ASTM D412 탄성중합체의 인장 시험

ASTM D412는 가황(열경화성) 고무 및 열가소성 엘라스토머의 인장 특성을 결정하는 가장 일반적인 표준입니다. 이 계열의 화합물은 타이어, 축구공, 고무밴드와 같은 다양한 소비재를 만드는 데 사용됩니다. 이 제품군은 또한 극한의 환경 조건에서도 안정적으로 작동해야 하는 우주 왕복선의 O-링과 같은 고도로 전문화된 소재를 생산합니다.
이 가이드는 ASTM D412 인장 시험의 기본 요소를 소개하고 필요한 재료 시험 장비, 소프트웨어 및 샘플에 대한 개요를 제공하도록 설계되었습니다.

ASTM D412는 인장 변형을 받는 동안 재료의 탄성과 재료가 더 이상 응력을 받지 않을 때 테스트 후 거동을 측정합니다. ASTM D412는 만능 시험기(인장 시험기라고도 함)에서 시편이 파손될 때까지 500 ± 50mm/min의 속도로 수행됩니다. ASTM D412는 다양한 인장 특성을 측정하지만 가장 일반적으로 사용되는 특성은 다음과 같습니다.
인장 강도 – 시편을 늘려 파열할 때 적용되는 최대 인장 응력입니다.
주어진 신장률에서의 인장 응력 – 테스트 표본의 균일한 단면을 주어진 신장률까지 늘리는 데 필요한 응력입니다.
극한 신율 – 지속적인 인장 응력을 가할 때 파열이 발생하는 신율입니다.
인장 영구 변형 – 시편을 늘리고 지정된 방식으로 수축시킨 후 남은 연장으로, 원래 길이의 백분율로 표시됩니다.

표본
ASTM D412에서는 시편 유형에 따라 두 가지 테스트 방법을 설명합니다. 이 두 가지 테스트 방법은 동일한 결과를 생성하지 않는다는 점에 유의하십시오. 시험 방법 A는 "덤벨" 또는 "강아지 모양" 모양의 시편을 사용하는 반면, 시험 방법 B는 고리 모양의 시편을 위해 설계되었습니다. 테스트 방법 A는 테스트 방법 B보다 더 일반적으로 사용됩니다. Dogbone 시편은 사출 성형 시트 또는 명판에서 다이 컷해야 합니다. 시트가 압출되는 방향은 재료에 미묘한 결 패턴을 생성하므로 중요합니다. 일관성을 위해 모든 시편은 세로 부분이 결과 평행하도록 절단해야 합니다.

시편 측정
ASTM D412 테스트에 허용되는 도그본 시편 유형은 6가지이며 절단 링 시편에는 허용되는 두 가지 유형이 있습니다. 가장 일반적으로 테스트되는 형상은 전체 길이 115mm(게이지 길이 25mm), 너비 6mm, 두께 3mm를 요구하는 다이컷 C 도그본 시편입니다. 시편의 두께는 3회 측정해야 하며 중앙값이 허용되는 값입니다.
표준 준수를 보장하려면 ASTM D412 테스트에 사용되는 모든 시편을 ASTM D3767에 따라 마이크로미터로 측정해야 합니다. 자동 시편 측정 장치를 사용하면 작업자는 최대 2개의 마이크로미터 또는 측정 장치를 컴퓨터에 연결하고 데이터를 소프트웨어에 직접 입력할 수 있습니다. 이는 운영자 입력 오류의 가능성을 제거하고 효율성을 높입니다.

표본 정렬
제대로 테스트하려면 시편을 턱 면에 수직으로 고정해야 하며 특정 각도로 기울어져서는 안 됩니다. 시편 정렬 불량으로 인해 테스트 결과가 크게 달라질 수 있으므로 각 테스트마다 시편이 일관되게 정렬되도록 적절한 주의를 기울여야 합니다.
정렬 불량을 해결하는 한 가지 방법은 시편과 동일한 너비에 가까운 조 페이스를 사용하여 시각적으로 정렬을 조정하는 것이 비교적 쉽습니다. 정렬 불량을 방지하는 가장 쉬운 방법은 그립 본체에 직접 장착되는 시편 정렬 장치를 사용하는 것입니다. 이는 작업자가 시편이 올바르게 정렬되었는지 쉽게 확인할 수 있도록 조정 가능한 정지 지점을 제공하는 간단한 막대입니다.

그립
테스트 실행을 준비하기 위해 탄성중합체 시편에 그립을 조이면 원치 않는 압축력이 자주 가해집니다. 이러한 힘은 미미하더라도 적절하게 처리하지 않으면 테스트 결과를 방해할 수 있습니다. 시편을 삽입한 후에는 균형을 이루지 않는 것이 중요합니다. 이로 인해 결과가 상쇄될 수 있습니다. Bluehill Universal 재료 시험 소프트웨어는 여러 시편에 걸쳐 힘을 정규화하고 느슨함이나 압축력을 제거하여 시편 간에 일관된 결과를 보장하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 6800 시리즈 만능 시험기에서 사용할 수 있는 Specimen Protect는 시험 작동 한계가 정의되기 전 시험 설정 단계에서 시편이나 시스템의 손상을 방지하도록 설계되었습니다. 켜져 있으면 Specimen Protect가 자동으로 크로스헤드를 조정하여 원치 않는 힘을 특정 한도 이하로 유지합니다.

엘라스토머 샘플이 늘어남에 따라 두께가 감소합니다. 이러한 이유로 ASTM D412에서는 자동으로 조이는 그립을 권장합니다. 조 페이스 전체에 일관되고 균일한 압력을 가하면 테스트 중에 얇아지는 샘플이 그립에서 미끄러지지 않습니다. 톱니 모양의 면이 있는 측면 동작 공압 그립은 엘라스토머 테스트에 매우 효과적입니다. 공압식 그립을 사용하면 입구 공기 압력이 자동으로 조정되므로 테스트 중에 시편 두께가 크게 변하더라도 파지력이 일정하게 유지됩니다. 또 다른 효과적인 옵션은 스프링을 사용하여 테스트 중에 샘플에 일정한 압력을 가하는 자체 조임 롤러 그립을 사용하는 것입니다. ASTM D12 테스트 방법 B를 사용하는 경우 O-링 시편을 O-링 고정구로 테스트할 수 있습니다. 이 그립은 상부 및 하부 고정구에 회전 샤프트를 사용하여 국부적인 응력 집중을 방지합니다.

신장계
표준에서는 신율계를 요구하지 않지만 가장 정확하고 반복 가능한 결과를 얻으려면 변형률 측정을 권장합니다. 크로스헤드 이동을 기반으로 한 변형률 측정은 게이지 길이를 벗어난 시편의 신장으로 인해 정확도가 떨어질 수 있습니다. 장거리 이동 신율계는 탄성 재료에 작동하도록 설계되었으며 시편 파손에도 사용할 수 있습니다. 나이프 가장자리의 조정 가능한 조임력은 시편의 조기 파손을 줄여줍니다. 이 신율계는 단 1인치의 게이지 길이에서 최대 3,000%의 변형률을 측정할 수 있습니다.
표준 또는 고급 비디오 신장계 2와 같은 비접촉 신장계는 탄성 재료에 가장 이상적입니다. 특히 깨지기 쉬우거나 테스트를 위해 환경 챔버가 필요한 표본에 적합합니다. 비접촉식 비디오 신율계는 작업자 간섭으로 인한 결과 차이를 줄이고 처리량이 많은 실험실에서 효율성을 높이는 추가적인 이점을 제공합니다.

환경 챔버
ASTM D412에 따라 테스트된 엘라스토머는 향후 비주위 조건에서 사용할 예정인 경우가 많습니다. 주변 조건은 엘라스토머의 인장 특성에 큰 영향을 미치기 때문에 테스트 조건이 의도된 최종 사용 응용 분야의 조건과 유사하도록 주의를 기울여야 합니다. 테스트 속도, 온도, 습도, 시편 크기 및 사전 테스트 조건은 모두 테스트 결과에 큰 영향을 미치며 테스트에서 유용한 데이터를 생성하려면 제어되어야 합니다. 이러한 요소가 재료의 최종 사용 응용 분야를 시뮬레이션하도록 하기 위해 ASTM D412는 가열 또는 냉각(LN2 또는 CO2)이 사용될 수 있는 환경 챔버 내부에서 자주 수행됩니다.

환경 챔버를 통해 작업자는 테스트 기간 동안 챔버 내부 온도를 모니터링할 수 있습니다. 또한 시험 시작 전에 모든 시편이 적절하게 조절되도록 담금 시간과 온도를 설정할 수 있습니다.