ISO178 | プラスチックの3点曲げ試験
ISO 178に準拠した3点曲げ試験は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の曲げ特性の決定に使用されます。この試験で最も一般的に得られる結果には、応力-ひずみ曲線の初期の傾きから計算される曲げ弾性率、曲げ強度、および試験体破壊時の曲げひずみが含まれます。延性を持つプラスチックに対しては、曲げ応力は通常、定義されたわみで決定されます。
ISO 178に従った3点曲げ試験の試験アレンジメントは、2つの平行な支持体またはアンビルと、これらの間に配置された標準試験片が小さな曲げ角度で変形するための中央に位置する荷重エッジまたは上部アンビルで構成されています。曲げ力とたわみを測定して試験片の極限繊維応力とひずみを決定し、そこから個々の試験結果が単一点データの形式で計算されます。
プラスチック材料の曲げ特性を特徴づける別の方法は、ASTM D790規格で説明されています。
ISO 178に準拠した3点曲げ試験の目的と特性値
ISO 178及びASTM D790に記載の3点曲げ試験は硬化、半硬化プラスチックの古典的な標準化された特性評価方法を説明しています。これらの試験で決定される曲げ特性は、設計者、エンジニア、および製造業者にとって重要であり、プラスチック材料がその想定された用途の要件を満たしていることを確保する役立ちます。
典型的な試験結果は以下を含みます：
- 曲げ弾性率と曲げ強度：曲げ弾性率は材料の剛性を示す指標であり、曲げ荷重に対してどれだけよく抵抗できるかを示します。曲げ強度は、材料が曲げ状態で破断する前に耐えられる最大荷重に関する情報を提供します。
- 3.5%伸び時の応力
- 降伏点及び試験片破断時の応力と伸び
ISO 178に準拠した3点曲げ試験の実施
- ISO 178の3点曲げ試験では、棒状のプラスチック試験片が2つのアンビルの間に配置されます。
- その後、力が試験片の上部に垂直にかかり、アンビルの中央に位置します。
- 試験片の力と変形を測定して、曲げ弾性率と曲げ強度を求めます。曲げひずみは、makroXtens伸び計で測定されます。
3点曲げ試験の要求事項
- 曲げ応力とひずみの計算では、通常、小さなたわみを考慮し、アンビル上の摩擦は考慮されません。そのため、規格ではこの方法を3.5％の曲げひずみに制限しています。これは、高さが4 mmのISO試験片に対して6 mmのたわみを示します。規格で許容される計算誤差は、この範囲では測定値の1％未満に収束しています。
- 曲げ試験の試験片寸法を測定する際には、非常に注意を払うことが要件とされます。試験片の厚さは曲げ応力の計算において二乗で計算されるため、測定誤差の結果も二乗関数となります。試験片の高さが4.0 mm（公称）でわずか0.1 mmの測定誤差は、曲げ応力に約5％の誤差を生じます。
- たわみ測定はその試験ラボの目的に応じて実施されます。目的や試験の複雑性に応じて、ISO 178でさまざまなたわみ測定のタイプが指定されています：
| 試験タイプ | I | II | III | IV |
|---|---|---|---|---|
| 試験の 必要な目的 | 応力 / 強度のみ | 応力 / 強度 / 1%以上のひずみ | 応力 / 強度 / ひずみ / 反復可能で精密なモジュール値 | 応力 / 強度 / ひずみ / 正確かつ精密でより高精度なモジュール値 |
| たわみ測定 のタイプ | 測定不要 | クロスヘッド変位 | コンプライアンス補正を用いたクロスヘッド変位 | たわみ計測装置を介した直接測定 |
- 最もシンプルなケース(タイプ I)ですと、最大荷重かあるいは応力のみを決定し、たわみ測定は必要ありません。
- 例えば、1％を超える外側のファイバーひずみ (タイプ II)、つまり3.5％の曲げ降伏強さをもたらすたわみ値のみを決定する場合は、試験機のクロスヘッド変位モニターによる簡単な測定で十分です。
- 規格で定義されているタイプIIIは、品質保証や研究開発の課題での曲げ弾性率の測定を記述しており、内部比較や許容範囲の監視の目的でのみ使用されるものであり、したがって、測定の正確性よりも良好な反復性が重要であるとされています。この場合、試験アレンジメントを簡素化するために、試験機のクロスヘッド変位計とコンプライアンス補正が使用されることがあります。
- もし、目的が他の試験研究所と比較可能なタイプIVに基づく正確な試験結果を達成することである場合、ISO 9513の精度クラス1に基づく直接たわみ測定の使用が必須です。
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- ISO 178規格で定義されたすべての特性値や設定が、規格試験プログラムに含まれており、規格に準拠することが確約されています。試験ソフトウェアはユーザーを試験の各ステップで確実に案内します。
- ユーザーは自分の役割に応じたステップしか表示されず、ユーザー管理機能を通じてステップが設定されます。
- ISO 178規格に基づく試験片寸法は、マイクロメーターとデジタルキャリパーの接続によって直接試験ソフトウェアに送信され、時間の節約とエラーの排除が可能です。
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- Trend Analysis機能を使用すると、簡単な長期評価オプションで長期的な偏差を認識できます。
ISO 178に準拠したディスタンスゲージを備えた3点曲げ試験治具：
- ツビックローエルの曲げ試験治具を使用すると、最大20 kNの力まで試験が行われます。最大たわみは36 mmです。
- ディスタンスゲージを使用してアンビル間の距離と中心合わせを設定すると、ISO 178およびASTM D790に基づく試験時に規格に準拠した曲げ試験治具を設定できます。
- ISO 178による3点曲げ試験では、アンビルとダイの半径が5 mmでアンビルの幅が40 mmの場合、アンビル間隔は64 mmです。
- アンビルは互いに正確な距離に配置し、軸と中心合わせが行われます。
- 曲げ試験キットのセンタリングストップは、ディスタンスゲージを使用して簡単に調整および配置できます。試験片幅が10 mm（ISO 178）および12.7 mm（ASTM D790）に対応します。
ISO 178 – たわみ測定におけるツビックローエルソリューション
ISO 178に従った曲げ試験の結果は、特に試験片の表面付近の材料の挙動を示しています。測定されたたわみは、引張試験での伸びより約4倍大きくなります。
- 試験タイプIIIに従ったたわみ測定の要件に関して、ツビックローエルの試験機は、testXpert試験ソフトウェアを使用して荷重フレーム、ロードセル、および曲げ試験ツールの変形を補償することができます。これにより、試験機のクロスヘッド変位計を介して十分な精度の測定が可能となります。マシンの操作はシンプルで、特に品質保証向けとなっています。
- ISO 178の試験タイプIVで要求されるような高い再現性が必要な場合、試験片に対して負荷のかかっていないたわみを容易に測定できる伸び計の使用をおすすめします。ツビックローエルでは、マクロ伸び計 、 マルチ伸び計といった自動伸び計の代わりに使用できる、曲げ試験に適したセンサーアームを提供しています。
ISO 178に従った3点曲げ試験向けロードフレーム
ISO 178に従って3点曲げ試験を実行するためには、万能試験機のzwickiLine、ProLine そして AllroundLineを使用します。
ISO 178 自動化された3点曲げ試験
特に大量の試験の場合には多くの人員が拘束されることになります。プラスチックにおける自動化された試験システムは、有資格のラボスタッフをこれらのルーチン的な作業から解放し、より複雑な業務に集中できるようにします。これには、データの解釈や評価、新しい材料の評価、その他の研究活動などが含まれます。
当社の自動試験システムroboTest N、roboTest L、roboTest Rのいずれも、ISO 178に基づく自動化された3点曲げ試験に使用できます。
