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Mechanical Testing of Polymers
1. 시편준비
- 가능한 방향성이 없게, 균일하게
* compression molding (압축 성형)으로 필름 제조 후 punching or 사출 성
형, 불량품이 없게 (기포 등)
2. Testing
- Sample size, Testing speed, Temperature의 영향
- Number of samples
3. Analysis
- Statistical analysis (통계분석)
4. Tensile Test
.
- The most widely used one
- Thin and Thick samples are used
5. Flexural Test
- Thick, stiff samples
6. Impact Test
Tensile Test (인장
(인장 테스트),
테스트), ASTM
ISO527--1
D638, ISO527
• Test specimen (시편) & conditioning => 시편의 형상 및 시편
가공 후 테스트 전까지의 과정을 규정해 놓음.
• 시편의 가공 방법: 사출상형 및 압축성형 (규정이 되어 있지 않음)
test report에 명시하여야 함.
• 고분자의 미세구조는 성형 방법에 따라 달라지고 이에 따라 최종
2oC에서 40시간이상 aging
물성이 달라짐으로 시편제조 방법을 명시해야 함. (온도, 압력, 가
공 기계 등등)
• Preconditioning: 50% 습도 23
Ref:ASTM D-638
Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics
ASTM D 638-89
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Tensile Modulus
Yield strength
(strength at yield)
Tensile strength
Ductility
toughness
Tensile Test (인장
(인장 테스트),
테스트), ASTM
ISO527--1
D638, ISO527
• Reported values
Stress-strain curve: 다섯개중 어떤 것?
Young’s modulus (tensile modulus)
Strain at break (파단신율)
Strength at break, tensile stress (인장
강도)
Strength AT yield, strain at yield,
실험조건 : 온도, specimen type, cross
head speed, type of molding
Ductile material, but
No yield
Aluminum
Ref:Van V p8
1. 인장 탄성률 (Tensile Modulus): 초기 기울기 값으로부터 측정, 초기기울
기가 없는 경우는?
2. 항복강도 (Yield strength, strength at yield)
3. 인장강도 (Tensile strength): 가장 높을 때의 강도
4. 파단 신율 (Elongation at break): Ductility와 관련
Ductile material
With yield point
Low C steel
Tensile Property
5. 파단까지 총 흡수 에너지 (toughness)
Nonductile material
No plastic deformation
Cast iron, brittle
Tensile Testing of Polymers
최소한 5개 이상의 시편으로 test
낮은 속도에서는 고분자가 plastic flow가 가능한 충분한
relaxation time을 가지므로 ductile거동을 보인다.
Ref:Rudin p422
Ref: Yoon, Thesis
Ref: Shack p470
Ref: Shack p470
Ref: Shack p340
Al : 2.7 g/cm3, 1040 steel : 7.85, Brass :8.5, Glass (plate) : 2.5, PTFE : 2.2, Graphite : 1.9
Ref: Yoon, Thesis
Flexural test (굴곡
(굴곡 테스트),
테스트), ASTM
• 일정한 속도로 시편을 굴곡 시키면서
하중을 측정한다.
• Maximum fiber stress at outer
surface
3 PL
σ =
2 bd 2
m
= σm 과 ε의 그래프에서 초기 선형구간의 기울기
Flexural Modulus (굴곡탄성률)
• Strain on the outer fiber
6δd
ε=
L2
Recommended Dimensions for Test Specimens : 3-Point Lading
Flexural test (굴곡
(굴곡 테스트),
테스트), ASTM
• Reported value: specimen size, temperature, cross
head speed (2.8 mm/min).
• Flexural modulus (굴곡강도): initial tangent or secant
slope, σm vs. ε 의 기울기
• Flexural strength (굴곡 강도): 5%의 fiber strain일 때
의 fiber stress 또는 깨질 때의 stress
Impact Strength (충격강도
(충격강도),
충격강도), ASTM D256
1.Impact strength 는 고속의 충격 조건에서 깨지는 것에 대한 저항을 의미함.
2.Great practical importance, but extremely difficult to define in scientific
terms
3.conditions. 파단시 시편에 흡수된 에너지 (시편을 파단시키는데 필요한 에너
지)에 비례함.
4.온도의 영향을 받음 (대부분의 물성이 그러함)
5.종류
- Izod impact strength: pendulum type, notched sample, struck on the
free end
- Charpy : pendulum type, supported at the two ends, struck in the
middle
- Falling-weight : standard ball drop from known height
- High speed stress-strain test
Charpy Test Samples
Izod Test Samples
1.Impact strength = absorbed energy per unit width (ASTM) or unit
fracture arear (ISO)
Sample을 pendulumn으로 파단 시킨 후 흡수된 에너지 [ρg(h-h')] 를 시편의
폭 또는 파단 면의 면적으로 나눈 값
단위는? (Kgf cm/cm, = (9.8J/m), J/m2, Sample width는 3.2 or 6.4 mm
두 가지
온도 의존성
Charpy, V-notch for plane
carbon steel with C
Charpy V-notch, Fe-Mn-0.05C
with Mn
Ref: Shack p353
Ref: Van Krevelen, p514