성플뉴스

sungples@naver.com

역학적 시험법 중 경도에 관하여

경도

1. 경도표시법

경도는 물체의 연하고 단단한 정도를 나타내는 것으로 사용되고 있지만 그 정의는 일정하지 않다. 따라서 형재까지 관용으로 사용되고 있는 경도의 표시법을 크게 분류하면,

(1) 압입 경도 : 물체의 표면일부에 정하중을 수직으로 가할 때의 변형량을 척도한 경도

ㆍ브리넬 경도 HB, 비커스 경도 HV, 로크웰 경도 HR, 튜로메타 경도, JIS 경도(고무용), 파아콜 경도 등

(2) 연흔 경도 : 물체표면에 흠을 낼 경우 이동 하중을 가할때의 재료의 파괴귀항을 척도로 한 경도

ㆍ마르텐스 경도 비어 바움(Bier baum) 연흔 경도 등

(3) 반발 경도, 진자 경도 : 외관의 강성율이나 반발 탄성율을 척도로 한 경우

2쇼어 경도 HS, 하바트 경도 등의 3종류로 된다. 이 중 플라스틱 재료용으로서 비교적 잘 이용되어지고 있는 주요한 것을 브르넬 경도, 로크웰 경도, JIS 경도, 튜로메타 경도 등이 있다.

경도는 그것을 측정하는 시험법에 따라 다르고 시험편의 형상치수(특히 두께) 측정에 사용하는 하중의 크기 부하속도, 하중 지지 시간 등의 부하방법 하중제거 후 측정할 때 까지의 시간, 혹은 시험온도 등의 시점조건에 따라서도 현저하게 달라지기 때문에 심지숙고 해야 한다.

2. 시험법 규격

플라스틱의 경도에 관한 JIS의 규정을 현재 다음의 것 외에는 없다.

ㆍJIS K6911 - 6922 (열 경화성 플라스틱 일반 시험벙법)

ㆍJIS K6911 - 1958 (아세틸 셀룰로오스 성형재료) … HR(R스케일)

ㆍJIS K6888 - 1692 (4불화 에틸렌 수지판)

ㆍJIS K6889 - 1962 (4불화 에틸렌 수지호나봉) … 듀로메타(D형) 경도

ㆍJIS K5704 - 1966 (유리섬유 강화 폴리에스테르 욕조) … 파콜 경도

어느 것도 시험편, 시험장치 등의 최저필요 사항만을 규정하고 있지는 않으나 시험방법 등의 시험시 제반 주의사항은 다음 ASTM의 상세한 규정을 참고로 할 필요가 있다.

ㆍASTM D 785-65 (플라스틱 및 전기절연재료의 로크웰 경도 시험방법)

ㆍASTM D1760-61 (듀로메타에 의한 플라스틱 압입 경도 시험방법)

ㆍASTM D22KO-64T (듀로메타에 의한 고무 및 플라스틱의 압입 경도 감정시험 방법)

ㆍASTM D2583-67 (파콜 경도계에 의한 플라스틱의 압입 경도 시험방법)

3. 브리넬 경도

1) 정의 및 계산식

블리넬 경도는 압입 경도의 대표적인 것 중 하나로서 강구는 압자로 하여 사용하고 이것을 시험면에 일정한 하중(시험하중이라고도 함) W(kg)으로 압입한 후 시험하중을 제거한 다음 남게도는 영구적으로 압입된 자국의 직경 d(mm) 또는 그 표면적 S(mm2)을 측정하여 일반적으로 다음 식에 의해 계산을 한다.

HB = W/S = 2W/πD(D-D2-d2)

단, D는 강구의 지름(mm)이고, HB의 수치에는 통상 단위를 붙이지 않는다.

또 DIN에서는 영구적인 압입자국의 길이 t(B를 계산하는 것을 규정하고 있다.

HB = W/πDt

시험하중 W와 강구직경 D는 시료의 종류와 경도를 고려하여 신청하며 압입자국의 지름 d가(0.2~0.5) D인 경우 바람직하다. JIS K6911에서는 D=10(mm), W=500(kg), 하중의 보유시간을 30초로 정하고 있으며, 각국 규격과의 차이는 [표 5]에 나타내고 있다.


        [ 표5 ] 브리넬 경도의 각 시험조건

2) 시험조건

시료의 정확한 브리넬 경도치를 얻기 위해서는 시료의 두께는 압입자국의 깊이 t의 10배 이상이고 압입자국의 중심은 시료의 끝에서 2.5d 이상 떨어져 있는 위치에서 측정하는 것이 필요하다. 따라서 시료의 폭은 최소한도 5d 이상이 되어야 한다. 또 이미 있는 압입자국의 곁에서 측정하려는 경우에는 자국의 중심간 거리가 4d 이상이 되어야 한다.

3) 상사법칙(相似法則)

시험하중 W와 압자지름 D와의 사이에 W/D2이 일정한 관계가 있다면 브리넬 경도 HB는 일정하다라는 상사법칙이 있다.

여기에서 시료의 크기 등의 점으로 정확한 브리넬 경도시험이 되지 않는 경우는 상사법칙을 사용하여 근사적인 균질한 재료의 HR을 구할 수가 있다.

4. 로크웰 경도

1) 정의 및 산출

로크웰 경도 HR은 브리넬 경도가 압입자국의 표면적을 척도로 한 것에 비해 압입자국의 깊이를 척도로 한 압입 경도이다. 강구 또는 다이아몬드 원추를 압자로 하여 우선 일정한 하중 W1(이것을 기준하중이라고도 함)을 가하의 시험하중 W2로 한다. 그후 재차로 기준 하중 W1으로 돌릴 때 이 전후 2회의 기준 하중시에 일어나는 압입자국의 깊이간의 차h(mm)를 측정하여 [표 6]에 표시한 것과 같은 많은 스케일이 있다.


 [ 표6 ] 로크웰 경도의 각종 스케일

경도치의 앞에는 필히 그 스케일 기호를 붙이지 않으면 안된다.

2) 시험조건

ASTM에서는 [표 7]과 같은 스케일을 플라스틱 재료용으로서 규정하고 있다. [표 7] 로크웰 경도 스케일과 하중(ASTM O 785-65)


           [ 표7 ] 로크웰 경도 스케일과 하중(ASTM D 785~65)
압입자국 길이 h가 매우 작게되면 HR값이 115 이상으로 되는 스케일은 피하고 50~100의 범위내에 있는 HR값을 얻을 경우 스케일의 이용이 바람직하다.

ASTM에서는 시험하중의 유지 시간 및 하중을 제거한 후 읽을 때까지의 시간의 양자를 각각 15초로 규정하고 있다. 이 시간을 측정하는 방법에 따라 엄밀하게 구하는 법과 실용적으로 구하는 법의 경우에 적지않은 해적적인 차이가 나므로 주의해야 한다.

ASTM에서는 대시포트(dash pot)의 작동 시간을 규정하는 것에 따라 부하속도를 간접적으로 규정하고 있다. 또 자세한 연구가 되고 있지 않지만 극히 짧은 시간 혹은 장시간 시험한다해도 플라스틱 재료의 경우 기타 조건만큼 그 영향은 크지 않다고 생각된다.

시험편은 두께 6mm 이상, 폭 13mm 이상, 면적에 따라 25mm(각) 이상이 필요하다. 얇은 경우는 판을 중합시키는 것도 좋고 각기 얇은 판의 면적이 상호 충분히 밀착하여 있게되면 참값보다도 어느정도 낮은 값이 되는 점에 주의하지 않으면 안된다.

로크웰 경도차는 온도의 상승에 반해 작아지게 되고 표준상태 20℃의 경도 값을 구하면은 온도차를 보정할 필요가 있으며 온도의 영향은 작아진다.

출처 : 플라넷뉴스(http://www.plastics.kr)