ASTM D638：プラスチックの引張特性
ASTM D638規格は、強化プラスチックおよび無強化プラスチックの引張特性を測定するための試験方法を記述しています。この規格は、引張応力、ひずみ、引張弾性率、引張強度、降伏点引張強度、および破断点引張強度を含む、重要な機械的特性を決定するのに役立ちます。
ASTM D638には、試験片の形状やサイズ、環境条件を含む試験手順、および対応する試験機や伸び計の精度要件に関する情報が含まれています。以下の情報は包括的な概要を提供します。ただ、ASTM D638規格に準拠して引張試験を実施するためには、規格全文を参照することが不可欠です。
ASTM D638とそのISO対応規格であるISO 527-1およびISO 527-2は技術的には同等ですが、試験片の形状、試験手順、および結果の決定方法がいくつかの点で異なるため、完全に比較可能な結果を得ることはできません。
ISO vs. ASTM 引張試験向けASTM規格の比較目的と特性値試験片 & 寸法試験の実行試験装置環境条件自動化FAQダウンロード
ASTM D638とISO 527-1/2の違いは？
ASTM D638 とISO 527-1/2は、プラスチックの引張特性を試験するために一般的に使用される 2 つの規格です。ASTM D638は引張特性の実践的な測定を記載しているのに対して、ISO 527規格の指針となる原則は、研究所、企業、および国境を越えた試験結果の高いレベル再現性です。
以下に、ASTM D638とISO 527を比較する際の重要な違いをいくつか挙げます：
- ISOとASTMは、異なる試験片のサイズを規定し、使用を許可しています：
ASTM D638 Type I - 推奨される試験片はダンベルタイプで、厚さ3.2 mm（1/8インチ）、ゲージ長50 mm（2インチ）で、剛性プラスチックに推奨される試験片です。一般的なコンポーネント材料の厚さと比較的類似しており、ひずみ測定の精度も良好です。
ISO 527-2 - 推奨ダンベル試験片はType 1A（射出成形）で、全長170 mm、厚さ4 mm、標点間長75 mmまたは50 mmです。ASTM規格は5種類の試験片を記述していますが、ISOは比較精度を高めるために試験片を2種類に限定しています。 - 規格で指定されている試験速度とひずみ速度も異なる場合があります。
- 多くの場合、ASTM D638はISO 527に比べてひずみ測定の精度に対する要求が低いです。
- 試験に指定される環境条件（温度や湿度など）も異なる場合があります。
- データ分析および結果の決定に関する要求も、両規格間で異なることがあります。
ASTM D638はどのような試験適した規格か？
ポリマーの試験では、材料や形状に応じてさまざまな標準化された引張試験方法があります。
- ASTM D638：強化されていないプラスチックおよび短繊維強化プラスチックの引張試験。この規格は、試験片の厚さが1.0 mmから14 mm（0.55インチ）までに適用できます。
- ASTM D882：厚さ1.0 mm（0.04インチ）未満のプラスチックフィルムおよびシート材料の引張試験。このためには、特別な試験片とフィルム試験の特定の要件に対応する試験方法があります。厚さが14 mm（0.55インチ）を超える材料は、機械加工により減少させる必要があります。
- ASTM D412：加硫ゴムおよび熱可塑性エラストマーの引張試験
- ASTM D1708：微小引張試験片の引張試験
- ASTM D5323：引張試験におけるポリエチレンジオメンブレンの2%セカント弾性率の測定
- ASTM D2290：プラスチックパイプの見かけのフープ方向引張強度
- ASTM D3039：GRCやCRCなどのポリマーマトリックス複合材料の引張特性の標準試験方法これらの材料は、ラミネートまたはファブリックの方向と構造によって、非常に異なった特性値となります。従って、特別な試験片と試験法が利用されます
- ASTM D3916：プル型ガラス繊維強化プラスチックロッドの引張特性の測定
- ASTM D7205：繊維強化ポリマーマトリックス複合材料バーの引張特性の試験方法
- ASTM D751：被覆織物の引張試験
- ASTM D1623：硬質セルラープラスチックの引張および引張付着特性の試験方法
- ASTM D3574 試験E：フォーム材の引張試験
- ASTM D897：接着剤の引張特性
ASTM D638に準拠した引張試験の目的と特性値
ASTM D638に基づく引張試験では、成形材料や部品の特定領域から加工された試験片の基本的な機械的特性を記述するさまざまな典型的な特性値が測定されます。
- 引張応力：試験片の初期の断面積に関連した力
- ひずみ：原標点距離を基準にした標点距離の変化
- 引張弾性率：応力-ひずみ図の曲線の勾配
- 降伏点：勾配がゼロの曲線プロットポイントでの応力とひずみ
- 破断点：試験片破断時の応力とひずみ
- ポアソン比：軸ひずみに対する横ひずみの負の比
エージング
ASTM D638に基づく引張試験は、ポリマーの老化、加熱または媒体保存、風化後の機械的特性値の変化を示すための良い基礎を提供します。ここでは、新しく成形された状態と、特定の老化や風化期間後の引張試験の特性値が測定されます。
ASTM D638試験片の寸法/試験片の種類
ASTM D638に基づく試験に使用される試験片は、タイプ別に分類されます。
- ASTM D638 Type I - 推奨される試験片はダンベルタイプIで、厚さ3.2 mm（1/8インチ）、ゲージ長50 mm（2インチ）で、一般的なコンポーネント材料の厚さと比較的類似しており、同時に 良好なレベルのひずみ測定精度に最適です。
- ASTM D638 Type II - タイプIの試験片を使用することにより、試験片の平行部に破断が発生しない場合、ASTM D638は、平行部幅が大幅に狭くされたタイプIIの試験片の使用を推奨しています。
- ASTM D638 Type III - 材料の厚さが7 mmを超える試験片が機械加工によって得られる場合は、試験片タイプ III が使用されます。 ここでは、狭い平行セクションの幅、ショルダー幅、および全長が増加するため、試験片の厚さは幅よりも小さくなります。 板厚14mm以上は機械加工にて板厚調整を行います。
- ASTM D638 Type IV - 試験片タイプIVは、非常に柔らかいポリマー（ゴムなど）の試験に理想的であり、柔らかいポリマーとより硬いポリマーを比較する時に使用されます。
- ASTM D638 Type V - 使用できる材料の量が少ない場合、またはコンポーネントから切出しても大きな試験片が使用できない場合は、タイプVの試験片が使用され、これは、タイプIに比べてすべての寸法が小さくなっています。
| 規格 | 試験片タイプ | 注釈: | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Type I | 硬質プラスチック用 推奨試験片 | ≥ 165 | 57±0.5 | 19+6.4 | 13±0.5 | 3.2±0.4 | 50±0.25 | 115±5 |
| ASTM D638 | タイプ II | Type I が狭い断面で 破損しない場合に推奨 | ≥ 183 | 57±0.5 | 19+6.4 | 6±0.5 | 3.2±0.4 | 50±0.25 | 135±5 |
| ASTM D638 | タイプ III | 試験片の厚さが7mmを超える場合(硬質および軟質プラスチック) | ≥ 246 | 57±0.5 | 29+6.4 | 19±0.5 | 7 ... 14 | 50±0.25 | 115±5 |
| ASTM D638 | タイプ IV | 硬質プラスチックと 軟質プラスチックの比較用 | ≥ 115 | 33±0.5 | 19+6.4 | 6±0.05 | 3.2±0.4 | 25±0.13 | 65±5 |
| ASTM D638 | Type V | コンポーネントからの小さな試験片 | ≥ 63.5 | 9.53 | 9.53+3.1 | 3.18±0.5 | 3.2±0.4 | 7.62 | 25.4±5 |
ASTM D638に基づく試験手順：testXpertで直ちに試験を開始
ASTM D638に基づく試験をtestXpert試験ソフトウェアで実施：
引張試験は、プラスチックおよびポリマーの機械的試験に関して最も頻繁に実施される試験の1つです。ASTM D638規格に準拠した手続きは、詳細にASTM D638規格に記載されています。段階的な指示により、規格の全ページを読む必要がなくなり、試験を100％準拠して簡単に実施する方法が示されます。
ASTM D638に準拠した簡単かつ効率的な試験は、新しい従業員の迅速なオンボーディングも保証します。
- ASTM D638規格で定義されたすべての特性値とパラメータは、すでにASTM D638規格試験プログラムに保存されています。規格準拠が保証され、規格を詳しく学ぶ手間が省けます。
- ユーザーは段階的に試験をガイドされ、画面には特定の責任範囲に関連するタスクのみが表示されます。これはユーザーマネジメント機能によって実現されています。これにより、新しい従業員の迅速なオンボーディングが確保されます。すべてのユーザーがASTM D638に従って確実に試験を実施し、どの手順も忘れません。
- 周辺機器の接続により最大限の試験効率が実現されます：マイクロメーターからの試験片寸法が直接試験ソフトウェアに送信されることで、時間を節約し、入力エラーを回避できます。
ASTM F1624向け試験機
ASTM D638に基づく引張試験の実施には、zwickiLine、ProLine、AllroundLineシリーズを含む当社の万能試験機シリーズを使用できます。典型的な試験機は公称負荷が10 kNです。これにより、引張強度が約250 MPa未満のタイプI試験片を測定することができ、通常は無補強プラスチックに十分です。より低い力には、対応するロードセルを選択することで適応します。より大きな力には、高い公称負荷を持つロードフレームを提供しています。
ASTM D638規格は測定値の±1%の測定精度を要求しています。この要件は、ロードセルの全測定範囲にわたるASTM E4に基づく校正によって検証されます。したがって、力測定システムの品質は、精度を達成できる測定範囲のバンドによって定義されます。ツビックローエルの試験機は、測定範囲の 1/1000 から ASTM E4で要求される測定精度を達成しています。つまり、同じ試験構成で、アレンジを再構成する必要なく、多くの材料の弾性率値と引張応力を測定できます。
ASTM D638に従って試験前に試験片を測定する
ASTM D638は試験片の形状だけでなく、試験片の寸法を測定する際の精度も記載しています。
- プラスチック試験片の幅は、キャリパー、マイクロメーター、または断面測定装置を使用して測定できます。
- プラスチック試験片の厚さは、マイクロメーターまたは断面測定装置で測定します。
- 測定力は5〜15Nで、測定面は円形および平坦で、通常は直径6.35mm（6.5mm）です。他の接触要素も使用可能です。
- 測定は試験片の中心およびゲージ長内で行われます。射出成形試験片の場合、ゲージ長の中心から5mm以内で測定されます。
- 厚さ測定の誤差が0.1mmの場合、2.5%の誤差が生じます。
ASTM D638に準拠した試験のグリップ
ASTM D638に従って試験を行う際には、試験片が引張試験機に滑らずにしっかりと保持され、過剰なクランプ力で損傷しないようにする必要があります。
試験片グリップには異なる操作原理が適用されます：
空圧グリップ
- ボタンを押すだけで閉じる
- クロスヘッドの速度を試験片に非常に直接的かつ滑りなく伝達し、試験中のひずみ速度を非常に一定かつ再現可能にする
- グリップ力を正確に調整可能
- 軟質ポリマーおよび硬質ポリマーに広範囲に適用可能
- 高い試験結果の再現性が求められる場合、非常に異なる材料を試験する場合、または多数の試験を毎日行う必要がある場合に推奨されます。
- 自動試験片フィード接続に必要
ネジ式グリップ
- ねじ込み動作による手動クロージング
- クロスヘッドの速度を試験片に非常に直接的かつ滑りなく伝達し、試験中のひずみ速度を非常に一定かつ再現可能にする
- 半剛性から剛性プラスチックまで広範囲に適用可能
- 試験結果の再現性に高い要求がある試験に適している
くさびグリップ
- レバー動作による手動クロージング
- 非常に頻繁な試験に理想的
- 引張試験中、クロスヘッドの動きによるくさび効果でグリップ力が適用され、試験片のひずみ速度を低減し、それが試験結果に影響を与える可能性がある
- 他のラボからの測定値との再現性に低い要求のあるQA業務に適している
クサビネジグリップ
- ねじとくさびの原理を組み合わせたものです。チャック歯は手動でねじ動作により適用され、試験中にくさび作用でグリップ力を発揮します。
- 異なる試験片をくさびのチャック歯を変更せずに30mm以上の厚さまで試験する場合に使用されます。
ASTM D638に従った試験用伸び計
ASTM D638に基づいて測定される値には、クロスヘッドの移動距離、またはクランプ間距離の変化、および直接測定された試験片の伸びが含まれます。クロスヘッドの移動量の測定について、ASTM D638では、それぞれの測定値に対して ± 10% の精度が要求されます。クロスヘッド移動距離は、特に破断時の公称ひずみの測定に使用されるため、測定される距離は比較的大きくなります。
引張弾性率は伸び計による直接測定で決定されます。 ひずみ測定の許容誤差は 0.0002 [mm/mm] に指定されています。 これは、0.02% のひずみ誤差、すなわち - ゲージ長 50 mmでの - 許容変位誤差 0.01 mm に相当します。
降伏点と約20%までの小さな伸びの測定には、ASTM D638は校正基準ASTM E83に準拠したC級の精度を要求します。最大10% の伸びの場合、0.1% の伸びに対応する 0.001 [mm/mm] のひずみ決定で設定された最大許容誤差値を意味します。より高い伸びの測定では、それぞれの測定値の相対誤差が± 1%を超えてはなりません。
20％を超える伸びの測定では、ASTM D638は±20％の相対測定誤差を許容しており、これは比較的シンプルな伸び計でも達成できます。
ツビックローエルのASTM D638向け伸び計
ツビックローエルでは、お客様の要件に応じてさまざまな伸び計を提供しており、そのほとんどが ASTM E83 の精度 B-2 を満たしています：
- 非接触ビデオ伸び計は高分解能と高精度の光学式非接触測定を実現します。ビデオ伸び計は、弾性率測定から試験片のひずみまで >100% に達する広い測定範囲を備えています。試験片への取り付けは自動で行われます。横ひずみ測定を統合し、温度制御装置を使用するオプションがあります。
- マクロ伸び計は非常に高い分解能と精度を備えた機械的測定が可能です。マクロ伸び計は、弾性率測定から試験片のひずみまで >100% に達する広い測定範囲を備えています。試験片への取り付けは自動で行われます。センサーアームを取り外すことなく、試験片が破断するまでの測定が可能です。横ひずみ測定を統合し、恒温槽を使用するオプションもあります。
- マルチ伸び計は、引張弾性率の測定と試験片が破断するまでの高いひずみの測定を組み合わせています。また、最大 740 mm という非常に大きな移動範囲も備えています。 例えば、試験片の伸びが非常に大きい脆いプラスチックやエラストマーなど、かなり異なる材料を試験する場合に使用できます。
- 手動で取り付けるクリップオン伸び計は、非常に高い分解能と精度を備えた機械的測定が可能です。伸び計は、試験前にオペレータによって試験片に取り付けられ、最大測定変位に達した後、または試験片が破損する前に再び手動で取り外されます。バージョンに応じて、 2mmから25mm程度までの測定範囲にアクセスできます。
- 機械式ロングストローク伸び計は、中〜大規模な試験片のひずみを測定するためのもので、降伏点伸びおよび破断伸びに適しています。試験片は自動的に取り付けられ、センサーアームを取り外すことなく試験片が破断するまで測定が可能です。
- 光学式ロングストローク伸び計は、反射ゲージマークを追跡して中〜大規模な試験片のひずみを測定するためのもので、降伏点伸びおよび破断伸びに適しています。取り付けおよびマーカー間距離の測定は自動で行われ、試験片が破断するまで測定が行われます。
ASTM D638に規定されているコンディショニングと常温状態
- 温度と湿度に関して定義された条件と環境条件を観察することは、試験結果の比較可能性にとって非常に重要です。
- コンディショニング時間は、通常、試験をするプラスチックの材料規格に記載されています。 さらに、成形材料の試験で使用される試験片は、試験前に少なくとも16時間、標準雰囲気（標準化された温度および湿度条件）に保管する必要があります。
- 試験が標準大気中で実行される場合、これはASTM D618 で指定されている定義された通常の気候を指します。
温度雰囲気：23 ± 2 °C, 50 ± 10 %rh
亜熱帯気候： 27 ± 2 °C, 65 ± 10 %rh - 精度2級に対応した公差。公差は1の半分になります。
- 室温とは通常、18℃から28℃の間のやや広い温度範囲を指します。
- 高温または低温で試験を実行することもできますが、異なる要件が指定される場合があります。
同じ時間枠でより多くの試験: プラスチックラボでの試験片スループットの向上
ASTM D638 に準拠した引張試験の場合、1日あたり10個の試験片から自動化ソリューションを導入すると、その価値が証明される可能性があります。当社のroboTest N試験アシスタントは、簡単なピックアンドプレースタスクを実行し、試験ラボでコスト効率の高いサポートを提供します。
試験要件が高いラボには、ロボット試験システムroboTest Lをお勧めします。大量のプラスチック試験用の主力製品は、450個の試験片を収容できます。
ASTM D638 に準拠した試験片の断面測定と引張試験を自律的に実行します。試験終了後、別のグリッパーによって試験片グリップから破断後の試験片を除去します。
しかし、他の試験片形状や試験方法にも当社の自動試験システムは対応可能です。自動試験システムのroboTest Rはより複雑で、2台目や3台目の試験機、さらにセンタリングステーションや-80℃から+360℃の恒温槽などの追加装置を接続することができます。これにより試験片の処理能力が向上するだけでなく、異なる試験を並行して実施することができ、迅速かつ信頼性の高い試験結果を提供します。
ASTM D638に関するよくある質問
プラスチックの引張試験の最も一般的なASTM規格はASTM D638です。この規格は、制御、仕様、定性的特性評価、および研究開発の目的で、プラスチック材料の引張特性を決定するために使用されます。この規格では、試験装置、試験片の形状と寸法、および従うべき試験手順について規定されています。ASTM D638により測定される材料特性には、引張強度、伸び、ひずみ値、弾性率、および室温でのポアソン比の決定が含まれています。
詳細については、規格をご参照ください：ASTM D638
プラスチックの引張強度は、基本的にプラスチックの試験片を破断または降伏させるのに必要な応力を測定することによって決定されます。したがって、規格では降伏点と破断抵抗を区別しています。プラスチック材料の特性値は、一般的に研究開発や品質管理の目的で使用されています。プラスチックの引張強度は、引張試験機を使用して決定されます。試験片を破断するまで引張り、その間に重要な値が測定および計算されています。一般的には、これらの試験は規格ASTM D638に従って実施されます。ASTM D638 は、試験対象の試験片の形状と寸法、装置の仕様、試験手順についてその詳細を記載しています。
ASTM D638規格はプラスチックの引張試験について記載しています。引張弾性率、降伏応力、降伏ひずみ、引張強度、破断点ひずみなどの引張特性を測定するために適用されます。これらの特性は、プラスチックとプラスチック化合物の決定と比較、および品質保証の目的にとって重要です。
脆性プラスチックおよび降伏点を示さないプラスチックの場合、破断点ひずみは、機械式または非接触式の伸び計で直接測定されます。降伏点を示すサーモプラスチックの場合、公称破断点ひずみは試験機の引張りグリップの移動量から測定されます。
引張強度は、試験中に試験片が到達する最も大きな応力の事です。この引張強度は降伏点で発生する可能性があり、その場合、降伏点での引張強度と呼ばれます。引張強度が試験片の破断の直前に発生する場合、それは引張破断強度と呼ばれます。
ASTM D882の規格が、厚さ 1 mmまでのプラスチックフィルムおよびシート材料の引張試験に使用されます。 このために、特別な試験片と、フィルムの試験に関する特定の要件に対処する試験方法があります。
GRC や CRC などの長繊維強化プラスチックは、ASTM D3039 に準拠した引張試験で測定されます。これらの材料は、ラミネートまたはファブリックの方向と構造によって、非常に異なった特性値となります。従って、特別な試験片と試験法が利用されます。
ASTM E132 規格がは、室温下でのポアソン比を測定するための試験方法を指定しています。ただし、強化されていないプラスチックの場合、ポアソン比の値はほぼ一定であるため、通常は計算目的で固定値を使用します。
ASTM D618 のメソッド Aが温度調整された試験片の規格となります。ただし、ASTM D638規格では、この規格に沿って低温または高温で試験を実施できるように、コンディショニングおよび測定要件の偏差が許容されています。
ASTM D638規格は、非強化および強化プラスチックの引張強度を含む引張特性値の測定をカバーしています。引張強度に関する、その他一般的な規格では、金属の ASTM E8/ASTM E8M、ゴムとエラストマーの ASTM D412、繊維強化複合材料の ASTM D3039などがあります