ASTM D638 03 Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics R&B INC.
1. Scope 1.1 본실험방법은표준 Dumbbell 형상시편을사전처리, 온도, 습도, 실험장비속도등의정의된조건에서비강화되거나강화된플라스틱의인장특성을결정하는시험이다. 1.2 본실험방법은두께 14mm[0.55 in.] 까지의재료에사용될수있다. 그러나얇은판재의경우, 필름층을포함하여 1.0mm[0.04 in.] 이상의두께가되어야한다. Test methods D 882 가권장되는실험방법이다. 두께 14mm [0.55 in.] 이상의재료는가공에의해두께를감소시켜야한다. 1.3 본실험방법은상온에서포아슨비를결정할수있는옵션을포함한다. NOTE 1 본실험방법과 ISO 527-1 는기술적으로동등하다. NOTE 2 본실험방법은정밀한물리적절차를포함하는것을지향하지않는다. 실험의크로스헤드이동의일정한속도는요구되는이론적표준점으로부터훨씬멀어지게되는것으로인식된다, 크로스헤드이동속도와시편의게이지마크사이에서변형속도가넓은차이를나타낼수있다, 실험속도는소성상태에서재료의특징에대한중요한영향을나타내지않을수있다. 게다가, 본절차에서허용되는시편두께의다양성은시편의표면적비의다양성을발생시킬수있으며, 이런다양성은실험결과에영향을미칠수있다. 그러므로, 여기에서는직접적으로비교할수있는결과가요구되므로, 모든시편은같은두께를가져야한다. 특별추가실험은좀더정밀한물성값이요구될경우실시한다. NOTE 3 본실험방법은페놀레진이나층상재료의실험에사용될수있다. 그러나전기절연재료일경우, 해당재료는 Test Method D 229 와 D 651 을준수하여실험되어야한다. NOTE 4 20GPa 보다높은계수의연속및불연속방위를갖는레진기지층복합체의인장특성의경우, Test Method D3039/D3039M 을준수하여실시되어야한다. 1.4 본실험방법으로구해진실험데이터는공학설계에사용하기에적합하다. 1.5 SI 단위값은표준으로인정한다. 괄호안의값은단순정보용이다. 1.6 이자료는안전에관련하여언급하지않았으며사용하기전안전에관련된절차의확립은그사용자에게책임이있음을알려둔다. 2. Referenced Documents 2.1 ASTM Standards: 2 D 229 Test Methods for Rigid Sheet and Plate Materials Used for Electrical Insulation D 412 Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers Tension D 618 Practice for Conditioning Plastics for Testing D 651 Test Method for Tensile Strength of Molded Electrical Insulating Materials D 882 Test Methods for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting D 883 Terminology Relating to Plastics D 1822 Test Method for Tensile-Impact Energy to Break Plastics and Electrical Insulating Materials D 3039/D 3039M Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials D 4000 Classification System for Specifying Plastic Materials D 4066 Classification System for Nylon Injection and Extrusion Materials D 5947 Test Methods for Physical Dimensions of Solid Plastic Specimens E 4 Practices for Force Verification of Testing Machines E 83 Practice for Verification and Classification of Extensometer E 132 Test Method for Poisson s Ratio at Room Temperature E 691 Practice for Conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test Method 2.2 ISO Standard: 3 ISO 527-1 Determination of Tensile Properties 3. Terminology 3.1 정의 - 본실험에사용된용어의정의는 Terminology D 883 과 Annex A2 에나타난다. 4. Significance and Use 4.1 본실험방법은플라스틱재료의사양과조절을위한인장특성데이터를산출하기위해고안되었다. 이와같은데이터는정량화와연구및개발에유용하게사용된다. 많은재료에서, 실험방법의사용이요구되는사양이있지만사양을고수할때우선순위에있어어떤절차상의수정이이루어질수도있다. 그러므로, 본실험방법을사용하기전에재료의사양을참조할것을권고한다. 분류 D4000 에서의표 1 은현존하는 ASTM 재료표준을나열하였다. 4.2 인장특성은시편준비와실험속도와환경에따라달라질수있다. 결과적으로, 정밀한비교결과가요구되면, 해당인자는조심스럽게조절되어야한다. 2/18
4.2.1 재료는재료준비방법없이실험될수없다고인식해야한다. 그러므로, 비교실험이요구될때, 실험이시편준비의영향을포함하지않는이상, 모든시편이같은방법으로정확하게준비될수있게각별한주의가필요하다. 또한, 공급된시편내에서재료의평가및비교실험을위해, 초고수준의세부준비, 처리, 취급에서최고수준의균일성을가져야한다. 4.3 인장특성은공학용소성설계에대하여유용한데이터를공급한다. 그러나많은플라스틱은변형속도와환경조건에대해높은감도를갖기때문에, 본실험방법에의해얻어지는데이터는이실험방법의것과넓게다른하중 - 시간및환경에관한적용의유효성을고려할수없다. 유사하지않은경우, 대부분의플라스틱은실용성의제한에대한어떤신뢰할수있는평가도이루어질수없다. 변형의속도와환경의감도는인장특성이공학설계목적일경우넓은하중 - 시간 ( 충격과크립포함 ) 와환경조건의범위를필요로한다. NOTE 5 플라스틱에서진탄성한계의존재가논란이되기때문에, 탄성계수 의용어를사용한다. 플라스틱의강성및단단함을나타내기위해수용된정의는심각하게문제가되었다. 플라스틱재료의정확한응력 - 변형특성은응력속도, 온도, 시편이전의가공절차와같은인자에크게영향을받는다. 그러나, 플라스틱의응력변형곡선은본실험방법에서와같이결정되는데, 거의항상낮은응력에서직선구간을나타내고, 이곡선에접하여그려진직선은일반적으로정의된탄성계수를계산할수있다. 플라스틱의임의의성질과시간, 온도, 그리고유사한인자가존재한다면, 상수는매우유용하다. 4.4 Poisson s Ratio 고체재료에일축인장력이가해질때, 고체재료는가해진힘의방향으로늘어나게된다. 그러나플라스틱은가해진힘에대해양쪽측면치수에서수축이일어난다. 고체재료가균일하고등방성이면, 재료는가해진힘에대해탄성을유지한다. 측면변형은축변형에관한상수를산출한다. 이상수를포아슨비라고하며일축응력에서세로변형에대한가로변형의비로정의된다. 4.4.1 포아슨비는힘이가해지면모든치수가변하는것에대한고려와구조적분석에대한탄성의일반적이론적용이요구되는구조설계에사용된다. NOTE 6 포아슨비결정의정확성은일반적으로가로변형측정의정확성에의해제한된다. 왜냐하면이측정에서퍼센트오차는일반적으로축변형측정에서보다일반적으로크기때문이다. 절대양보다는비율이측정되기때문에, Extensometer 계산인자의상대값을정확하게알고자할때필요하다. 또한, 가해진하중은정확하게알필요가없다. 5. Apparatus 5.1 Testing Machine 크로스헤드이동방식으로일정한속도의실험장비이며기본적으로다음사항을포함한다. 5.1.1 Fixed Member 고정되거나기본적으로고정되어하나의그립을보유한구성 5.1.2 Movable Member 두번째그립을보유한이동가능한구성 5.1.3 Grips 실험장비의고정인자와이동인자사이의시편고정을위한그립은고정되거나자체정렬될수있다. 5.1.3.1 고정형그립은실험장비의고정인자와이동인자에견고하게부착된다. 이형식의그립이사용되면, 시편은시편의길이축과그립조립품의중심선과당기는방향이일치하도록삽입되고고정될수있도록각별한주의가요구된다. 5.1.3.2 자체정렬형식그립은시편의길이축이그립의중심선을통해당기는방향과일치시키기위해힘이가해지면자유롭게이동하여정렬되는방식으로장비의고정부와이동부에부착된다. 시편은그립에서미끄럼을발생할수있는회전발생을없애기위해당기는방향에가능한완벽하게정렬되어야한다 ; 자체정렬그립이수용할수있는정렬불량의양에대한제한이있다. 5.1.3.3 시편은그립에서미끄럼이가능한방지되는방법으로고정되어야한다. 깊은자국이나톱니자국과유사한그립표면은톱니모양은약 2.4mm[0.09in] 씩떨어져있고약 1.6mm[0.06in] 깊이이며, 대부분의열가소성재료에사용가능하다. 미세한톱니모양은좀더강한플라스틱에사용하기적합한데열경화성재료가이에속한다. 톱니모양은깨끗하고날카로운상태로유지되어야한다. 깊은 Serration 의 Jaw 및연마된시편을사용하여도그립의파괴가종종일어나는데이런경우에는다른방법도고려하여야한다. 다른기술도유용하게사용되는데, 특히부드러운면의그립은그립안에들어가는시편의표면부분이벗겨지고연마천, 연마지, 플라스틱혹은고무코팅천조각을끼워넣는데, 일반적으로 Hospital sheeting 이라고부르고시편과그립표면사이에끼워서사용한다. No 80 의양면연마지가여려경우에서효과적으로사용되었다. 나사선이연마제로코팅된 Open mesh fabric 역시매우효과적이다. 시편의단면적을감소시키는것도매우효과적이다. 특별한그립의형태를사용하는것이종종미끄럼을제거하고그립의파괴를제거하는데필요하다. 5.1.4 Drive Mechanism 이동인자로분배된균일하고, 고정인자와관련된조절된속도, 8 장에명시된규정된속도에대한구동기구 5.1.5 Load Indicator 시편이그립에의해고정될때시편의총인장하중을나타낼수있는적절한하중표시기구가요구된다. 이기구는본질적으로실험속도에수반되는관성에영향을받지않아야하며지시값의 1% 이내의정확도로하중을나타낼수있어야한다. 실험장비의정확성은 Practice E4 를준수하여검사되어야한다. 3/18
NOTE 7 경험을통해현재사용되는많은실험기계는 Practice E4 에서권장하는장시간검사기간에대한정확도를유지할수없는것으로나타났다. 그러므로, 각실험장비는개별적으로연구되고필요한만큼자주검사되어야한다. 5.1.6 고정인자, 이동인자, 구동기구, 그립과같은부품에의해구성된시스템의총탄성길이연신이실험동안특정시간과장비의부하하중까지의하중에서시편의두게이지마크사이의총세로변형의 1% 를초과하지않은재료와비율로구성되어야한다. 5.1.7 크로스헤드연신 Indicator- 적합한연신표시기구는그립의분할에서의변화량을보여줄수있어야한다. 이기구는실험의특정속도에서관성에대한영향이없어야하며지시값의 10% 의정확도를갖는크로스헤드의이동을나타내어야한다. 5.2 연신 Indicator(extensometer)- 적합한기구가시편이늘어남에따라시편의게이지길이내에서지정된두점사이의거리를측정할수있어야한다. 측정을목적으로, Extensometer 는 Fig 1 에서와같이시편의총게이지길이에서설치되어야한다. 권장되지만필수적일필요는없는부분이있는데장비는실험의시작에서부터경과시간에따라시편에하중에따른게이지길이의변화및거리를자동으로기록할수있는것이바람직하다. 만약후반부가구해지면, 하중 - 시간데이터는반드시구해야한다. 이장비는본질적으로실험의특정속도에서관성에영향을받지않아야한다. Extensometer 는정밀도에따라분류되어야하고교정은 Practice E83 을준수하여정기적으로검사되어야한다. 5.2.1 Modulus-of-Elasticity Measurements 탄성측정계수의경우, 0.0002mm/mm 의최대변형오차를갖는자동및연속기록형 Extensometer 가사용되어야한다. Practice E83 에의해분류된 Extensometer 는계수측정을위한사용범위안에서 B-2 사항의요구사항을충족시킴에따라본요구사항을만족시켜야한다. 5.2.2 Low-Extension Measurements 항복과낮은연신측정에서의연신일경우 ( 일반적으로 20% 이하 ), 같은 Extensometer 에서, 20% 연신까지사용될수있다. 이런경우에, Extensometer system 은적어도 Class C(Practice E83) 를만족시켜야한다. 즉 0.001 변형의고정변형오차나 1.0% 의지시된변형을포함하거나이상의용량을가져야한다. 5.2.3 High-Extension Measurements 20% 이상연신율측정에서, 측정된값의 10% 이하의오차를갖는측정방법은수용될수있다. 5.2.4 Poisson s Ratio 쌍축 Extensometer 및세로축과가로축 Extensometer 는축변형과가로변형을동시에기록할수있어야한다. Extensometer 는 1% 및이내의정확성으로변형을측정할수있어야한다. NOTE 8 변형게이지는축변형과가로변형을측정하기위한대안적인방법으로사용될수있다. 그러나, 변형게이지를장착하는방법은정확한결과를얻는데매우중요한부분이다. 변형게이지공급자와변형게이지장착방법을상담하기바란다. 5.3 Micrometers 시편의폭과두께의측정을위한기구는 Test Method D5947 의요구사항을준수하여야한다. 6. Test Specimens 6.1 Sheet, Plate, and Molded Plastics: 6.1.1 Rigid and Semi rigid Plastics 시편은 Fig 1 의크기를준수해야한다. Type 1 시편은시편으로적합하며 7mm[0.28 in.] 의두께를갖는재료에사용될수있다. Type II 시편은 Type 1 시편의단면감소부에서파괴가일어나지않은재료에사용될수있다. Type V 시편은 4mm[0.16 in.] 및이하의재료의평가를위해사용될수있거나제한된공간에많은수의시편이실험할때사용될수있다. ( 열및환경안전실험, etc). Type IV 시편은다른강성을가진경우 (Non rigid 와 semi rigid) 재료의직접적인비교가요구될때사용될수있다. Type III 시편은 7mm[0.28 in.] 이상의두께를갖는모든재료에사용될수있다. 그러나 14mm[0.55 in.] 이하의두께로제한한다. 6.1.2 Non rigid Plastics 실험시편은 Fig 1 의치수를준수하여야한다. Type IV 시편은 4mm 두께이하의비강화플라스틱의실험에사용된다. Type III 시편은 7mm 이상및 14mm 이하의두께를갖는모든재료에사용되어야한다. 6.1.3 Reinforced Composites 높은직조층상조직을포함하는강화복합재의시편은 Fig 1 의 Type 1 시편의치수를준수하여야한다. 6.1.4 Preparation 시편은 Sheet, Plate, Slab, 혹은유사한형태의재료에서 Die cutting 등의가공에의해준비되어야한다. 재료의두께가 14mm 이상인경우, Type III 시편으로사용하기위해 14mm 까지가공되어야한다. 또한시편은실험될재료를 Molding 하여준비할수있다. 4/18
A 두께 T는모든몰드시편의경우 3.2±0.4 mm가되어야한다 [0.13 ± 0.02 in.]. 그리고 Type I과 II시편에도가능하다. 시편이 Sheet, Plate, Thickness에서가공된다면, 두께, T, 는시편형태로명시된범위를초과하지않는다면 Sheet나 Plate의두께가될수있다. 14mm이상의두께를갖는판재시편은 14±0.04mm로가공되어야하며, Type III시편과같이사용될수있다. 14와 51mm 사이의두께를갖는판재는대략같은양이각면으로부터가공되어야한다. 시편의양표면이얇은경우에가공되어야하며, 판재의초기두께와해당하는시편의위치는기록되어야한다. 14mm이하의두께에서의허용오차는재료의등급에따라본표준을사용한다. B Type IV시편의경우, 다이의단면감소부내부폭은 6.00 ± 0.05 mm가되어야한다. 이치수는 Test method D412의 Die C의기본값이다. C Type V시편은나타낸크기로가공및 Die cut 되거나, Cavity가갖는크기의몰드에서몰딩되어야한다. 치수는아래와같다 : W = 3.18 6 0.03 mm [0.125 6 0.001 in.], L = 9.53 6 0.08 mm [0.375 6 0.003 in.], G = 7.62 6 0.02 mm [0.300 6 0.001 in.], R = 12.7 6 0.08 mm [0.500 6 0.003 in.]. 다른허용오차는테이블에서의값이다. D Type V 시편과같이 Test method D 1822의 L시편에대한지원데이터는 ASTM 본사로부터이용가능하다. E 중앙 Wc에서의폭은단면감소부의다른부분에서의폭 W와비교될때 +0.00 mm, 0.10 mm [+0.000 in, 0.004 in.] 이다. 중앙에서 W의감소는치수결과에서갑작스런결과가없고점차적이며, 각면에서같다. F 몰딩된시편의경우, 13mm이상을초과하지않는 Draft는 3.2mm 두께 Type I이나 II시편에서허용될수있다. 그리고시편의폭을계산할때고려해야한다. 이와같이몰딩된 Type I시편의일반부는최대허용 Draft를 5/18
가지고있으며다음과같다. G 나타난최소값보다큰전체폭이어떤재료에서그립에서의파괴를피하기위해요구될수있다. H 나타낸최소값보다큰전체길이가그립에서의파괴를피하고특별한실험요구를만족시키기위해요구될수있다. I 실험마킹및초기 Extensometer span J 많이늘어나는폴리머의경우, 자체조임그립을사용하면, 그립간의거리는사용된그립의형식에따라영향을받으며만일초기길이를선택하였다면크게문제가될것은없다. FIG. 1 Tension Test Specimens for Sheet, Plate, and Molded Plastics NOTE 9 실험결과는유리천, SMC, BMC laminate, 다른시편형상에서나타내는실험결과는 7.3 에서나타낸바와같이시편의게이지내에서파괴를보장하기위해고려하여야한다. NOTE 10 Woven roving 및 Glass cloth 와같은 composite laminate 에서시편을준비할때, 강화방향에평행하게시편을절단하여야한다. 강화는절단에의해크게약해진다, 낮은층상물성의결과, 강화방향과평행하지않은다른방향에대한시편의실험은변수를구성한다. NOTE 11 Injection molding 에의해준비된시편은가공및다이커팅에의해준비된시편보다다른인장특성을나타내는데방위때문이다. 이효과는보다현저해질수있다. 6.2 Rigid Tubes Rigid tube 에대한시편은 Fig 2 에서나타낸바와같다. 길이 L 은 Fig 2 의표에서나타내었다. 홈은가공후 Wall section 이초기벽두께의 60% 가되어야하기때문에튜브길이의중심에서시편의외경을가공해야한다. 홈은길이에서직경의외경에접하는각끝에서 57.2mm 의직선부와 76mm 의반경으로구성되었다. Steel 이나 Brass plug 는튜브의내경에맞고충돌을예방하기위해시편의끝에 Jaw 의길이에 25mm 를더한길이가되어야한다. 나사선금속 Rod 는구분및지지에의해 Tube 에서편리하게위치될수있다. 프러그와실험조립품의세부사항은 Fig 2 에나타내었다. 6.3 Rigid Rods Rigid rod 에대한시편은 Fig 3 에나타내었다. 길이 L 은 Fig 3 의표에나타내었다. 홈은가공후초기벽두께의 60% 가되어야하기때문에튜브길이의중심에서시편의외경을가공해야한다. 이홈은외경에접하는각끝에서 57.2mm 의직선부와 76mm 반경으로구성되어야한다. 6.4 시편의모든표면은눈에보이는균열, 스크레치, 불완전이없어야한다. 거친기계가공에의해남겨진흔적은 Fine file, Abrasive 로조심스럽게제거되어야하며, 그리고 filed 표면은연마페이퍼로연마된다 (No.00 및이상 ). 마무리샌딩거리는시편의길이축에평행한방향으로만들어진다. 모든 Flash 는몰딩된시편에서제거되어야하며, 몰딩된시편표면이더러워지지않도록주의해야한다. 시편의가공에서, Fig1 에서나타낸치수허용오차를초과한 Under cut 은피해야한다. 다른가공오차가발생하지않도록주의한다. 6.5 시편에게이지마크를하는것이필요하다면, 실험할재료에영향을미치지않는왁스크레용이나잉크를사용할수있다. 게이지마크는시편에스크레치, 펀치, 압입의방법으로하지않는다. 6.6 실험재료의이방성이의심되면, 시편의길이방향과평행한지, 수직인지, 이방성의방향이의심되는지확인하기위해시편의중복세팅이준비되어야한다. 7. Number of Test Specimens 7.1 등방성재료의경우각시편에대해적어도 5 개시편을시험한다. 6/18
DIMENSIONS OF TUBE SPECIMENS A 89mm 보다큰다른 jaw 의경우, 표준길이는 jaw 의길이에서 178mm 을뺀길이의두배길이만큼증가될수있다. 표준길이는각 Jaw 에서 Jaw 그립의최대길이가유지되는동안약 6.4 에서 12.7mm 의미끄럼을허용한다. FIG. 2 Diagram Showing Location of Tube Tension Test Specimens in Testing Machine 7.2 10 개의시편을시험하는데, 각기등방성재료의경우각시편에서등방성의주축에대해 5 개는수직방향으로 5 개는평행한방향으로실험한다. 7.3 어떤균열에서파단된시편과단면감소부의바깥에서파단된시편은버리고균열과같은변수를구성하지않는이상재실험한다. NOTE 12 실험전에, 모든투명한시편은편광기에서검사되어야한다. 불규칙하거나집중된변형패턴을보이는시편은잔류변형의영향에대한연구될변수를구성하고있지않는한사용될수없다. 8. Speed of Testing 8.1 실험속도는실험동안그립및실험 Fixture 의움직임의상대적속도가되어야한다. 실험의결과속도가허용된변동폭내에있을때나타날수있다면실험장비가구동하고있을때구동그립및 Fixture 의움직임속도가사용될수있다, 8.2 Table 1 에서실험속도를선택한다. 실험될재료에대한사양에따라실험속도를결정하거나협약에의해결정한다. 속도가명시되어있지않을때, 사용되는시편형상에대한표 1 에나타난파단이 1/2 to 5 분실험시간내에일어나는최저속도를사용한다. 8.3 계수결정은선택된속도에서다른인장특성에대해기록계의반응및분해능이적합할때만들어질수있다. 8.4 포아슨비결정을위한실험속도는 5mm/min 이되어야한다. 7/18
9. Conditioning 9.1 Conditioning 협약이나 ASTM 재료사양에서달리언급하지않은이상, ± 2 C 와 50 ± 5 % 의상대습도에서 Practice D 618 의절차 A 를준수하여실험전 40 시간이하로시편의실험조건을준비한다. 사전실험준비참고자료에서는 ±1 C 와상대습도 ±2% 의허용오차를적용한다. 9.2 Test Conditions 실험은계약이나관련 ASTM 재료사양에의해달리언급되지않는이상, 23 ± 2 C 와상대습도 50 ±5 % 에서실시한다. 참고실험조건은, ±1 C 와상대습도 ±2% 의허용오차를적용한다. DIMENSIONS OF ROD SPECIMENS A 89mm 보다큰다른 jaw 의경우, 표준길이는 jaw 의길이에서 178mm 을뺀길이의두배길이만큼증가될수있다. 표준길이는각 Jaw 에서 Jaw 그립의최대길이가유지되는동안약 6.4 에서 12.7mm 의미끄럼을허용한다. FIG. 3 Diagram Showing Location of Rod Tension Test Specimen in Testing Machine TABLE 1 Designations for Speed of Testing A A 사용된시편형상에대해 1/2 to 5min 내에서파괴를일으키는최저속도를선택한다 (8.2 참조 ) 8/18
B 정의에대한용어 D 883 을확인한다. C Dumbbell 형상의시편의경우변형의초기속도는정확하게계산될수없는데왜냐하면게이지길이와 Fillet 을벗어난단면감소부에서의연신때문이다. 초기변형속도는인장변형 vs 시간의초기기울기로부터측정될수있다. 10. Procedure 10.1 각시편의폭과두께는 D 5947 의적용가능한실험방법을사용하여최대 0.025mm 까지측정한다. 10.1.1 각시편의중심에서평면시편의폭과두께를측정하고게이지길이의각끝의 5mm 내에서측정한다. 10.1.2 Injection 몰드시편치수는시편대시편의폭과두께의변동폭이 1% 이하로이전에증명된각샘플에서오직한개시편의실제측정으로결정될수있다. TABLE 2 Modulus, 106 psi, for Eight Laboratories, Five Materials TABLE 3 Tensile Stress at Yield, 103 psi, for Eight Laboratories, Three Materials TABLE 4 Elongation at Yield, %, for Eight Laboratories, Three Materials 10.1.3 단면감소부에서다이의커팅모서리사이의거리에따라 Type IV die 에의해생산된시편의폭을갖는다. 10.1.4 Rod 시편의직경을측정하고, 외경을최대 0.025mm 까지 Tube 시편의내경을최소각각 90 의두점에서 ; 홈을따라서측정을한다. Fig 2 에서와같이실험용튜브시편에 Plug 를사용한다. 10.2 실험장비의그립에시편을장착하고, 시편의길이축과그립의정렬을장비에가상의선을그어맞춘다. 평면시편을사용할때 Gripping 된표면의끝사이에거리는, Fig 1 에서나타난바와같다. 튜브와 Rod 시편에서, 그립의위치는 Fig 2 와 3 에서나타낸바와같다. 실험동안시편의미끄럼을예방하기위해필요한정도로그립을균일하게조이는데시편이변형되는되는것을피하기위해서이다. 10.3 Extension indicator 를부착한다. 계수를결정할때, Class B-2 나이상의 Extensometer 사양이요구된다. (5.2.1 참조 ) NOTE 13 재료의계수는응력 - 변형곡선의직선부의기울기로부터결정된다. 대부분의플라스틱은, 직선부가매우작으며, 매우빠르게일어난다, 그리고반드시자동으로기록되어야한다. Jaw 분리의변화를계수나연신율의결정에사용하여서는안된다. 10.3.1 Poisson s Ratio Determination: 10.3.1.1 포아슨비의측정은선택사항이며요청시결정될수있다. 인장계수가 5mm/min 의실험속도에서결정되었다면, 인장계수로서같은시간의포아슨비를결정하는것으로받아들여질수있다. 10.3.1.2 포아슨비는 5mm/min 의속도에서결정될수있다. 응력변형곡선에서뚜렷한직선탄성구간을갖는재료는탄성계수의측정에사용된것과같이같은하중범위에서결정될수있다. 직선응력과변형의관계비를나타내지않는재료는 0.0005 에서 0.0025mm 까지의축변형범위내에서결정되어야한다 (0.05~0.25%). 비가이와같은방법으로결정된다면, 응력의비례구간이분명하지않았다는것을기록해야한다. NOTE 14 응력대변형곡선의직진성을결정하기위한적합한방법은다른축변형수준에서 Tangent 계수의측정에의해결정하는것이다. 각변형에해당하는값은직선구간을나타낸다. 변형증가에따라내려가는경향을보이는값은비직선성을나타낸다. 10.3.1.3 가로변형측정장치를부착한다. 가로변형측정장치는축변형측정장치와연속적으로측정되어야한다. 9/18
10.3.1.4 힘과변형의측정을연속적으로하며데이터를기록한다. 포아슨비값의정밀도는축과가로변형에서측정한데이터의개수에따라결정된다. 데이터취득속도는초당최소 20 번을권장한다. 특별히중요한재료는응력변형곡선에서비직선구간을나타낸다. 10.4 8 장에서요구한바와같이적당한속도에서실험속도를세팅하고실험장치를시작한다. 10.5 시편의하중연신곡선을기록한다. 10.6 항복점에서 ( 한개일때 ) 하중과연신을기록하고파단시의하중과연신을기록한다. NOTE 15 계수와파단특성둘다측정하는것이요구되면, 크게연신되는재료의경우는, 두개의독립적실험을실행해야한다. 고배율 Extensometer 는일반적으로항복점까지의특성을결정하는데사용되며높은연신에해당하는실험에는적당하지않다. 시편에부착되어있는상태로유지한다면 Extensometer 는영구적으로손상될수있다. 11. Calculation 11.1 곡선의끝구간이느슨하거나, 재료의수용능력, 혹은다른인위적인원인에의해발생한것이아닌, 다소인증된재료의반응을나타내지않는다면끝부분에대한보상이 Annex A1을준수하여실시되어야한다. 11.2 인장강도-인장강도계산은 Square metres의시편게이지부에서최대하중 (Newton) 을평균단면적으로나누어서계산한다. 결과는 Pascal 단위로표기하고항복점에서인장강도혹은파단에서의인장강도와같이어느쪽용어가사용되든 3개의주요수치로기록한다. 일반항복및파괴하중이나타나거나적용할수있는최대하중보다작을경우, 항복에서인장강도및파단에서인장강도에해당하는같은방법으로계산될수있으며 3개의중요한수치로기록된다. (Note A2.8참조 ) 11.3 연신율값은시편게이지내에서균일한연신이발생한경우에유효성이인정된다. 연신율값은양적으로상대적이며공학용설계에적합하다. 시편게이지내에서불균일한변형이발생할때공칭변형값을기록한다. 공칭변형값은양적인효용성이있다. 11.3.1 Percent Elongation 퍼센트연신은초기시편게이지길이에대한상대적인게이지길이의변화이며, 퍼센트로표시된다. 퍼센트연신은 5.2의방법을사용하여계산한다. 11.3.1.1 Percent Elongation at Yield 항복점에서의연신값을읽어서항복점에서의퍼센트연신을계산한다. 연신을초기게이지길이로나누고 100으로곱한다. 11.3.1.2 Percent Elongation at Break 파단에서의퍼센트연신은시편파단시의연신을읽어계산한다. 연신을초기게이지길이로나누고 100을곱한다. 11.3.2 Nominal Strain 공칭변형은초기그립의분할에대한상대적인그립분할의변화이며퍼센트로표시된다. 공칭변형은 5.1.7에묘사된장치를사용하여계산될수있다. 11.3.2.1 Nominal strain at break 파단시의연신값을읽어파괴시의공칭변형을계산한다. 초기그립분할을연신으로나누고 100을곱한다. 11.4 Modulus of Elasticity 탄성계수는하중인장곡선의초기직선구간을연장하고변형에해당하는차이에의해직선의특정구간에해당하는응력의차이를나누어서구한다. 모든탄성계수값은계산에서시편의게이지부에서의평균단면적을사용하여계산될수있다. 이실험결과는 Pascal 단위로표시되고세가지중요한수치로기록되어야한다. 11.5 Secant Modulus 지정된변형에서, 이값은지정된변형으로해당하는응력을나누어서계산될수있다. 탄성계수값이선호되며어디에서든계산되는것이가능하다. 그러나비례성이나타나지않은재료는, 교차값이계산되어야한다. A1.3과 Fig A1.2에지시된 Tangent를그리고 Tangent 선이응력제로를통하는점에서항복점으로부터지정된변형을구분한다. 계산에사용되는응력은시편의초기평균단면적으로하중연신곡선을나누어서결정한다. 11.6 Poisson s Ratio 축 Extensometer에의해나타나는축변형과가로 Extensometer에의해나타나는가로변형은가하는힘에 Fig 4와같이그려진다. 11.6.1 변형에대한응력의비례성이있는재료는탄성계수를구할수있고계수의결정에사용되는하중범위내에서각점을통해그려진다, 그리고이선의와의기울기가결정된다. 계산에서최소제곱법의사용은그려진선에서의결과오차를감소시킬수있다. 포아슨비, μ, 는다음과같이결정될수있다. 여기에서 : = 가로변형의변화 = 세로변형의변화 = 가해진힘의변화 (1) 10/18
FIG. 4 Plot of Strains Versus Load for Determination of Poisson s Ratio (2) 점을통해그려진직선에의해발생할수있는오차는최소자승법을사용하여감소될수있다. 11.6.2 변형에대한응력의비례성이없는재료는 의비는 = 0.002이고 toe 보상을한후결정될 수있다. (3) 11.7 각실험의경우, 구해진모든값의수학적평균을계산하고질문에서특정특성에대한평균값으로 기록한다. 11.8 다음과같이표준편차를계산하고두개의중요한수치로기록한다. (4) 여기에서 : s = 계산된표준편차, X = 한번의관찰값 n = 여러번의관찰값, and X = 관찰값의수학적평균 11.9 Toe 보상에대한 Annex A1을참고한다. 12. Report 12.1 다음정보를기록한다. 12.1.1 실험된재료의정확한사양, 형식포함, Source, 제조자코드번호, 형상, 주요치수, 이전가공및제조기록, 기타등등. 12.1.2 시편준비방법 12.1.3 시편의형식과치수 12.1.4 사용된절차 12.1.5 실험공간의분위기 12.1.6 실험된시편의개수 12.1.7 실험속도 12.1.8 사용된 Extensometer 의사양. 측정기술과초소 Class C Extensometer 대신에사용된계산방법의설명 12.1.9 항복및파괴에서의인장강도, 평균값, 표준편차. 12.1.10 항복및파괴에서의인장강도, 사용가능시, 평균값, 표준편차. 12.1.11 항복및파괴에서의퍼센트연신및파괴에서의공칭변형, 혹은모든세가지값, 적용가능시평균값과표준편차. 12.1.12 탄성계수및교차계수, 평균값, 그리고표준편차. 12.1.13 측정되었다면, 포아슨비, 평균값, 표준편차, 그리고변형범위내에서어디가비례성이있는지명시 12.1.14 실험날짜. 12.1.15 Test Method D 638 의개정일 13. Precision and Bias 4 13.1 Precision Table 2~6 은 1984 년에실시한실험실간비교실험에기초한내용이며, 5 개에해당하는재료가 Type 1 시편을사용하여 8 개의연구소에서실험되었으며, 모두 0.125in 의두께를보유하였다. 각실험결과는 5 개의독립적인측정을근거로하였다. 각실험실은각재료에대해두개의실험결과를구하였다. 13.1.1 Table 7~10 은 1988 년 polyolefin subcommittee 으로실험된실험실간비교실험을기초한내용이며, 열개의실험실에서실험된 8 개의 Polyethylene 재료에관한것이다. 각재료에대해, 모든샘플은하나의 Source 에서몰딩되었으나, 독립적인시편이실험실에서준비되었다. 각실험결과는다섯개의독립적결과에대한평균값이다. 각실험실에서구해진 3 개의실험결과는각재료에대한결과이다. 몇몇실험실의데이터는다양한이유로사용되지못하였으며, 각테이블에기록되었다. 13.1.2 Table 11 은한개의실험실에관련된반복성에대한내용이다. 두개의사용된재료는채워지지않은 polypropylene 형식이다. 4 개의지지데이터에의해실시된측정은 ASTM 본사에서이용가능하다. 1984 년의실험실간비교실험 RR: D20-1125 와 1988 년의실험실간비교실험 RR: D20-1170 을요청한다. 11/18
TABLE 5 Tensile Strength at Break, 103 psi, for Eight Laboratories, Five Materials A A 비강화 propylene plastics 에서구해진파단값에서의인장강도와연신율은실험 Bar 중심부의연신혹은인발에서의불균일성때문에일반적으로매우높은변수가있다. 항복에서의인장강도와연신율이더재현성이있고몰딩파트의실질적으로쓸모없는대부분의경우에연관이되기때문에, 일반적으로사양목적으로추천된다. TABLE 6 Elongation at Break, %, for Eight Laboratories, Five Materials A A 비강화 propylene plastics 에서구해진파단값에서의인장강도와연신율은실험 Bar 중심부의연신혹은인발에서의불균일성때문에일반적으로매우높은변수가있다. 항복에서의인장강도와연신율이더재현성이있고몰딩파트의실질적으로쓸모없는대부분의경우에연관이되기때문에, 일반적으로사양목적으로추천된다. TABLE 7 Tensile Yield Strength, for Ten Laboratories, Eight Materials 13.1.3 Table 2-11 에서, 실험된 5 개의시편에서발생한실험결과를나타내었다. 13.1.3.1 S r 은평균값의실험실내에서의표준편차이다 : I r = 2.83 Sr (13.1.3.3 의 Ir 의사용에대해참조.) 13.1.3.2 S R 은평균의실험실표준편차사이의값이다 : I R = 2.83 SR. (13.1.3.4 의 I R 의사용에대해참조.) 13.1.3.3 Repeatability 반복성 - 같은날같은장비, 같은사용자에의해구해진같은재료에대한두실험결과의비교에서, 실험결과는재료와상태에대한 I r 값이다를경우같은값으로평가될수없다. 13.1.3.4 Reproducibility 같은날같은장비, 같은사용자에의해구해진같은재료에대한두실험결과의비교에서, 실험결과는재료와상태에대한 I r 값이다를경우같은값으로평가될수없다. ( 이는다른실험실혹은같은실험실에서다른장비일경우적용한다 ) 13.1.3.5 13.1.3.3 및 13.1.3.4 에따른평가는약 95% 신뢰한계를가진다. 13.1.3.6 다른수식은다른결과를나타낼수있다. 13.1.3.7 본장에서사용한방법론에대한추가정보는 Practice E691 을참조한다. 13.1.3.8 The precision of this test method is very dependent upon the uniformity of specimen preparation, standard practices for which are covered in other documents. 이실험방법의정밀도는시편준비의균일성과, 다른문서에서포함되어있는표준절차에따라결정된다. 13.2 Bias 본실험방법의경향을측정할인정된규격이없는실정이다. 14. Keywords 14.1 modulus of elasticity; percent elongation; plastics; Poisson s ratio; tensile properties; tensile strength 12/18
ANNEXES (Mandatory Information) A1. TOE COMPENSATION A1.1 In a typical stress-strain curve (Fig. A1.1) there is a toe region, AC, that does not represent a property of the material. It is an artifact caused by a takeup of slack and alignment or seating of the specimen. In order to obtain correct values of such parameters as modulus, strain, and offset yield point, this artifact must be compensated for to give the corrected zero point on the strain or extension axis. A1.2 In the case of a material exhibiting a region of Hookean (linear) behavior (Fig. A1.1), a continuation of the linear (CD) region of the curve is constructed through the zero-stress axis. This intersection (B) is the corrected zero strain point from which all extensions or strains must be measured, including the yield offset (BE), if applicable. The elastic modulus can be determined by dividing the stress at any point along the line CD (or its extension) by the strain at the same point (measured from Point B, defined as zerostrain). A1.3 In the case of a material that does not exhibit any linear region (Fig. A1.2), the same kind of toe correction of the zero-strain point can be made by constructing a tangent to the maximum slope at the inflection point (H8). This is extended to intersect the strain axis at Point B8, the corrected zero-strain point. Using Point B8 as zero strain, the stress at any point (G8) on the curve can be divided by the strain at that point to obtain a secant modulus (slope of Line B8 G8). For those materials with no linear region, any attempt to use the tangent through the inflection point as a basis for determination of an offset yield point may result in unacceptable error. A2. DEFINITIONS OF TERMS AND SYMBOLS RELATING TO TENSION TESTING OF PLASTICS A2.1 elastic limit the greatest stress which a material is capable of sustaining without any permanent strain remaining upon complete release of the stress. It is expressed in force per unit area, usually megapascals [pounds-force per square inch]. NOTE A2.1 Measured values of proportional limit and elastic limit vary greatly with the sensitivity and accuracy of the testing equipment, eccentricity of loading, the scale to which the stress-strain diagram is plotted, and other factors. Consequently, these values are usually replaced by yield strength. A2.2 elongation the increase in length produced in the gage length of the test specimen by a tensile load. It is expressed in units of length, usually millimetres [inches]. (Also known as extension.) NOTE A2.2 Elongation and strain values are valid only in cases where uniformity of specimen behavior within the gage length is present. In the case of materials exhibiting necking phenomena, such values are only of qualitative utility after attainment of yield point. This is due to inability to ensure that necking will encompass the entire length between the gage marks prior to specimen failure. A2.3 gage length the original length of that portion of the specimen over which strain or change in length is 13/18
determined. A2.4 modulus of elasticity the ratio of stress (nominal) to corresponding strain below the proportional limit of a material. It is expressed in force per unit area, usually megapascals [pounds-force per square inch]. (Also known as elastic modulus or Young s modulus). NOTE A2.3 The stress-strain relations of many plastics do not conform to Hooke s law throughout the elastic range but deviate there from even at stresses well below the elastic limit. For such materials the slope of the tangent to the stress-strain curve at a low stress is usually taken as the modulus of elasticity. Since the existence of a true proportional limit in plastics is debatable, the propriety of applying the term modulus of elasticity to describe the stiffness or rigidity of a plastic has been seriously questioned. The exact stress-strain characteristics of plastic materials are very dependent on such factors as rate of stressing, temperature, previous specimen history, etc. However, such a value is useful if its arbitrary nature and dependence on time, temperature, and other factors are realized. A2.5 necking the localized reduction in cross section which may occur in a material under tensile stress. A2.6 offset yield strength the stress at which the strain exceeds by a specified amount (the offset) an extension of the initial proportional portion of the stress-strain curve. It is expressed in force per unit area, usually megapascals [poundsforce per square inch]. NOTE A2.4 This measurement is useful for materials whose stress strain curve in the yield range is of gradual curvature. The offset yield strength can be derived from a stress-strain curve as follows (Fig. A2.1): On the strain axis lay off OM equal to the specified offset. Draw OA tangent to the initial straight-line portion of the stress-strain curve. Through M draw a line MN parallel to OA and locate the intersection of MN with the stress-strain curve. The stress at the point of intersection r is the offset yield strength. The specified value of the offset must be stated as a percent of the original gage length in conjunction with the strength value. Example: 0.1 % offset yield strength =... MPa [psi], or yield strength at 0.1 % offset... MPa [psi]. A2.7 percent elongation the elongation of a test specimen expressed as a percent of the gage length. A2.8 percent elongation at break and yield: A2.8.1 percent elongation at break the percent elongation at the moment of rupture of the test specimen. A2.8.2 percent elongation at yield the percent elongation at the moment the yield point (A2.22) is attained in the test specimen. A2.9 percent reduction of area (nominal) the difference between the original cross-sectional area measured at the point of rupture after breaking and after all retraction has ceased, expressed as a percent of the original area. A2.10 percent reduction of area (true) the difference between the original cross-sectional area of the test specimen and the minimum cross-sectional area within the gage boundaries prevailing at the moment of rupture, expressed as a percentage of the original area. A2.11 Poisson s Ratio The absolute value of the ratio of transverse strain to the corresponding axial strain resulting from uniformly distributed axial stress below the proportional limit of the material. 14/18
A2.12 proportional limit the greatest stress which a material is capable of sustaining without any deviation from proportionality of stress to strain (Hooke s law). It is expressed in force per unit area, usually megapascals [poundsforce per square inch]. A2.13 rate of loading the change in tensile load carried by the specimen per unit time. It is expressed in force per unit time, usually newtons [pounds-force] per minute. The initial rate of loading can be calculated from the initial slope of the load versus time diagram. A2.14 rate of straining the change in tensile strain per unit time. It is expressed either as strain per unit time, usually metres per metre [inches per inch] per minute, or percent elongation per unit time, usually percent elongation per minute. The initial rate of straining can be calculated from the initial slope of the tensile strain versus time diagram. NOTE A2.5 The initial rate of straining is synonymous with the rate of crosshead movement divided by the initial distance between crossheads only in a machine with constant rate of crosshead movement and when the specimen has a uniform original cross section, does not neck down, and does not slip in the jaws. A2.15 rate of stressing (nominal) the change in tensile stress (nominal) per unit time. It is expressed in force per unit area per unit time, usually megapascals [pounds-force per square inch] per minute. The initial rate of stressing can be calculated from the initial slope of the tensile stress (nominal) versus time diagram. NOTE A2.6 The initial rate of stressing as determined in this manner has only limited physical significance. It does, however, roughly describe the average rate at which the initial stress (nominal) carried by the test specimen is applied. It is affected by the elasticity and flow characteristics of the materials being tested. At the yield point, the rate of stressing (true) may continue to have a positive value if the cross-sectional area is decreasing. A2.16 secant modulus the ratio of stress (nominal) to corresponding strain at any specified point on the stress-strain curve. It is expressed in force per unit area, usually megapascals [pounds-force per square inch], and reported together with the specified stress or strain. NOTE A2.7 This measurement is usually employed in place of modulus of elasticity in the case of materials whose stress-strain diagram does not demonstrate proportionality of stress to strain. A2.17 strain the ratio of the elongation to the gage length of the test specimen, that is, the change in length per unit of original length. It is expressed as a dimensionless ratio. A2.17.1 nominal strain at break the strain at the moment of rupture relative to the original grip separation. A2.18 tensile strength (nominal) the maximum tensile stress (nominal) sustained by the specimen during a tension test. When the maximum stress occurs at the yield point (A2.22), it shall be designated tensile strength at yield. When the maximum stress occurs at break, it shall be designated tensile strength at break. A2.19 tensile stress (nominal) the tensile load per unit area of minimum original cross section, within the gage boundaries, carried by the test specimen at any given moment. It is expressed in force per unit area, usually megapascals [pounds-force per square inch]. NOTE A2.8 The expression of tensile properties in terms of the minimum original cross section is almost universally used in practice. In the case of materials exhibiting high extensibility or necking, or both (A2.16), nominal stress calculations may not be meaningful beyond theyield point (A2.22) due to the extensive reduction in cross-sectional area that ensues. Under some circumstances it may be desirable to express the tensile properties per unit of minimum prevailing cross section. These properties are called true tensile properties (that is, true tensile stress, etc.). A2.20 tensile stress-strain curve a diagram in which values of tensile stress are plotted as ordinates against corresponding values of tensile strain as abscissas. A2.21 true strain (see Fig. A2.2) is defined by the following equation for where: dl = increment of elongation when the distance between the gage marks is L, Lo = original distance between gage marks, and L = distance between gage marks at any time. A2.22 yield point the first point on the stress-strain curve at which an increase in strain occurs without an increase in stress (Fig. A2.2). NOTE A2.9 Only materials whose stress-strain curves exhibit a point of zero slope may be considered as having a yield point. NOTE A2.10 Some materials exhibit a distinct break or discontinuity in the stress-strain curve in the elastic region. This break is not a yield point by definition. However, this point may prove useful for material characterization in some cases. A2.23 yield strength the stress at which a material exhibits a specified limiting deviation from the proportionality of stress to strain. Unless otherwise specified, this stress will be the stress at the yield point and when expressed in relation to the tensile strength shall be designated either tensile strength at yield or tensile stress at yield as required in 15/18
A2.18 (Fig. A2.3). (See offset yield strength.) A2.24 Symbols The following symbols may be used for the above terms: 16/18
SUMMARY OF CHANGES This section identifies the location of selected changes to this test method. For the convenience of the user, Committee D20 has highlighted those changes that may impact the use of this test method. This section may also include descriptions of the changes or reasons for the changes, or both. D 638-03: (1) Revised paragraphs 5.3, 10.1, 11.2, and 11.4 to reflect use of D 5947 and harmonization with ISO 527. (2) Revised 8.4. (3) Added new 10.3.1.1. (4) Renumbered old 10.3.1.1 to 10.3.1.2. (5) Added new Note 14. (6) Renumbered old 10.3.1.2 to 10.3.1.3. (7) Renumbered old 10.3.1.3 to 10.3.1.4. (8) Revised wording of new 10.3.1.4. (9) Renumbered old Note 14 to 15. (10) Revised 11.6. (11) Revised 11.6.1. (12) Added new 11.6.2. (13) Added new equation (3). (14) Renumbered old equation (3) to (4). (15) Revised 12.1.12. (16) Added new 12.1.13. (17) Add new Table 11. (18) Add new 13.1.2. (19) Renumbered old 13.1.2 through 13.1.2.8 to 13.1.3 through 13.1.3.8. (20) Added Poisson s ratio to 14.1 Keywords. (21) Added new A2.11. (22) Renumbered A2.11 through A2.24 to A2.12 through A2.25. D 638-02a: (1) Added 5.1.7. (2) Added new text from 11.3 to 11.3.2.1. (3) Revised 12.1.11. (4) Added A2.16.1. D 638-02: (1) Revised 9.1 and 9.2. D 638-01: (1) Modified 7.3 regarding conditions for specimen discard. D 638-00: 17/18
(1) Added 11.1 and renumbered subsequent sections. D 638-99: (1) Added and clarified extensometer classification requirements. D 638-98: (1) Revised 10.3 and added 12.1.8 to clarify extensometer usage. (2) Added 12.1.15. (3) Replaced reference to Test Methods D 374 with Test Method D 5947 in 2.1 and 5.3. 18/18