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역학적 시험법 중 압축시험에 관하여
역학적 시험법 중 압축시험에 관하여
압축시험
직방체 또는 원주형에 성형한 시험편을 2매의 평행판 사이에 끼워 시험편에 압축하중을 가하여 파괴될 때 까지의 응력과 변형을 구하는 시험법을 압축시험이라고 한다. 사용되고 있는 시험기초는 인스트론형 혹은 앰슬러(Amsler)형 만능시험기 등이 있다.
1. 시험법 규격
각국의 규격의 요점을 정리한다면 [표 4]와 같다.
[ 표4 ] 주요 압축 시험법 규격
(1) 압축강도를 구한는 경우
될수 있는한 JIS K6911에 의한 방법으로 예를 들자면 성형재료는 20X20X20min의 정육면체, 적층판은 1.3X13X25mm의 직육면체 적층봉(10~20φ) 및 적층관(외경 10mm이상, 내경 6mm이상, 두께 2mm이상)은 원래 길이대로 25min의 시험편을 사용한다. 시점속도는 5mm/min
(2) 항복점 혹은 탄성율을 구하는 경우ISO(또는 ASTM)에 의한 경우로 길이는 l은 세장비 l/l / 10으로 정한다. 따라서 시험편의 단면형상에 따라
단, I : 단면 2차 모멘트(Moment), k = 단면 2차반경을 기준으로하면 좋다.
2. 시험에 관한 유의점
(1) 시험편의 상하단면을 가능한한 평활하게 하고 축방향과 직각되게 세울것. 수직도가 나쁘면 편심하중의 원인이 된다.
(2) 시험편의 중심선과 가압편의 그것과 동일 직선상에 있을 경우에 시험편을 넣어 부하를 걸것.
(3) 따라서 변형의 양상이 서로 다른것(예컨데, 현저하게 큰 형으로 되거나 되지 않는거)과의 사이에 압축강도의 비교는 안된다.
(4) 크로스 헤드(cross head) 이동량으로 부터 탄성율을 구하는(ASTM에서는 금지시키고 있다) 경우에는 일반적으로 참값보다 낮은 값이 되는 점에 주의하지 않으면 안된다. 또한 높이만 다른 동일형상 치수의 시험편을 1개씩 사용한다면 양쪽의 측정치로부터 참값에 가까운 값을 구하는 것이 된다.
3. 특성치
압축강도 및 파괴시의 변형은 제각기 다음의 식으로 부터 구한다.
압축강도 = W.A(kg/mm2)
파괴시의 변형 = (lo-l) / loX100(%)
ㆍW : 파괴시의 하중(kg)
ㆍA : 단면적 (mm2)
ㆍl : 파괴시의 시험편의 길이(mm)
ㆍlo : 파괴전의 시험편의 길이(mm)
출처 : 플라넷뉴스(http://www.plastics.kr)
역학적 시험법 중 굽힘시험에 관하여
역학적시험법 굽힘시험
굽힘시험
가늘고 긴 봉상 시험편을 2개의 지지점에 올려 놓고 일정한 속도로 횡 방향에서 하중을 가하여 구부려 파괴되기 까지의 응력과 변형을 구하는 시험법을 굽힘시험이라 한다. 측정하기 위한 시험기로는 일반적으로 유압식 Amsler형 만능 시험기 등이 쓰여지고 있다.
1. 시험법 규격
시험법으로는 <그림 2>와 같이 2m의 지지점에 단순히 지지되는 시험편의 중앙에 집중하중을 가하는 3점 굽힘방식만이 규격화 되어있다. 장방형 단면 시험편의 3점 굽힘 시험법에 대해서는 각국의 주요 규격의 주요 조건은 [표 3]에 나타나고 있다. JIS K6911에서는 [표 3]의 경우에 적층관이나 적층봉에 대한 규정이 있다.
[ 그림2 ] 굴곡시험방법![[ 표3 ] 주요 굽힘 시험법 규격 비교법](https://cdn.plastics.kr/news/photo/202303/601_954_5238.png)
[ 표3 ] 주요 굽힘 시험법 규격 비교법
2. 시험에 관한 유의점
(1) 시험편을 제작함에 있어서 가늘고 긴 각주의 폭과 높이(즉 단면적)을 균일하게 하고 휘지않게 할 것 또 표면을 평활하게 하고 각 날의 직각도와 평해도를 좋게 하는 것이 중요하다.
(2) 시험편을 지지하는 지점의 선단 및 시험편의 중앙상부에서 부하를 걸기 위해 가입한 선단의 곡률은 각각의 규격에 의해 결정되고 있으며, 일반적으로 지점선단의 곡률의 커지면 굽힘강도는 커지고 그 곡률이 작아진다면 굽힘강도는 작아지는 경향이 있으므로 충분히 주의할 필요가 있다.
(3) 시험편을 지지하는 두 지점은 규정된 간격으로 장치할 것.
3. 특성치
굽힘강도는 시험력이 휘어 꺽여 파괴할 때의 파괴강도를 나타내고 장방형 단면 시험편의 경우에 다음 식으로 구한다.
ㆍ굽힘강도 = 3WL / 2bh2
ㆍ굽힘탄성율 = (W/Y) L3 / 4bh3
단, W : 파괴시의 하중(kg), (W/Y)
초기 세워둔 상태의 직선의 구배로 시험편의 단위 휨에 있어서 하중(kg/min), b, h, L은 [표 3]과 동일
4. 특성치에 미치는 시험조건의 영향
굽힘 특성치도 인장특성과 마찬가지로 시험편의 형상치수 등의 많은 인자의 영향을 받고 시험조건의 선정하는 방법에 따라 변화한다. 측정치의 변화가 적어지고 파단 또는 항목이 작은 변형이 일어나는 경우에 할 수 있는 가장 바람직한 시험조건으로서
ㆍ지점간의 거리 : L = 16h
ㆍ시험편의 폭 : b = 10h
ㆍ시험편의 높이 : h = 2~4mm
ㆍ시험속도 : N = zL2 / 6h(z=0.03)
이 예로 들어져 있다. 또 I1S R 175-1961은 [표 3]의 경우 굽힘시점에 있어서의 최대 휨 한도를 규정하고 있으며, 시험편 노이의 1.5배로 되는 경우는 시험을 중지하고 그대로의 응력을 구하는 것으로 되고 있는 점에 주의하지 않으면 안된다.
*저작권법에 의해 보호를 받는 저작물이므로 무단전재와 무단 복제를 엄금합니다.
출처 : 플라넷뉴스(http://www.plastics.kr)
역학적 시험법 중 인장시험에 관하여
역학적 시험법,인장시험
인장시험
시험편의 양단을 시험편 잡는 기구(쟈크)로 유지하고 시험편에 축 방향의 인장하중을 가하여 파괴될때 까지의 응력과 왜곡을 구하는 시험법을 인장시험이라하고 역학적 시험법 중에서 가장 널리 이용되고 있다. 사용되고 있는 인장시험 기초는 유압식의 압슬러(Amsler)형 또는 인스트론(Instron)형 만능 시험기 등이 있다.
1. 시험법 규격
각 국에 있어서의 시험법 규격으로는 ASTM(미국), OIN(독일) 및 ISO의 경우에는 제각기 재료규격 중에 포함되어 있는 것도 있다. 따라서 시험편의 표준치수는 그 대상물질과 형태에 따라 다르고 필름과 시트와 같은 얇은 것에 구멍을 뚫는 경우는 덤벨(dump-bell)형이 주로 사용되고 특히 얇은 필름의 경우에는 조붓한 종이모양 시험편도 사용되고 있다. 덤벨형 시험편의 치수는 [표 1]에 나타났듯이 시험편의 평행부분의 폭 등이 두꺼워 집에 따라 다르다. 또 성형재료의 인장강도를 구하는 경우에는 <그림 1>의 경우에 폭이 넓고 두텁고 평행부가 없는 것이 일반적으로 사용되어 진다.
[ 표1 ] 덤벨(Dunb-ball)형 시험법
[ 그림1 ] 인장 시험편의 형상
[ 그림2] 인장 시험편의 형상
2. 시험에 관한 유의점
(1) 시험편을 성형할 때 또는 구멍을 뚫을 때 dump-bell형 시험편의 표점간격이 맞는 평행 부분의 폭과 두께를 될 수 있는 한 평균 균일하게하고 파손되지 않도록 할 것.
(2) 시험편의 폭과 두께는 모두 0.01mm까지 정확히 측정하고 특히 필름과 시트와 같이 얇은 것인 경우에는 여러 곳에서 측정할 것 또 신장을 측정할 때는 표점표시를 기입하는 일이 자주 행해져야 되고, 줄 등으로 파손되는 것은 절대로 피하고 특수잉크, 색연필 등으로 표시를 하고 있다.
(3) 시험편의 고정구조는 하중이 증가함에 따른 시험편을 죄는 가변형이 좋고 또한 유효한 것은 시험편과의 접융면에의 톱니처럼 돌기물을 붙인 것으로 이에 따른 시험편의 미끄러짐을 방지하는 것이 있다. 톱니상의 정도는 시험할 재질에 따라 적절하게 병행되어야 할 것이다. 딱딱한 시료의 경우에는 거칠기 때문에 부드러운 시료로 은밀히 한 경우가 좋다. 다만 얇은 필름이나 시트 상태의 실험편의 경우에는 인열을 일으키지 않는 공정구의 어느것으로도 파단하는 것이 없는 경우에 고정구의 표면은 평평하다.
(4) 인장시점의 특성치들에 관하여 최소화되게 하기 때문에 인장방향과 시험편의 축방향이 똑바로 일치할 때에 시험편의 취부된 방향으로 충분히 주의할 것.
3. 특성치
인장 강도는 시험편이 파단할때의 파괴 강도를 나타내고 파단시의 하중W(kg)을 원래의 시험편의 단면적 A(mm2)으로 나눈 W/A(kg/mm2)으로 신율은 파단시의 표점간격 G로서 나눈것의 백분율을 △G/G X 100(%)로 나타낸다. 탄성율은 응력 - 변형곡선의 초기 직선부의 경사로부터 구한다. 직선부를 갖지 않는 경우에는 탄성율 대신에 100% 모듈러스(modulus)로 표시하는 것도 있다. 이것은 표점 간격이 원래의 2배에 다다를 때의 하중을 시험편의 단면적으로 나눈 값이다.
4. 특성치에 미치는 시험조건의 영향
인장시험에 있어서 인장강도, 응력 - 변형곡선 등의 특성치는 시험조건 예를 들자면 시험온도, 시험속도, 시험편의 형상치수 및 그 작성 조건 혹은 상태조적, 시점기 특성, 정자에 의한 개인차 등에 따라 좌우된다.
시험 속도 및 시험 온도는 일반적으로 연한(부드러운) 플라스틱 재료정도도 두텁거나 얇은 정도에 따라 영향을 받기쉽고 일반적으로 시험속도(변형속도)가 증가한다. 시험온도가 저하함에 따라 강도 및 탄성율은 커지게 되고 연신율을 감하는 경향이 있다. 따라서 [표 2]의 경우 시험속도와 시험온도를 시험하는 각 재료마다 규정하고 있다. JIS k6723(연질 PVC 컴파운드)의 경우에는 온도 환산계수를 규정하고 있는 표이다.
[ 표2 ] 각종 플라스틱의 시험속도와 시험온도
또 시험편의 형상으로는 ISO 혹은 ASIM형이 좋고 두께가 2~3mm, 시점속도 1~10mm/min 정도(程度)가 측정치의 분산이 적은것 시험기 특성 및 개인차에 의한 측정치 및 그 분산이 큰 것 등이 보고 되고 있다.
*저작권법에 의해 보호를 받는 저작물이므로 무단전재와 무단 복제를 엄금합니다.
출처 : 플라넷뉴스(http://www.plastics.kr)
역학적 시험법 개론
역학적 시험법 개론
개론
1. 응력과 변형
물체에 외력을 작용시키면 변형하고 외력을 제거하면 원래의 현상으로 복귀하는 성질을 탄성이라고 하며 부하를 준순간에 변형이 일어나고 장시간 외력을 작용시키고 있어도 변형에 변화가 없고 외력을 제거하면 순간적으로 변형이 없어지는 탄성을 이상탄성 또는 순간 탄성이라 한다. 이것에 대하여 하중을 제거하여도 원래의 형상으로 되지 않는 성질을 소성이라 하고 이 소성변형은 탄성변형과는 달라 하중을 가하고 있는 시간에 의존한다.
시간에 관계하는 변형은 변형이 외력이 가해지고 있는 시간과 같이 증가하고 외력을 제거하면 장시간 후에 완전히 회복하는 것(크리이프 변형 혹은 지연탄성변형이라고 한다.)과 외력을 제거해도 그대로 잔류하는 변형(물체의 내부마찰 또는 점성에 의한 것으로 점성유동이라함)의 2가지로 분류된다. 일정한 응력하에서 물체변형의 일반식은 다음식으로 표시된다.
일반적으로 역학적 시험을 될수 있는 한 단순화하여 상기 식중의 세가지 항 가운데서 어느 것일 지라도 하나를 측정하여도 되지만 다른 두가지 영향을 완전히 무시해서는 안된다.
2. 역학적 시험법의 종류
역학적 시험법은 무수히 많고 이론적으로 분류한다는 것은 매우 곤란하다. 그러나 역학적 강도는 강도의 의미 물체에 가해지는 하중과 시간과의 관계 등에 따라 매우 달라지고 하중의 종류 하중이 가해지는 방법에 따른 분류가 흔히 사용되어 지고 있지만 명확한 것은 아니다.
(1) 파괴에 대응한 저항에서 강도를 구하는 것
ㆍ정적 시험법 : 인장시험, 굽힘시험, 압축시험, 전단시험 등
ㆍ동적 시험법 : 충격시험, 피로시험, 크리이프시험, 응력완화시험 등
(2) 압입에 대응한 저항을 구하는 것 : 경도시험
(3) 마찰마모에 대응한 저항을 구하는 것 : 마모시험, 마찰시험 등
(4) 변형에 대응한 저항을 구하는 것 : 파괴시험
*저작권법에 의해 보호를 받는 저작물이므로 무단전재와 무단 복제를 엄금합니다.
출처 : 플라넷뉴스(http://www.plastics.kr)
플라스틱에는 다양한 종류가 있다. 가장 먼저 알아두어야 할 것은?
플라스틱에는 다양한 종류가 있다.
플라스틱은 복잡한 이름을 가진 것이 있어 알기 귀찮게 느껴질 것이다. 특히 같은 종류의 플라스틱이라도 특성이 다른 것이 있기 때문에 기억하기가 어렵다고 생각한다.
예를 들면 낙수받이와 테이블 크로스가 같은 염화 비닐이라는 것을 이해할 수 없을 것이라는 생각이 든다.
우선 플라스틱을 두 개로 나누어 보자.
열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱이다. 어려운 것 같은 이름이지만 모든 플라스틱은 이렇게 두 종류로 분류할 수 있다.
열가소성이란, 열을 가하면 점토와 같이 변형할 수 있다는 의미이다. 가열해서 형의 속에 넣고 성형한다. 과자로 말하면 초콜릿이다.
중탕을 해서 형에 흘려 넣고 납작한 초콜릿을 만드는 것을 상상하기 바란다. 플라스틱의 대부분이 이 타입이다. 이 플라스틱은 불에 가까이 다가가면 녹아 버린다.
또 하나는 열경화성 플라스틱이라고 한다. 이 쪽은 분말상 원료를 형에 넣고 가열한다. 그렇게 하면 화학 반응이 일어나 플라스틱을 만들 수 있게 된다. 이 플라스틱은 가열해도 잘 녹지 않을 때가 있다. 이 때문에, 내열성이 필요한 프라이팬 손잡이나 냄비 뚜껑의 손잡이 등에 쓰인다.
열가소성 플라스틱을 초콜릿이라 생각했다면, 열경화성 플라스틱은 쿠키라고 생각하면 된다. 밀가루를 구워 쿠키를 만드는 것과 비슷하기 때문이다.
열경화성 플라스틱의 내열성에는 한계가 있기 때문에 온도가 너무 오르면 분해된다. 이 분해 가스에는 포르말린이나 페놀 같은 자극성 가스가 포함되어 있다. 따라서 내열성이 있다고 해도 방심은 금물이다.
추가적으로, 열가소성 플라스틱을 가격으로 분류하는 일이 있다.
즉, 값이 싸서 일용품에 널리 쓰이고 있는 범용 플라스틱과, 너무 비싸서 일상에서는 그다지 눈에 띄는 일이 없는 고성능 플라스틱인 엔지니어링 플라스틱이다.
엔지니어링 플라스틱의 소비량은 전열 가소성 플라스틱의 약 10%를 차지하는 것에 불과하다.
우리 생활과 관련 깊은 것은 범용 플라스틱이다. 범용 플라스틱에는 5대 플라스틱이라고 하는 것이 있다. 우선 이름만 예로 들어 보자.
고밀도 폴리에틸렌(polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 그리고 폴리스티렌이다.
맨처음의 세가지는 성질이나 외관이 비슷하기 때문에 정리해서 폴리올레핀이라고 불릴 때가 있다. 염화비닐은 불에 잘 타지 않기 때문에 건재 등에는 많이 쓰이고 있다.
플라스틱에는 열가소성과 열경화성이 있고, 열가소성 플라스틱이 대부분이다. 열가소성 플라스틱의 대부분은 범용 플라스틱이라는 것. 그리고 나머지 플라스틱의 대부분은 폴리올레핀과 폴리스티렌, 염화비닐이라는 것을 기억해두자.
<출처 - 플라스틱넷, http://www.plasticnet.kr/>
플라스틱은 어떻게 만들어지는 것인가?
플라스틱의 대부분은 석유를 원료로 하고 있다. 석유를 플라스틱과 같은 안정된 물질로 하기 위해서는 고분자화라는 분자를 크게 만드는 화학 조작이 필요하다. 물질은 분자의 크기가 클수록 안정적인 경향이 있다.
어린 아이들이 종종걸음으로 돌아다니다가 어른이 되면 안정적으로 걷는 것과 유사하다.
석유의 분자량(분자의 크기라고 생각하기 바란다)이 작은 것은 에탄, 메탄 같은 가스다. 우리가 쓰고 있는 도시가스도 이 것과 같다.
도시가스의 대부분은 석유와 병산(倂産)된다. 모두 아는 것처럼 가스는 가볍기 때문에 쉽게 확산되고 쉽게 불에 탄다.
좀 더 분자량이 커지면 실온에서는 액체 석유가 된다. 같은 석유라도 가솔린과 등유 또는 중유에서는 안정성이 달라진다.
분자량이 작은 가솔린은 휘발하기 쉽고 불타기 쉬운 성질이 있다. 분자량이 큰 중유는 인화하기 어렵게 된다. 더 분자량이 커지면 파라핀이라든가 왁스와 같이 고체가 된다.
플라스틱은 게다가 분자량이 큰 물질이다. 이 때문에 일괄해서 '고분자'라고 불리고 있다. 플라스틱은 상온에서는 물론 고체이고, 쉽게 휘발하지 않는다. 물이나 유기용제에도 용해되지 않는다.
석유 중에서 화학 원료로 하는 성분을 특히 나프타(naphtha)라고 한다. 플라스틱 제조사는 나프타를 석유 회사에서 구입한다.
나프타는 휘발하기 쉽고 불에 타기 쉽기 때문에 원거리를 운반하는 일은 상당히 힘든 일이다. 이 때문에 석유회사 근처에 플라스틱 공장을 만들고 원료는 파이프로 공급하는 것이 보통이다.
이와 같이 석유를 원료로 하는 공장이 한 곳에 모인 공장군을 석유 화학 콤비나트라고 한다. 이곳에서는 나프타(naphtha)를 더욱 분별하거나, 반응시키기도 해서 플라스틱으로 만든다.
반응의 중심은 분자량이 작은 원료를 연결하여 '고분자화'하는 공정이다. 이 조작을 특히 '중합'이라고 말한다. 중합이 어떻게 해서 진행되는지는 흥미로운 일이지만 반응 가마 안에서 일어나기 때문에 유감스럽게도 볼 수가 없다.
반응을 시키는 방법에 따라서 여러 가지 종류의 플라스틱이 만들어지고 용도에 맞추어 선택할 수 있다는 것이다.
화학 공장에서 만들어진 플라스틱은 통상은 펠렛(pellet)이라고 불리는, 쌀알 같은 형태를 하고 있다. 이것이 전국의 성형공장으로 운반되고 버킷(bucket)이나 파이프로 가공되어 우리의 일상으로 다가온다. 성형 공장은 플라스틱 공장 보다도 소비지에 가까워지는 경향이 있다. 이것은 성형품이 부피가 커지기 때문에 수송비를 절약하려는 의도이다.
전기부품이나 자동차 부품을 성형하고 있는 공장은 각각의 조립 공장 가까이에 입지하여 대기업이 가득찬 공장군의 일각을 차지하고 있다.
<출처 - 플라스틱넷, www.plasticnet.kr/>
플라스틱은 불에 탄다?
플라스틱은 불에 매우 잘 탄다. 뭐니뭐니해도 석유이기 때문에 플라스틱 중에는 석유와 거의 같은 칼로리를 가지고 있는 것도 있어 포장 자재나 일용품 등 여러 가지 형태로 도움이 된 후에, 연료로서 또 한번 도움이 될 수 있다는 것이다.
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌은, 탄소와 수소로 되어 있기 때문에 공기가 있는 곳에서 온도르르 올려 가면 플라스틱이 분해되어 가연성 가스가 되고 이것이 산소와 반응하여 탄산 가스와 수증기가 되어, 불꽃과 높은 온도를 발하며 그 다음에는 외관상으로는 아무 것도 남지 않는다.
플라스틱 중에는 페트(PET)와 같이 산소를 가지고 있는 것, 염화 비닐 수지와 같이 염소를 가지고 있는 것도 있다. 염소는 염화수소가 된다.
이와 같이, 플라스틱은 불에 타는 것이다. 그러나 태웠을 때에 발생하는 열이 종이나 목재의 약 2배 반이고 쓰레기 소각 화로에서 소각한 경우에 높은 온도가 되어 소각화로를 손상시킬 가능성이 있다.
일러스트레이터는 폴리에틸렌 봉투를 공기 중에서 태우는 모양이다. 폴리에틸렌은 탄소(C)와 수소(H)만으로 이루어져 있다. 태우면 분해되고 가스가 되어, 각각이 공중의 산소(O2)와 결부되고, 탄산 가스(CO2)와 수증기(H2O)가 된다.
공기는 일반적으로 필요량 이상으로 공급하고 있기 때문에 배기 가스 중에는 이 외에도 공기 중의 질소(N2)와 여분의 산소(O2)가 남아 있다.
<출처 - 플라스틱넷, www.plasticnet.kr/>
