงานได้นานหลายชั่วโมงโดยไม่ต้องมีการโต้ตอบจากผู้ปฏิบัติงาน นอกจากนี้ ระบบเหล่านี้ยังช่วยลดความผันแปรที่เกิดจากความผิดพลาดของมนุษย์อีกด้วย
โบรชัวร์ระบบทดสอบรุ่นพรีเมียร์ ซีรีส์ 6800
เครื่องทดสอบวัสดุอเนกประสงค์ Instron 6800 Series มอบความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่เหนือชั้น ด้วยสถาปัตยกรรมระบบ Operator Protect ที่อยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตร พร้อมด้วยชุดอุปกรณ์ Smart-Close Air Kit และคุณสมบัติ Collision Mitigation แบบใหม่ทั้งหมด ทำให้ 6800 Series ช่วยให้การทดสอบวัสดุทำได้ง่ายขึ้น ชาญฉลาดขึ้น และปลอดภัยกว่าที่เคย
โบรชัวร์ระบบทดสอบอเนกประสงค์ ซีรีส์ 3400
ระบบทดสอบวัสดุอเนกประสงค์ Instron ซีรีส์ 3400 สำหรับการทดสอบแรงดึง แรงอัด การดัด และการทดสอบคุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุ
Bluehill Universal Brochure
Bluehill Universal is Instron’s advanced materials testing software, designed for intuitive touch interaction and streamlined workflows. It offers pre-loaded test methods, QuickTest for rapid setup, enhanced data exporting, and Instron Connect for direct service communication. Users of Bluehill 2 and Bluehill 3 can easily upgrade to the latest version for improved performance and usability.
AVE 2 Non-Contacting Video Extensometer
The second generation Advanced Video Extensometer (AVE 2) utilizes patented measurement technology in the fastest, most accurate non-contacting strain measurement device commercially available.
Automatic Contacting Extensometer – Model AutoX 750
The AutoX 750 is a high-resolution, long-travel automatic contacting extensometer. It can be mounted onto any electromechanical 3300, 3400, 5500, 5900, or 6800 Series tabletop or floor model system as well as LX, DX, HDX, and KPX static hydraulic testing systems. It is well suited for applications involving plastics, metals, biomedical, composites, elastomers, and more. The AutoX has a maximum travel of 750 mm and accuracy of ± 1 µm.