ISO 8256 및 ASTM D1822 플라스틱 인장 충격 시험
인장 충격 시험을 통해 충격 에너지 기반의 재료 성질을 확인할 수 있으며, 이 재료 성질은 고속 변형률 속도에서 표준화된 시편에 인장 하중을 가했을 때 산출합니다. 동일한 쌍의 펜듈럼과 요크 크기를 사용하면, 재현성 수준이 높은 시험 결과가 도출됩니다. ISO 8256 및 ASTM D1822 표준은 플라스틱 인장 충격 시험을 설명합니다.
인장 충격 시험은 매우 유연한 필름이나 플라스틱 시편뿐만 아니라 연질 또는 반경질 플라스틱에도 자주 사용됩니다. 그렇다고 시편 파단이 생기는 것은 아니므로 노치 시편이라 할지라도 시험 결과에 샤르피나 아이조드 시험법(ISO 180 또는 ASTM D256)을 사용하지는 않습니다. ISO 472 정의에 따라 단단한 시편에 대한 시험도 진행할 수 있습니다.
ISO 8256 시험법
ISO 8256 표준은 다음 두 가지 시험법을 규정합니다.
- A 방법은 스탠딩 클램핑 고정장치에서 정해진 위치의 한쪽에 시편을 고정하는 시험 장비로 수행합니다. 고정 질량의 단단한 요크는 시편의 다른 면에 부착됩니다. 시험이 진행되는 동안, 펜듈럼 해머가 요크에 부딪히면서 요크가 강하게 가속됩니다. 이것은 시편이 파단될 때 까지 시편을 인장 방향으로 늘립니다.
- B 방법 이 방법은 ASTM D1822에서 고안된 방법으로, 이른바 시편-인-헤드(specimen-in-head) 방법을 사용합니다. 시편은 펜듈럼 해머에 고정되며 반대쪽에는 요크가 제공됩니다. 시편, 요크 및 펜듈럼이 함께 낙하 중량을 형성합니다. 시편과 펜듈럼 해머의 이동이 계속되고 시편이 파단 지점까지 인장 방향으로 늘어나는 동안 요크는 충격 위치에서 갑자기 정지합니다.
보통 A 방법은 ISO 8256 표준과 관련하여 사용되고 ASTM D1822에 따른 시험은 항상 스페시멘 인 헤드법으로 수행됩니다.
아이조드 노치 충격 시험은 계장화 시험의 형태로, 즉 빠른 힘 측정을 통해서도 이루어집니다. 하지만 관련 표준은 아직 없습니다.
시험 요구사항
ISO 13802 규격에 자세히 명시되어 있는 펜듈럼 충격 시험기는 ISO 8256에 따른 기존의 인장 충격 시험에 사용됩니다. 이는 다양한 종류의 시험 장비와 여러 시험실, 작업자, 장소를 바탕으로 이루어지는 시험의 강력한 재현성 수준을 뒷받침합니다.
샤르피 충격 시험의 경우와 마찬가지로 측정 원리는 시편을 투과할 때 운동 에너지 일부를 방출하는 에너지 용량과 낙하 높이가 정해져 있는 펜듈럼 해머를 기초로 합니다. 그 결과, 펜듈럼 해머는 충격 이후 원래의 낙하 높이로 돌아가지 않습니다. 따라서 낙하 높이와 올라간 높이 사이에서 측정한 높이 차는 흡수된 에너지의 측정치가 됩니다. 낙하 높이를 측정함으로써 충격 속도도 정해져 재현 가능한 스트레인 레이트로 시험이 진행됩니다.
인장 충격 시험의 특징은 요크로 흡수되는 원심 작업이 보정된다는 것입니다. 이러한 보정은 탄성 충격이 있다는 전제하에 이루어집니다. 하지만 실제로는 충격에 탄성 부품 외에도 플라스틱 부품이 있을 수 있기 때문에 이러한 보정은 근사치로 유지합니다. 따라서 물성값의 직접적인 비교는 펜듈럼 해머와 요크의 크기가 동일한 쌍에서 이루어져야 합니다.
각각의 펜듈럼 해머는 초기 위치 에너지의 10%~80% 범위에서 사용할 수 있습니다. 재료 물성시험 시 이 조건을 충족하는 펜듈럼 해머가 여러 개인 경우(주로 다양한 펜듈럼 해머의 작업 범위가 겹칠 때) 초기 위치 에너지가 가장 큰 펜듈럼 해머를 사용합니다. 이렇게 하면 충격 과정 중 속도 감소가 최소화됩니다.
측정 유형은 모든 에너지 손실이 시편과 요크 때문이라는 것을 암시합니다. 따라서 오류의 모든 외부 원인을 최소화하거나 시정하거나 또는 완전히 제거하는 것이 중요합니다. 이와 관련하여 공기 마찰과 펜듈럼 해머의 베어링 포인트 마찰로 인해 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 마찰 손실에 대한 정기 검교정의 일환으로 ISO 13802의 엄격한 사양과 검사가 있습니다. 정확한 값이 측정되어 해당 펜듈럼 해머에 할당됩니다. 측정치의 품질을 위해서는 펜듈럼 충격 시험기를 매우 안정적인 시험실 테이블, 단단한 벽에 볼트로 고정한 작업대, 또는 석조 기단 위에 충분한 질량으로 진동 없이 설치하는 것이 필수입니다. 기기의 내부 진동은 설계상 최소화됩니다. ZwickRoell은 질량이 매우 작으면서도 최적의 펜듈럼 막대 강성을 갖는, 단방향 탄소 소재의 이중 막대가 장착된 펜듈럼 해머를 사용합니다.
ISO 8256은 총 5가지 시편을 정의합니다. 1형과 4형은 A 방법을 선호하고, 2형과 4형은 B 방법용 시편을 선호합니다. 3형 시편은 가운데 부분이 평행한데, 이 부분은 가장자리 길이가 10mm인 사각형으로 DIC 장치를 이용하는 스트레인 레이트 측정에 적합합니다. 5형 시편에는 어깨 부분에 추가 정지 표면이 있어 정확한 정렬이 쉽고, 단단한 재료와 넉넉한 시편 높이로 형태에 맞는 힘이 전달됩니다.
