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ISO 527-1 및 ISO 527-2: 플라스틱 인장 시험

ISO 527-1(일반 원칙)과 ISO 527-2(몰딩 및 압출 재료의 시험 조건) 표준은 플라스틱 인장 시험을 설명합니다. ISO 527 표준의 지도 원칙은 시험실, 기업, 국경 간 시험 결과의 높은 재현성입니다.

플라스틱 인장 시험에 관한 자세한 설명은 ASTM D638 표준에서 확인할 수 있습니다.

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  • 산업별 브로슈어:플라스틱 및 고무 PDF 9 MB

ISO 527에 따른 인장 시험의 목적

이 인장 시험에서는 몰딩 재료의 필수 기계적 성질이 측정됩니다. 이러한 물성값은 주로 비교 목적으로 사용됩니다.

물성값은 다음과 같습니다.

  • 인장 응력: 초기 시편 단면에 가해지는 힘
  • 변형률:
  • 인장 계수: 응력-변형률 다이어그램 곡선의 기울기
  • 항복점: 기울기가 0인 곡선 플롯 점의 응력과 변형
  • 파괴점: 시편 파단 순간의 응력과 변형
  • 푸아송 비: 축 변형률에 대한 횡변형의 네거티브 비율

ISO 527-1/-2ASTM D638 모두 인장 시험의 시험법을 정의합니다. 이 두 표준은 기술적으로 동등하지만 완전히 공통적인 결과를 제공하지는 않습니다. 시편 형태, 시험속도, 결과 해석 방법이 어느 측면에서는 다르기 때문입니다.

표준화된 인장 시험에서 결과는 시편의 정해진 시편 분리 속도를 바탕으로 합니다. 하지만 실제 사용 중인 부품이나 구조에 가해지는 하중은 매우 광범위한 변형률 범위 내에 있을 수 있습니다. 폴리머의 점탄성 성질 때문에 변경된 변형률에서는 표준화된 시험 시편에서 측정된 것과 다른 기계적 성질이 일반적으로 발생합니다. 이런 이유로 인장 시험에서 측정된 물성값은 부품 설계 적합성에서는 제한적이지만, 재료 비교의 근거로는 매우 신뢰할 수 있습니다.

노화 시험

인장 시험은 노화, 열 또는 매체 노화, 풍화 이후 폴리머의 기계적 물성값 변화를 증명하기에 좋은 근거가 됩니다. 이를 위해 인장 시험의 물성값은 정해진 노화나 풍화 기간 이후, 그리고 새로 성형된 상태에서 측정합니다.

ISO 527에 따른 환경 및 시험 장비 요구사항

ISO에 따른 사용 시편의 형태 및 크기 정의

몰딩 재료 물성시험을 위한 시편 형태

몰딩 재료 물성시험의 최우선 목표는 높은 수준의 재현성을 달성하는 것입니다. 이를 위해서는 시편 유형의 개수를 제한해야 합니다.

  • 시편은 대부분 사출 성형으로 제작됩니다.
  • 사출 성형된 시편은 피드 포인트(feed point)와의 거리가 늘어날수록 배향은 감소해 시편 길이를 따라 나타나는 기계적 성질 곡선이 일정하지 않으므로 게이트와 떨어진 곳에서 시편 파단이 자주 발생합니다.
  • 시편의 권장 표점 거리는 75mm 또는 50mm입니다.
  • 또는 1B형 시편이 허용됩니다. ISO 3167에서는 B형, ISO 20753에서는 A2형으로 지정됩니다.
  • 이 시편들은 일반적으로 가압 또는 사출 성형된 판으로 가공됩니다. 폴리머의 배향은 대부분 사출 성형된 시편의 배향과는 매우 다릅니다. 다른 시편 형태를 이용하여 획득한 결과의 비교 가능성은 보장되지 않습니다.
  • 1B형 시편은 반경이 클수록 평행 영역이 짧기 때문에 표점 거리가 50mm로 지정됩니다.

노화 시험, 매체 노화 시험, 내후성 시험용 시편

  • 단면이 작으면 시편 표면에서 진행되는 모든 노화 절차에 유리합니다.
  • 이런 거동 평가에는 최대 인장 응력만 사용되는 경우가 많습니다. 신율계는 사용할 필요가 없고, 얇은 허리 모양 시편을 사용할 수 있습니다.
  • ISO 527에서는 이 목적을 위해 CP형과 CW형을 제안합니다. 이 두 가지 유형은 충격 인장 표준 ISO 8256에서 차용한 것입니다.

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.
  • 시험용 표준 대기는 ISO 291 또는 ASTM D618에 명시된 바와 같이 정의된 표준 대기(
    온대성 대기: 23 ± 2 °C, 50 ± 10% r.F.
    아열대성 대기: 27 ± 2 °C, 65 ± 10% r.F)를 참조하시기 바랍니다.
  • 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.

정확한 시편 치수 측정

  • 시편 치수를 측정하면 상대적으로 많은 수의 응력값 오류가 발생할 수 있습니다. 시편에 인장 하중이 가해지면 응력 결과에 측정 오차가 선형적으로 반영됩니다. 시편에 굴곡 하중이 가해지면 시편 두께측정 오류에 2차 효과가 생깁니다.
  • 측정 장비의 판독 정확도 외에도, 접촉 요소의 크기 및 형태와 측정 중에 가해지는 표면 압축 역시 중요한 역할을 합니다.
  • 또한 시편의 단면도는 이상적인 직사각형 모양과 다를 때가 많습니다. 이는 사출 성형된 시편의 기계적 가공이나 싱크 마크 및 작은 구배 각도로 인한 각도 오류 때문일 수 있습니다.
  • 여러 시험 기준은 ISO 16012 및/또는 ASTM D5947을 참조하여 치수 측정의 요구사항과 방법을 정의합니다. 개별 시험 기준에 추가 사양이 포함되는 경우도 있습니다.
  • 예를 들어, 캘리퍼는 일반적으로 10mm가 넘는 경질 플라스틱의 전체 길이를 측정하는 데 사용됩니다. 측정 중 표면 압축은 확인할 수 없기 때문에, 캘리퍼의 분해능이 높아도 측정 정확도는 다소 낮은 편입니다.
  • 시편의 두께와 폭은 보통 래칫이 있는 마이크로미터 스크류로 측정합니다. 접촉면은 직경 6.35mm의 평평한 원형입니다. 래칫은 측정력을 5~15N으로 제한합니다.
  • 자동화 시스템에서는 두께와 폭이 단면적 측정장치로 측정됩니다. 이 장치는 측정 중에 시편을 고정하고 4개의 디지털 측정 변환기, 정해진 측정력, 그리고 센서 피트로 치수를 측정합니다.
  • 연질 플라스틱 및 필름의 경우 측정력을 엄격하게 준수하는 것이 매우 중요합니다. 이를 위해서는 재화중량 지지대가 있는 디지털 두께 측정 기구를 사용해야 합니다.

시험기 요구사항

시험기는 두 가지 기본 값인 힘과 연신을 측정합니다. 국가 표준을 기반으로 하는 측정 기구와 비교할 때, 정기 교정의 일환으로 이 측정된 값들이 정해진 측정 범위에 걸쳐 시험 기준에 따른 정확도 수준을 달성한다는 증거가 있습니다.

힘 측정(ISO 7500-1, ASTM E4)

대부분의 시험 기준은 측정된 값에 1%의 측정 정확도를 요구합니다. 이 요구사항은 ISO 환경에서 1등급으로 분류됩니다. 오늘날 거의 대부분의 최신 시험기는 1등급 정확도나 심지어 공차가 절반 수준인 0.5등급까지 달성합니다. 따라서 시험기가 정해진 등급의 정확도를 달성하는 측정 범위가 결정적입니다. ZwickRoell의 다양한 시험기들은 측정 범위의 1/1000 정도에서 1등급을 달성합니다. 이는 동일한 시험 장비를 이용하여 설비를 재구성하지 않고도 여러 재료의 계수값과 인장 응력을 측정할 수 있다는 의미입니다.

연신 측정(ISO 9513, ASTM E83)

연신 측정 등급 사양에는 정해진 상대(단위: %) 오차와 더불어 더 적은 연신을 측정할 때 발생하는 절대 오차 사양도 포함됩니다.
이때 ISO와 ASTM은 상당히 다릅니다.

  • ISO 공차는 연신을 참조하는 반면, ASTM는 변형률을 직접 참조합니다.
  • 또한 변형률 최소화 요구사항은 해당 ASTM 등급보다 ISO에서 정의의 범위가 더 좁습니다.
  • 이 때문에 사용되는 표점 거리에 따라, 특히 적은 연신을 측정할 때는 정의에 의해 결과적으로 상당한 차이가 생기는 경우도 있습니다.

인장 계수 측정을 위한 특별 고려사항

  • 위 표에서 보듯이 ISO 1등급의 인장 계수 변형 범위의 정확도 요구사항은 ±3µm입니다. 이는 계수 범위를 처음 측정했을 때와 마지막으로 측정했을 때 최대 6 µm의 편차가 존재할 수 있다는 의미입니다. 이로 인해 그러한 편차에 상응하여 큰 측정 오차가 발생하게 됩니다.
  • 이 문제를 해결하기 위해 ISO 527-1에 인장 계수 측정을 위한 또 하나의 요구사항이 추가되었습니다. 이 추가 요구사항에서는 계수 측정의 시작과 끝 사이의 측정 경로는 1%의 정확도로 측정되어야 한다고 규정하고 있습니다.

온도 챔버 -80°C ~ +250°C에서 ISO 527-1에 따른 인장 시험

온도 챔버 -80°C ~ +250°C에서의 플라스틱 시험

makroXtens 신율계를 이용한 플라스틱, 고무, 고무류, 섬유강화 복합재에 대한 온도 챔버(특히 ISO 527-1)에서의 재료 및 부품 물성시험

testXpert III – ISO 527-1에 따른 플라스틱 인장 시험

testXpert III 시험 소프트웨어는 모든 시험 요구사항에 이상적인 솔루션입니다. 본 소프트웨어는 재료 물성시험 업계의 소프트웨어 사용자들과의 긴밀한 협조를 통해 얻은 결과물로, 일상적인 업무를 지원하기 위한 기능을 여러 개 갖추고 있습니다. 이 두 표준은 기술 면에서는 같지만 결과까지 완전히 똑같지는 않습니다. 시편 형태, 시험속도, 결과 해석 방법이 어느 측면에서는 다르기 때문입니다. ISO 527에 따른 시험 수행을 위한 모든 설정이 이미 사전 설정되어 있습니다. 그 외에도 testXpert는 다수의 세부적인 기능을 제공합니다.

다른 시험법과 비교한 인장 시험

다른 시험법과 비교한 인장 시험

굴곡 시험(ISO 178, ASTM D790)
인장 하중에서의 크리프 시험(ISO 899-1)
충격 인장 시험(ISO 8256, ASTM D1822)
고속 인장 시험(ISO 18872)
굴곡 시험(ISO 178, ASTM D790)

굴곡 시험(ISO 178, ASTM D790)

  • 굴곡 시험은 인장 시험과 비슷한 하중 속도에서 수행되기 때문에 재료 물성이 비슷합니다.
  • 굴곡 시험의 주요 이점은 변형률이 낮은 시편을 비교적 쉽게 측정할 수 있다는 점입니다. 이러한 이유로 굴곡 시험은 오랫동안 계수 측정에 선호되는 시험이었습니다.
  • 하지만 현재는 정확도가 높고 사용이 간편한 신율계를 이용할 수 있기 때문에 이러한 장점의 중요성은 줄어들었습니다.
  • 굴곡 시험은 그 특성상 시편 표면의 재료 조건을 특정 짓는 데 더 정확합니다. 재료의 배향성이 강력한 경우 그 결과는 인장 시험과 비교했을 때 측정값에 차이가 생깁니다.
  • 표준에 적용되는 계산법에서는 시편 편향이 커질 수록 측정 오차는 증가합니다. 이런 이유로 굴곡 시험은 인장 시험과 달리 시편 변형률이 낮을 때만 사용할 수 있습니다.
굴곡 시험 ISO 178에 관한 상세정보
인장 하중에서의 크리프 시험(ISO 899-1)

인장 하중에서의 크리프 시험(ISO 899-1)

크리프 시험은 일정한 인장 하중에서 수행됩니다. 하중 속도는 거의 0입니다. 변형률 변화는 크리프 곡선으로 표시됩니다.

크리프 시험 ISO 899 -1에 관한 상세정보
충격 인장 시험(ISO 8256, ASTM D1822)

충격 인장 시험(ISO 8256, ASTM D1822)

  • 이 시험은 펜듈럼 충격 시험기를 이용하여 빠른 하중 속도에서 인장 성질을 측정하는 간단한 방법입니다.
  • 기존의 펜듈럼 충격 시험기로는 에너지 값만 측정할 수 있으므로 분리 속도는 일반적으로 3.8m/s 정도로 제한합니다. 계장화 펜듈럼 충격 시험기는 최대 인장력 같은 추가적인 물성값을 측정할 수 있습니다.
충격 시험에 관한 상세정보
고속 인장 시험(ISO 18872)

고속 인장 시험(ISO 18872)

고속 인장 시험은 낙하 충격 시험기나 유압 고속 인장 시험기를 이용하여 수행할 수 있습니다. 분리 속도는 최대 20 m/s입니다. 또한 시편의 직접적인 연신 측정도 가능한데, 이렇게 하면 많은 정보를 확인할 수 있는 응력-변형률 다이어그램을 생성할 수 있습니다. 고속 인장 시험은 충돌 시뮬레이션에 유용한 파라미터도 제공합니다.

고속 인장 시험에 관한 상세정보

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플라스틱의 인장 성질
ASTM D638
다운로드 위치 플라스틱의 인장 성질
고속 변형률 속도에서의 인장 시험
ISO/CD 22183, ISO 18872, SAE J 2749
다운로드 위치 고속 변형률 속도에서의 인장 시험
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