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非強化プラスチックの引張特性を測定する試験方法を規定しています。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、破断点引張強度といった重要な機械的特性を測定するのに役立ちます。
ASTM D638には、試験片の形状とサイズ、環境条件を含む試験手順、ならびに対応する試験機および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示しています。ただし、引張試験がASTM D638規格に準拠して実施されていることを確認するには、規格全体を参照することが不可欠です。
ASTM D638 とその ISO 対応規格 ISO 527-1 / ISO 527-2は技術的には同等ですが、試験片の形状、試験手順、結果の判定がいくつかの点で異なるため、完全に比較可能な結果は得られません。厚さ 1 mm 未満のフィルムおよびシートに対するプラスチック引張試験は、ASTM D882 または ISO 527-3 規格に記載されています。
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テスト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。
ASTM D638とISO 527を比較する際に注意すべき重要な違いを以下に示します。
- ISOとASTMは、異なる試験片サイズを規定し、使用を許可しています。
ASTM D638タイプIは、全長165mm、厚さ3.2mm（1/8インチ）、標点距離50mm（2インチ）のダンベル形状の硬質プラスチック用試験片として推奨されています。これは、一般的な構成材料の厚さと比較的近いため、良好なひずみ測定精度を実現します。
ISO 527-2に準拠する推奨ダンベル試験片は、全長170mm、厚さ4mm、標点距離75mmまたは50mmのタイプ1A（射出成形）です。ASTM規格では5種類の試験片タイプが規定されていますが、ISOでは高い比較精度を実現するために、試験片を2種類に限定しています。 - 規格で規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よりもひずみ測定の精度に関する要件が低くなっています。
- 試験に指定される環境条件（温度や湿度など）は異なる場合があります。
- データ分析と結果判定に関する要件は、2つの規格間で異なる場合があります。
ASTM D638に適した試験は？
ポリマー試験では、材料と形状に応じて、引張試験のための様々な標準化された試験方法があります。
- ASTM D638：非強化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。ASTM D638規格は、厚さ1.0mmから14mm（0.55インチ）までの試験片に使用できます。
- ASTM D882：厚さ1.0mm（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の引張試験。この規格には、フィルム試験の特定の要件に対応した特別な試験片と試験方法があります。厚さ14mm（0.55インチ）を超える材料は、機械加工によって薄くする必要があります。
- 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: マイクロ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%割線弾性率の測定
- 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。そのため、特殊な試験片と試験方法が必要となる場合が多い
- ASTM D3916: 引抜成形ガラス繊維強化プラスチック棒の引張特性の測定
- ASTM D7205: 繊維強化ポリマーマトリックス複合材棒の引張特性の試験方法
- ASTM D751: コーティング布の引張試験
- ASTM D1623: 硬質発泡プラスチックの引張特性および引張接着特性の試験方法
- ASTM D3574 Test E: フォームの引張試験
- ASTM D897：接着接合部の引張特性
ASTM D638に準拠した引張試験の目的と特性値
ASTM D638に準拠した引張試験では、成形材料または部品の特定の領域から機械加工された試験片の重要な機械的特性を表す様々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
に準拠した引張試験は、老化、加熱または媒体保管、あるいは風化に伴うポリマーの機械的特性値の変化を示すための優れた基準となります。ここでは、引張試験の特性値が、成形直後の状態だけでなく、規定の経年劣化または耐候性試験期間後にも測定されます。
ASTM D638 試験片寸法 / 試験片の種類
ASTM D638 に準拠した試験に使用される試験片は、種類によって分類されます。
- 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 | 試験片の種類 | 注記 | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | Type I | 硬質プラスチックの 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 | タイプIが狭い断面で 破損しない場合に適しています | ≥ 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 | ≥ 115 | 33±0.5 | 19/+6.4 | 6±0.05 | 3.2±0.4 | 25±0.13 | 65±5 |
| ASTM D638 | Type V | 部品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規格準拠試験手順：testXpertですぐに試験を開始
testXpert試験ソフトウェアを使用してASTM D638規格準拠試験を実施：
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。ステップバイステップの手順により、標準ページをすべて読む必要がなくなり、100% 準拠でテストを実行するのがいかに簡単かがわかります。
ASTM D638に準拠したシンプルで効率的な試験は、新入社員の迅速なオンボーディングも保証します。
- ASTM D638規格で定義されているすべての特性値とパラメータは、ASTM D638規格試験プログラムに既に保存されています。規格への準拠が保証され、規格の理解に時間を割く必要がなくなります。
- ユーザーは、ステップバイステップのガイドに従って試験を進めることができます。画面に表示されるタスクは、各自の担当業務に関係するタスクのみで、これはユーザー管理機能によって実現されます。 これにより、新入社員の迅速なオンボーディングが保証されます。すべてのユーザーはASTM D638規格に準拠した試験を確実に実行できるため、ステップを忘れることはありません。
- 周辺機器を接続することで、試験効率を最大限に高めることができます。マイクロメーターから試験片の寸法を試験ソフトウェアに直接送信することで、時間を節約し、入力エラーを回避できます。
ASTM D638 対応試験機
ASTM D638 に準拠した引張試験には、zwickiLine、ProLine、AllroundLine シリーズを含む当社の万能試験機シリーズをご利用いただけます。標準的な試験機の公称荷重は 10 kN です。これにより、タイプ I 試験片で 250 MPa 弱の引張強度を測定でき、これは通常、非強化プラスチックには十分な強度です。より低い荷重が必要な場合は、対応するロードセルを選択してください。より大きな荷重が必要な場合は、高い公称荷重のロードフレームをご用意しています。
ASTM D638規格では、測定値の測定精度は±1%と要求されています。この要件は、ロードセルの全測定範囲にわたってASTM E4準拠の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試験用試験片グリップ
ASTM D638準拠の試験では、試験片は引張試験機内で滑ることなくしっかりと保持され、過度の締め付け力による損傷も防止する必要があります。
試験片グリップには、それぞれ異なる動作原理が適用されます：
- ボタン操作で閉じます。
- クロスヘッド速度を試験片に直接かつ滑ることなく伝達し、試験中のひずみ速度を一定かつ再現性の高いものにします。
- グリップ力を正確に調整できます。
- 軟質ポリマーから硬質ポリマーまで、幅広い用途に対応します。
- 高い試験結果の再現性が求められる場合、非常に多様な材料を試験する場合、または毎日多数の試験を実施する必要がある場合に推奨されます。
- 自動試験片供給システムとの併用に必要
- ねじ込み動作による手動閉鎖
- クロスヘッド速度を試験片に非常にダイレクトかつスリップフリーに伝達するため、試験中のひずみ速度が非常に一定で再現性があります
- 半硬質プラスチックから硬質プラスチックまで幅広い材料に対応
- 試験結果の再現性に対する要求が高い試験に適しています
- レバー動作による手動閉鎖
- 高頻度試験に最適です
- 引張試験中、クロスヘッド動作によるくさび効果によりグリップ力が適用され、試験片のひずみ速度が低下します。これが試験結果に影響を与える可能性があります
- 他の試験室の測定値との再現性に対する要求が低い社内品質保証業務に適しています
- スクリューとくさびの原理を組み合わせたもので、チャック歯はスクリュー動作によって手動で適用され、試験中はくさび動作によってグリップ力が適用されます
- くさびチャック歯を交換することなく、最大30mm厚を超えるさまざまな試験片を試験する必要がある場合に使用します
ASTM D638試験用伸び計
ASTM D638 に従って測定される値には、クロスヘッドの移動、つまりクランプ距離の変化と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。クロスヘッド移動は、特に公称破断ひずみの測定に使用されるため、測定距離は比較的長くなります。
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。
降伏点および約20%までの微小伸びの測定については、ASTM D638では校正規格ASTM E83に準拠したCに準拠することが求められています。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。
ASTM D638準拠のツビックローエル伸び計
お客様のご要望に応じて、ツビックローエルは様々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 高分解能・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ひずみ測定まで、100%を超える広い測定範囲を誇ります。試験片への取り付けは自動です。横ひずみ測定機能の組み込みや温度制御装置の使用も可能です。
- makroXtens 非常に高い分解能と精度を備えたメカニカルプロービング測定用。makroXtensは、弾性率測定から試験片のひずみ測定まで、100%を超え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す。センサーアームを取り外すことなく、試験片の破断まで測定を行うことができます。横ひずみ測定を統合し、温度チャンバーを使用するオプションもあります。
- multiXtensは、引張弾性率の測定と試験片破断までの高ひずみ測定を組み合わせます。また、最大740 mmという非常に広い移動範囲を備えています。脆性プラスチックやエラストマーなど、非常に大きな試験片伸びを有する材料の試験に使用できます。
- クリップオン式伸び計を手動で取り付け、非常に高い分解能と精度で機械的にプローブ測定を行います。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、または試験片が破断する前に手動で取り外されます。バージョンに応じて、約2 mmから約25 mm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、中～大口径試験片のひずみ測定用。降伏点伸びおよび破断点伸びの測定に適しています。試験片は自動的に取り付けられ、センサアームを取り外すことなく試験片破断までの測定が可能です。
- 光学式ロングストローク伸び計 反射ゲージマークを追尾することで中～大型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点伸びの測定に適しています。取り付けは自動的に行われ、マーカー距離の測定も同様に行われ、試験片が破損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。
- テスト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済みの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 - 許容差は2に相当します。許容差は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。
- 試験は高温または低温でも実施できますが、異なる要件が指定される場合があります。
ASTM D638 低温または高温での引張試験
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、調整および測定要件の逸脱が許容されているため、この規格に従って低温または高温でもテストを実行できます。
低温または高温でのASTM D638準拠のプラスチック引張試験用に、ツビックローエルは恒温槽も提供しています。温度範囲は-80℃から+360℃まで調整可能です。完全に統合されたシステムにより、引張試験の実施中に効率的で信頼性が高く、簡単な操作を保証します。ドアインドアソリューションにより、低温試験中の窒素消費量と氷の形成が大幅に削減され、よりコスト効率の高い試験が可能になります。
同一時間内により多くの試験を実施：プラスチック試験室における試験片処理能力の向上
ASTM D638準拠の引張試験では、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ことで、試験室における試験効率の向上が期待できます。当社のroboTest N試験アシスタントは、シンプルなピックアンドプレース作業をサポートし、試験室においてコスト効率の高いサポートを提供します。
高度な試験要件を持つ試験室には、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に最適なこのシステムは、450個の試験片を収容できます。ASTM D638準拠の試験片断面積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。
当社の自動試験システムなら、他の試験片形状や試験方法にも対応可能です。自動試験システムroboTest Rはより複雑で、2台目または3台目の試験機を接続できるだけでなく、センタリングステーションや-80℃～+360℃の温度範囲に対応する恒温槽などの追加機器も接続できます。これにより、試験片のスループットが向上するだけでなく、複数の試験を並行して実行できるため、迅速かつ信頼性の高い試験結果を得ることができます。
ASTM D638に関するよくある質問
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。引張強度の試験に使用される他の一般的な規格としては、金属の場合はASTM E8/ASTM E8M、ゴムおよびエラストマーの場合はASTM D412、繊維強化複合材料の場合はASTM D3039があります。