ASTM D638, 인장 성질, 플라스틱
ASTM D638에 따른 플라스틱 인장 시험은 인장 응력, 변형률, 인장 계수, 인장 강도, 항복 인장 강도, 파단 시 인장 강도 등 필수 기계적 성질을 측정하는 데 유용합니다. ASTM D638 표준은 대응 표준인 ISO 527-1 및 ISO 527-2와 동일하지 않습니다. 이 표준들은 여러 면에서 다른데 시편의 모양과 크기, 시험 결과의 정의뿐 아니라 시험 절차 자체도 다릅니다. ASTM D638은 인장 성질의 실용적인 특성을 제시하는 반면, ISO 527 표준의 지도 원칙은 시험실, 기업, 국경 간 시험 결과의 높은 재현성입니다.
ASTM D638에 따른 인장 시험의 목적과 물성값
플라스틱의 인장 성질을 측정하기 위한 ASTM D638 표준 시험 방법에서는 부품의 정해진 부분에서 가공한 몰딩 재료나 시편의 필수 기계적 성질을 측정합니다.
일반적인 물성값은 다음과 같습니다.
- 인장 응력: 초기 시편 단면과 관련된 힘
- 변형률: 초기 표점 거리와 관련한 표점 거리의 변화
- 인장 탄성률: 응력-변형 다이어그램 곡선의 기울기
- 항복점: 기울기가 0인 플롯 점의 응력과 변형
- 파괴점: 시편 파단 순간의 응력과 변형
- 푸아송 비: 축 변형률에 대한 횡변형의 네거티브 비율
노화 시험
ASTM D638에 따른 인장 시험은 노화, 열 또는 매체 저장, 풍화 이후 폴리머의 기계적 물성값 변화를 증명하기에 좋은 근거를 제공합니다. 이때 인장 시험의 물성값은 정해진 노화나 풍화 기간 이후, 그리고 새로 성형된 상태에서 측정합니다.
ASTM D638 시편 치수/시편 유형
ASTM D638에 따른 시험에 사용되는 시편은 유형별로 다음과 같이 구분됩니다.
- ASTM D638 I형 - 선호되는 시험 시편은 두께 3.2mm(1/8인치), 표점 거리 50mm(2인치)의 덤벨 모양의 I형 시편입니다. 두께는 일반 부품 재료와 상대적으로 비슷하지만 변형률 측정 정확도가 좋습니다.
- ASTM D638 II형 - I형 시편을 이용하면 시편의 좁은 평행부에서 파괴가 발생하지 않는다는 점을 고려하여 ASTM D638은 좁은 평행부의 폭을 상당히 줄인 II형 시편을 이용할 것을 권장합니다.
- ASTM D638 III형 - 기계적 가공을 통해 재료의 두께가 7mm 이상인 시편을 얻을 수 있다면 III형 시편을 사용합니다. 이때 좁은 평행부의 폭과 어깨 폭, 전체 길이가 늘어나 시편의 두께는 여전히 폭보다 작습니다. 박판 두께가 14mm 이상이면 기계적 가공을 통해 두께가 조절됩니다.
- ASTM D638 IV형 - IV형 시험 시편은 아주 부드러운 폴리머(예: 고무) 시험에 적합하고 연질 폴리머나 좀 더 단단한 폴리머를 비교할 때 사용합니다.
- ASTM D638 V형 - 재료를 적은 양만 사용할 수 있거나 부품에서 채취한 시편을 더 큰 시편으로 가공할 수 없는 경우, I형에 비해 모든 치수가 작은 V형 시편이 사용됩니다.
| 기본 | 시편 유형 | 비고 | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | I형 | 경질 플라스틱의 선호 시편 | ≥165 | 57±0.5 | 19+6.4 | 13±0.5 | 3.2±0.4 | 50±0.25 | 115±5 |
| ASTM D638 | 유형 II | I형이 좁은 단면에서 파손되지 않는 경우 선호됨 | ≥183 | 57±0.5 | 19+6.4 | 6±0.5 | 3.2±0.4 | 50±0.25 | 135±5 |
| ASTM D638 | 유형 III | 시편 두께가 7mm 이상인 경우 (경질 및 연질 플라스틱) | ≥246 | 57±0.5 | 29+6.4 | 19±0.5 | 7 ~ 14 | 50±0.25 | 115±5 |
| ASTM D638 | 유형 IV | 경질 및 연질 플라스틱을 비교할 때 | ≥115 | 33±0.5 | 19+6.4 | 6±0.05 | 3.2±0.4 | 25±0.13 | 65±5 |
| ASTM D638 | V형 | 부품에서 채취한 소형 시편 | ≥63.5 | 9.53 | 9.53+3.1 | 3.18±0.5 | 3.2±0.4 | 7.62 | 25.4±5 |
testXpert 시험 소프트웨어를 이용하여 ASTM D638에 따른 인장 시험 수행
플라스틱과 폴리머 기계 시험에서 인장 시험은 가장 흔하게 수행되는 시험 중 하나입니다. 이 시험의 표준 규격 준수 절차는 ASTM D638 표준 규격에 자세히 설명되어 있습니다. 단계별 지침을 참고하면 표준 규격의 모든 페이지를 일일이 읽을 필요가 없고, testXpert를 이용할 때 100% 표준 규격 준수 시험이 얼마나 쉬워지는지 알 수 있습니다.
testXpert를 이용한 6단계 ASTM D638 준수 시험 수행
testXpert 시험 소프트웨어는 모든 시험 요구에 이상적인 솔루션입니다. ISO 527-1/ISO 527-2와 ASTM D638 표준 규격은 모두 인장 시험의 시험 방법을 정의합니다. 이 두 표준 규격은 기술적으로는 동등하나 결과까지 유사하진 않습니다. 시편 형태, 시험 속도, 결과 해석 방법이 다소 다르기 때문입니다. ZwickRoell은 testXpert를 이용하여 표준 규격 시험 프로그램을 사전에 구성하므로 ASTM D638 요구사항 충족을 보장합니다. ASTM D638에 따른 시험 수행에 필요한 모든 설정이 이미 구성되어 있습니다.
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- ASTM D638 규격에 정의되어 있는 모든 물성값과 매개변수가 ASTM D638 규격 시험 프로그램에 이미 저장되어 있습니다. 규격 준수가 보장되며, 규격을 습득하는 데 시간이 많이 드는 작업을 할 필요가 없습니다.
- 사용자에게 단계별 시험 안내가 제공됩니다. 화면에 자신의 업무에 해당되는 작업만 표시되며, 이는 사용자 관리 기능을 통해 설정할 수 있습니다. 이를 통해 신입 직원 온보딩을 빠르게 완료할 수 있습니다. 모든 사용자가 한 단계도 놓치지 않고 ASTM D638에 따른 시험을 안정적으로 수행할 수 있습니다.
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ASTM D638에 따른 시험기 정확도 요구사항
힘과 연신은 시험기로 측정하는 두 가지 기본 값입니다. 정기 교정이라는 틀 안에서 국가 표준에 따라 추적 가능한 측정 기구와 비교했을 때, 이 측정된 값들이 정해진 측정 범위에 걸쳐 시험 기준에서 정한 정확도 수준을 달성한다는 증거가 있습니다.
힘 측정(ASTM E4)
ASTM D638 표준은 측정값 ±1%의 측정 정확도를 요구합니다. 이 요구사항은 로드 셀 전체 측정 범위에서의 ASTM E4에 따른 교정을 통해 검증됩니다. 따라서 특히 힘 측정 시스템의 품질은 정확도를 달성할 수 있는 측정 범위의 폭으로 정의됩니다. ZwickRoell 시험기는 측정 범위의 1/1000에서 시작하여 ASTM E4에서 요구하는 측정 정확도를 달성합니다. 이는 동일한 시험 장비를 이용하여 설비를 재구성하지 않고도 여러 재료의 계수값과 인장 응력을 측정할 수 있다는 의미입니다.
변형률 측정(ASTM E83)
크로스 헤드 이송이나 클램핑 거리 및 직접 측정된 시편 연신의 변화 값 등을 측정합니다.
크로스 헤드 이송거리 측정 시 ASTM D638은 해당 측정값 ±10%의 정확도를 요구합니다. 크로스 헤드 이송거리는 특히 공칭 파단변형률 측정에 사용되기 때문에 측정할 거리가 비교적 큽니다.
인장 계수 측정값은 신율계를 직접 측정하여 얻습니다. 변형률 측정 시 허용 오차는 0.0002 [mm/mm]로 지정됩니다. 이는 0.02%의 변형률 오차 또는 (표점 거리 50mm에서) 0.01mm의 허용 변위 오차와 일치합니다.
항복점과 약 20% 이하의 낮은 연신율을 측정하는 경우 ASTM D638은 교정 표준 ASTM E83에 따른 C등급 준수를 요구합니다. 10% 이하 연신율에서 이것은 0.1% 연신율에 해당하는 0.001[mm/mm]의 변형률 측정에서 설정된 최대 허용 오차 값을 의미합니다. 그 이상의 연신율을 측정하는 경우 해당 측정값의 상대 오차는 ±1%를 초과할 수 없습니다.
20%를 초과하는 연신율을 측정하는 경우 ASTM D638은 ± 20% 상대 측정 오차를 허용하며, 이는 비교적 간단한 신율계를 통해서도 달성할 수 있습니다.
ASTM D638에 정의된 컨디셔닝 및 주변 조건
- 정의된 컨디셔닝 및 주변 조건의 온도 및 습도 관련 사항을 준수하는 것은 시험 결과값의 비교성을 위해 매우 중요한 사항입니다.
- 컨디셔닝 지속 시간 사양은 일반적으로 시험 대상 플라스틱의 재료 표준에서 확인할 수 있습니다.또한 몰딩 재료 물성시험에 사용되는 시편은 시험 전 최소 16시간 동안 표준 대기(표준화된 기온 및 습도 조건)에 보관해야 합니다.
- 표준 대기에서 시험을 수행한다면 이는 ASTM D618에 명시되어 있는 정해진 정상 환경을 지칭합니다.
온대성 대기: 23 ± 2°C, 50 ± 10% r.F.
아열대성 대기: 27 ± 2°C, 65 ± 10% r.F. - 이 공차는 2등급에 부합합니다. 이 공차는 1등급에 맞추기 위해 반으로 줄인 것입니다.
- 상온은 일반적으로 18°C ~ 28°C 사이의 다소 넓은 온도 범위를 지칭합니다.
- 다양한 요구사항을 지정할 수 있는 고온이나 저온에서의 시험도 가능합니다.
저온 또는 고온에서의 ASTM D638 인장 시험
이 표준 규격은 ASTM D618의 A 방법에 따른 조건부 상태에서 시편을 측정하는 것입니다. 하지만 ASTM D638 표준 규격은 컨디셔닝 및 측정 요구사항의 편차를 허용하기 때문에 이 표준 규격에 따라 저온 또는 고온에서도 시험을 수행할 수 있습니다.
또한, ZwickRoell은 ASTM D638에 따른 저온 또는 고온 플라스틱 인장 시험을 위해 온도 챔버를 제공하고 있습니다. 온도 범위는 -80°C ~ +360°C로 조절할 수 있습니다.완전 통합 시스템을 사용하면 인장 시험 동안의 작동이 효과적이고 안정적이며 쉽습니다. 도어인도어 솔루션을 이용하면 저온 시험 중 질소 소비와 결빙 형성이 대폭 감소하기 때문에 보다 비용 효과적으로 시험을 수행할 수 있습니다.
ASTM D638에 대하여 자주 묻는 질문
플라스틱 인장 시험에 사용되는 가장 일반적인 ASTM 표준은 ASTM D638입니다. 이 표준은 제어, 사양, 질적 특성 규명, 연구개발 목적으로 플라스틱 재료의 인장 특성을 측정하는 데 사용합니다. 이는 시험 장비, 시편의 형태와 치수, 시험 준수 절차를 정의합니다. ASTM D638을 이용하여 측정하는 재료 성질로는 인장 강도, 시편 연신, 변형률 값, 탄성 계수, 실온에서 푸아송 비를 측정하는 방안 등이 있습니다.
자세한 내용은 표준 전문을 참조하세요. ASTM D638
플라스틱의 인장 강도 측정은 기본적으로 플라스틱 시편을 부러뜨리거나 휘게 하는 데(항복) 필요한 응력을 측정하여 알 수 있습니다. 따라서 표준은 항복점과 파손 저항을 구분합니다. 이처럼 플라스틱 재료를 정의하는 특징은 일반적으로 연구개발 및 품질 관리 목적으로 흔히 사용됩니다. 플라스틱의 인장 강도는 임시편이 파손될 때까지 잡아 당기면서 임계값을 측정하여 계산하는 인장 시험기로 측정합니다. 이러한 시험은 시험할 시편의 모양과 치수를 지정하고, 시험기 사양을 제시하며, 시험 절차를 설명하는 ASTM D638 표준에 따라 이루어지는 경우가 가장 많습니다.
ASTM D638 표준은 플라스틱 인장 시험을 설명합니다. 이는 인장 계수, 항복 응력, 항복 변형률, 인장 강도 및 파단 시 변형률 등 인장 성질을 측정하는 데 적용됩니다. 이러한 성질들은 플라스틱 및 플라스틱 부품의 측정과 비교는 물론 품질 보증 목적으로도 중요합니다.
항복점이 보이지 않는 취성 플라스틱이나 플라스틱은 기계적 또는 비접촉 측정 신율계를 이용하여 직접 파단변형률을 측정합니다. 항복점이 보이지 않는 열가소성 플라스틱의 공칭 파단변형률은 시험기 풀링 그립의 이동에서 측정합니다.
인장 강도는 인장 시험 중에 시편이 도달할 수 있는 가장 높은 인장 응력입니다. 이 인장 강도는 항복점에서 발생할 수 있으며, 이 경우 항복점에서의 인장 강도라고 합니다. 시편이 파손되기 직전에 인장 강도가 발생하는 경우는 파단 시 인장 강도라고 부릅니다.
ASTM D882 표준은 두께가 1mm 이하인 플라스틱 필름과 박판 재료의 인장 시험에 사용합니다. 이를 위해 필름 시험의 특별 요건을 다루는 특수 시편과 시험법이 있습니다.
GRC나 CRC와 같은 장섬유강화처리된 플라스틱은 ASTM D3039에 따른 인장 시험에서 측정합니다. 이러한 재료는 라미네이트나 섬유의 방향 및 구조에 따라 매우 다른 성질을 지닐 수 있습니다. 따라서 특별한 시편과 시험법이 필요한 경우가 많습니다.
ASTM E132 표준은 상온에서 푸아송 비를 측정하는 데 적절한 시험법을 지정합니다. 하지만 비강화 플라스틱은 푸아송 비의 고정 값이 대부분 일정하기 때문에 일반적으로 계산에 사용할 수 있습니다.
이 표준은 ASTM D618의 Method A에 따른 조건부 상태에서 시편을 측정하는 것입니다. 하지만 ASTM D638 표준은 컨디셔닝 및 측정 요구사항의 편차를 허용하기 때문에, 이 표준에 따라 저온 또는 고온에서도 시험을 수행할 수 있습니다.
ASTM D638 규격은 비강화 및 강화 플라스틱의 인장 강도를 포함한 인장 성질의 측정을 다룹니다. 그 밖에 인장 강도 시험에 많이 사용되는 규격은 금속 인장 강도를 다루는 ASTM E8/ASTM E8M, 고무 및 탄성중합체 인장 강도를 다루는 ASTM D412, 섬유 강화 복합재료 인장 강도를 다루는 ASTM D3039 등이 있습니다.