ASTM D790 플라스틱 3점 굴곡 시험
ASTM D790 규격은 고 모듈러스급 복합재료와 전기 절연재 등 비강화 및 강화 플라스틱의 굴곡 성질을 측정하는 데 사용하는 시험법에 대해 설명합니다. ASTM D790에 따른 일반적인 시험 결과에는 굴곡 계수, 항복점에서의 응력과 변위, 굴곡 강도, 파단 굴곡 변위 등이 포함됩니다. 이 시험은 경질 및 반경질 플라스틱에 사용하지만 변위 한도는 최대 5%입니다.
플라스틱 및 섬유 강화 복합재료 굴곡 시험을 위한 추가 규격:
- ASTM D6272 - ‘4점 굽힘에 의한 비강화 및 강화 플라스틱과 전기 절연재의 굴곡 성질 측정을 위한 규격 시험법’은 전단 응력이 발생하지 않는 구역의 상부 시험편 지지대 사이 최대 굽힘 강도가 발생하는 4점 시험법을 설명하고 있습니다.
- ISO 178 - ‘플라스틱 - 굴곡 성질 측정’에는 3점 굽힘 시험에 대한 설명도 있지만 기술적인 내용은 다릅니다.
- ISO 14125 - ‘섬유 강화 플라스틱 복합재료 - 굴곡 성질 측정’에는 복합재료에 대한 3점 및 4점 시험법이 규정되어 있습니다.
목적 및 물성값 시험 수행 시편 형태 및 치수 힘 측정 및 휨 시험 속도 시험 소프트웨어 자동화 FAQ 다운로드 상담 요청
ASTM D790: 목적 및 물성값
ASTM D790에 따른 3점 굴곡 시험은 경질 및 반경질 플라스틱의 통상적인 일반 특성 규정 방법을 설명합니다. 이러한 시험을 통해 측정한 굴곡 성질은 설계자, 엔지니어, 재료 제조업체가 사용하는 플라스틱 재료가 의도한 용도대로 해당 요구사항을 충족하도록 하는 데 매우 중요합니다.
ASTM D790에 따른 일반적인 시험 결과:
- 굴곡 계수: 굴곡 계수는 재료 강성을 측정한 값으로서 굴곡 하중을 얼마나 잘 견디는지 나타냅니다. ASTM D790 규격에는 굴곡 계수를 측정하는 세 가지 방법이 제시되어 있으며, 다음과 같이 각각 그 결과가 다릅니다.
- 탄젠트 계수 (탄성 계수)
(탄성 한도 내에서) 해당 변위에 대한 응력의 비율 - 시컨트 계수
스트레스-스트레인 곡선에서 선택한 지점의 해당 변위에 대한 응력의 비율 - 코드 계수
스트레스-스트레인 곡선에서 지정된 두 점 간 기울기
- 탄젠트 계수 (탄성 계수)
- 굴곡 강도:굴곡 강도는 재료가 파손되기 전 굽은 상태에서 견딜 수 있는 최대 하중에 관한 정보를 제공합니다.
- 특정 굴곡 변위에서의 굴곡 응력
- 항복점과 시편 파단 시 굴곡 응력과 굴곡 변위
ASTM D790에 따른 시험 수행
- ASTM D790에 따른 3점 굴곡 시험에서는 직육면체 시편을 두 개의 지지대 위에 놓고, 정해진 속도에서 시험기를 이용하여 중앙에 있는 다이로 시편이 변위 한계 5%로 파괴될 때까지 시편을 계속 변형합니다.
- 변형이 진행되는 동안 다이로 가하는 힘과 다이 아래 시편의 변형이 측정됩니다.
- 이렇게 구한 하중-변형 곡선은 시편 치수와 지지대 간 거리를 이용하여 스트레스-스트레인 곡선으로 변환할 수 있습니다. 단, 규격에 제시된 계산 공식은 휨이 작은 경우에만 유효합니다. 그래서 B 절차에 있는 ASTM D790에 따른 굴곡 시험은 변위 한계 5%로 제한됩니다.
ASTM D790 시편 크기
ASTM D790에 따라 플라스틱을 시험할 때는 사출 성형으로 시편을 생산하거나 기계 가공을 통해 판, 플레이트 또는 성형 부품에서 가공하여 시편을 준비합니다.
- ASTM D790 시험에서는 플라스틱 성형 화합물에 일반적으로 단면적 3.2mm x 12.7mm, 길이 127mm인 시편을 사용합니다. 두께/지지대 비율이 16으로 지정되어 있어 지지 범위는 51mm입니다. 또한, 이 규격에는 두께 3.2mm 이상 1.6mm 미만인 시편을 위한 추가 요건이 몇 가지로 정의되어 있습니다.
- 전기 절연용 라미네이트 열경화성 박판 재료를 시험하려면 시편을 25.4mm 또는 12.7mm 두께로 가공해야 할 수 있습니다. 전단 강도가 인장 강도에 비해 매우 낮은 경우, 전단 골절을 예방하기 위해 두께/지지대 비율을 32 또는 40까지도 높여야 합니다.
- 고강도 섬유 복합재료 시험은 두께-지지대 거리 비율이 16, 32 또는 40인 인장 전단-강도 비율에 따라 수행합니다. 비등방성이 높은 재료의 경우, 정확한 계수 측정을 위해 비율이 60까지 필요할 수도 있습니다.
굴곡 시험에서 시편 치수를 측정할 때는 각별한 주의가 필요합니다. 굴곡 응력에서는 시편 두께가 2차식으로 계산되기 때문에 측정 오차 결과 역시 2차 함수입니다. 시편 높이가 3.2mm (공칭)이고 측정 오차가 0.1mm에 불과할 경우 굴곡 응력 오류는 5% 이상입니다. 따라서 시편 두께는 ASTM D5947의 요구사항을 충족하는 마이크로미터를 사용하여 측정합니다.
ASTM D790: 힘과 휨 측정
ASTM D790에 따른 힘 측정은 표시 값의 ±1% 정확도로 관련 범위 내에서 수행해야 합니다. 하중 측정 시스템은 ASTM E4에 따라 교정합니다.
ASTM D790에 따르면 지지대 사이 중앙의 휨은 크로스빔의 위치를 이용하여 측정 (I 타입)하거나 별도의 변위 변환기 시스템을 이용하여 직접 측정 (II 타입)할 수 있습니다.
- 크로스빔 위치를 측정하려면 ASTM E2309에 따라 B에 해당하는 정확도를 유지해야 합니다. 휨을 직접 측정하는 경우 ASTM E83에 따라 시험을 수행하며, 이때 계수를 측정하려면 B-2를, 다른 변위를 측정하려면 C를 준수해야 합니다.
- I 타입에 따라 크로스빔 위치로 휨을 측정하기 위해 testXpert 시험 소프트웨어는 시험 장비의 고유한 휨을 자동으로 교정하며, 시험 설비의 실제 변형 곡선이 이 시험 소프트웨어 내에서 측정 및 저장됩니다.
ZwickRoell은 이러한 요구사항을 만족하는 다양한 II 타입 변위 변환기 시스템을 제공합니다. 이 시스템은 다음과 같이 다른 시험법과 함께 사용할 수 있다는 점이 특히 다릅니다.
- 시편 바로 아래 센서 암을 배치하여 설계한 압축 및 굴곡 시험용 기계식 변환기
- makroXtens 및 multiXtens 기계식 신율계와 함께 사용하는 센서 암
- 광학 videoXtens 신율계용이라는 표시가 있는 측정 장치
ASTM D790 시험 속도
ASTM D790에 따른 시험법과 해당 시험법이 속도에 미치는 영향:
- 작은 휨에서 파괴되는 재료는 A 방법에 따라 0.01min-1의 스트레인 레이트를 사용하도록 기본으로 설정되어 있습니다.
- 파괴되지 않거나 연장이 최대 5%가 아닌 재료는 스트레인 레이트가 0.1min-1보다 10배 높은 B 방법에 따라 시험합니다.
즉, 작업자 입장에서 시험기에 설정되는 시험 속도는 시편 두께 및 지지대 범위(시편 두께에 대한 지지대 범위의 비율)를 기준으로 계산해야 한다는 의미입니다. 이 기능으로 testXpert 시험 소프트웨어에 간편하게 저장할 수 있으며 계산 절차 자동화도 가능합니다.
치수가 3.2 x 12.7 x 127mm이고 지지 비율이 16인 규격 시편의 경우 ASTM D790에 따른 시험 속도는 다음과 같습니다.
- A 방법: 1.4mm/min
- B 방법: 13.7 mm/min
ASTM D790용 3점 굴곡 시험 장비
ZwickRoell의 정교한 굴곡 시험 장비의 특장점은 정확한 치수와 정확한 정렬입니다. 지지대는 지지대끼리 정렬하고 다이와도 정확하게 정렬해야 합니다. 응력-변형률 다이어그램에서 각도 오차는 계수 측정을 심각하게 왜곡할 수 있는 곡선 피트 (curve foot)를 생성할 수 있습니다. 조절식 지지대와 설계가 잘 된 게이지를 사용하면 이 작업을 매우 쉽게 수행할 수 있습니다. 지지대에 센터링 정지장치가 있어 시편을 정확하게 배치하기가 쉽습니다.
ZwickRoell 3점 굽힘 시험 장비의 특장점
- ZwickRoell 굴곡 시험 장비를 사용하면 20kN의 최대 하중까지 시험을 수행할 수 있습니다. 최대 굴절은 36mm입니다.
- 거리 게이지를 이용하여 지지대 범위와 센터링 정지장치를 설정하면, ISO 178 및 ASTM D790에 따라 시험할 때 표준 규격에 따라 굴곡 시험 장비를 설정할 수 있습니다.
- 지지대의 범위와 각도 모두 조절 가능합니다. 그렇게 하면 서로 그리고 다이에 대해 중앙에 정렬할 수 있고 지지대 축에 정확하게 정렬할 수 있습니다.
- 굴곡 시험 장비의 센터링 정지장치는 거리 게이지를 이용하여 조정 및 배치할 수 있습니다.
ASTM D790 3점 굴곡 시험용 시험기
ASTM D790에 따른 3점 굴곡 시험에는 ZwickRoell의 만능재료시험기 zwickiLine, ProLine,AllroundLine을 사용할 수 있습니다.
testXpert로 ASTM D790 시험을 간단하고 안정적으로 시작하세요
testXpert 시험 소프트웨어를 이용하면 작업자 온보딩 절차를 빠르게 진행하여 시험을 즉시 시작할 수 있습니다. 작업자에게는 자신의 업무에 해당되는 작업만 표시되고, ASTM D790 에 따른 시험이 단계별로 안내됩니다.
- ASTM D790 규격에 정의된 모든 물성값과 설정이 규격 시험 프로그램에 포함되어 있어 규격 준수가 보장됩니다. 시험 소프트웨어가 사용자에게 시험을 단계별로 안내합니다.
- 사용자에게는 자신이 수행해야 하는 단계만 표시되며, 이는 사용자 관리 기능을 통해 설정할 수 있습니다.
- 마이크로미터와 디지털 캘리퍼 간의 연결을 통해 ASTM D790 에 따른 시편 치수가 시험 소프트웨어로 직접 전송되기 때문에 시간이 절약되고 오류가 방지됩니다.
- testXpert를 이용하면 시험 효율성 극대화를 달성하는 데 도움이 됩니다. 시험 속도가 최대 30% 빨라집니다.
빠르고, 오류 없는 개요 유지
- 규격화된 인터페이스를 통해 사용자의 ERP나 QS 시스템에서 시험 작업을 오류 없이 빠르게 읽고 시험 완료 후 결과를 회신합니다. 이를 통해 전송 절차에 소요되는 시간을 절약하고 오류를 방지합니다.
- testXpert Analytics를 통해 중앙에서 모든 시험 데이터에 액세스할 수 있어 다양한 시험 시리즈의 물성값을 바탕으로 평가를 할 수 있습니다. ASTM D790 이외의 규격도 가능합니다. 인장 계수, 굴곡 계수, 인장 강도, 노치 충격 강도, 유량 및 기타 물성값을 쉽게 재현하고 평가합니다.
- 트렌드 분석 기능이 있어 간단한 장기 평가 옵션을 통해 장기 편차를 인지하는 능력을 갖출 수 있습니다.
ASTM D790에 따른 자동 3점 굴곡 시험
특히 다량의 시편을 시험할 때는 많은 인력이 투입됩니다. 자동 플라스틱 시험에 시험 시스템을 사용하면 유능한 실험실 직원들이 단순 반복 작업에서 벗어나는 동시에 시험 결과의 재현성도 보장할 수 있습니다. 이를 통해 직원들은 시험 결과 해석, 신소재 평가 및 기타 연구 활동 참여 등 보다 복잡한 작업에 집중할 수 있습니다.
ASTM D790에 따른 3점 굴곡 시험을 자동으로 수행할 때는 ZwickRoell의 roboTest N, roboTest L 또는 roboTest R 시험 시스템을 사용할 것을 권장합니다. 가령 ASTM D638에 따른 인장 시험과 ASTM D790에 따른 굴곡 시험 등 서로 다른 시험을 단순 변환만으로 결합하거나 시스템 하나에 시험 고정부 여러 개를 포함하여 합칠 수 있습니다.
ASTM D790에 대하여 자주 묻는 질문
두 규격 모두 플라스틱의 굴곡 성질을 측정하는 시험법을 다루지만 응용 분야, 시편 형상, 시험 절차 측면에서는 차이가 있습니다. 따라서 시험 결과가 동일하지 않습니다. 플라스틱을 시험하는 경우 재료 구조에 영향을 미치는 시험 시편의 치수 때문에 차이가 예상됩니다. 다른 영향 변수는 시험 속도 차이와 계수값 측정의 차이에 기인합니다.
ASTM D790 규격은 고 모듈러스급 복합재료와 전기 절연재 등 비강화 및 강화 플라스틱의 굴곡 성질을 측정하는 데 사용하는 시험법에 대해 설명합니다. 일반적인 시험 결과에는 굴곡 계수, 항복점에서의 응력과 변위, 굴곡 강도, 파단 굴곡 변위 등이 포함됩니다. 이 시험은 경질 및 반경질 플라스틱에 사용하지만 변위 한도는 최대 5%입니다.
ISO 178 및 ASTM D790에 따른 플라스틱 굴곡 시험의 결과는 규모 면에서는 일반적으로 유사하지만 일대일 비교는 불가능합니다. 굴곡 시험의 스트레인 레이트, 계수값 계산 방법이 다르고 시편 제작 중 차이가 발생할 수 있기 때문입니다.
ISO 규격은 여러 국제 표준화 위원회에서 도출한 광범위한 국제 의견 일치에 기반하여 개발됩니다. 이들 위원회는 참여국의 국내 표준화 기구에서 활동하는 대표 전문가로 구성됩니다. ASTM은 국제적으로 미국 외 출신 전문가의 참여를 허용하고는 있지만 ASTM은 미국 국가 차원에서 개발하는 규격입니다.
굴곡 계수는 재료 강성을 측정한 값으로서 굴곡 하중을 얼마나 잘 견딜 수 있는지 나타냅니다. 굴곡 강도는 재료가 파손되기 전에 굽은 상태에서 견딜 수 있는 최대 하중에 관한 정보를 제공합니다.
굴곡 응력은 ASTM D790와 ISO 178에 따라 지지대 사이 중앙에 있는 시편의 극한 섬유 응력으로 계산합니다. 해당 규격에 제시되어 있는 공식은 이상적인 하중 사례를 기준으로 합니다. 굴곡 시험 중 시편의 휨이 증가하여 발생하는 각도 오차나 마찰력은 고려하지 않습니다. 이 계산법은 굽힘 각이 작은 경우에만 정확도가 높습니다.
지지대 사이나 지지대와 다이 사이에 각도 오차가 발생하면 시험을 시작할 때 시편과 시험 툴 사이에 점접촉이 발생합니다. 하중이 증가할수록 시편은 비틀리고 변형되며 선형 지지가 생깁니다. 이러한 초기 변형은 초기 측정 범위 안에서 증가하는 기울기, 즉 곡선 피트(curve foot)로 스트레스-스트레인 다이어그램에 표시됩니다. 시컨트 계수값과 코드 계수값은 여기에 큰 영향을 받지만 ASTM D790에 따른 탄젠트 계수는 이 효과에 비교적 덜 민감합니다.
