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인장특성 |
굴곡탄성 |
충격특성 |
표면경도 |
크리이프특성 |
강성 |
인장특성 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
인장특성은 일정 시편에 외력(인장하중)을 가하여 그 재료가 파괴될 때까지의 응력과 변형(Stress-Strain, 이하 S-S로 표시)의 관계로 표시되는 기계적 성질이며 인장강도(항복점, 파단점), 신장율(항복점, 파단점)등이 이에 속한다.
그 S-S곡선의 일반형을 그림 5.에, 재질의 강하고 약함에 따라 나타나는 여러가지 S-S곡선을 그림 6.에 각각 나타내었으며, 이 곡선들의 형태에 따른 특성을 표 4.에 요약하였다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
표 4. 응력변형곡선의 특징 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
시험법 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
시험방법 : ASTM D 638 단 위 : - 인장강도 : kg/㎠ - 신장율 : % 시 편 :시험시편은 사출성형이나 압출성형으로 만든다. 시편의 크기는 변할 수도 있지만 대개 두께는 1/8인치 이고, 일반적인 모양 및 치수를 그림 7. 과 표5. 에 각각 나타내었다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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시험개요 : 아령모양의 시험시편의 양끝을 인스트론(Instron)인장시험기의 물림쇠(Jaw)에 물린다. 한쪽 물림 쇠는 고정시키고 움직일 수 있는 다른 한쪽을 분당 0.05, 0.2, 0.5, 2, 20 인치등의 여러가지 속도로 당겨준다. 일정한 속도와 힘으로 당겨서 얻어진 값을 토대로 다음식에 의해 인장강도와 신장율을 구한다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
굴곡특성 |
굴곡특성은 물질이 영구적 변형 및 파괴되지 않고 얼마나 휠 수 있는가를 나타내는 척도로서, 어떤 재료를 구부릴 때에는 그림 8. 과 같이 인장응력과 압축응력을 동시에 받으며 수평으로 지지되어있는 장방형 시편에 굴곡하중(P)을 걸면 굴곡변형이 생긴다.
굴곡탄성율 |
시험법 |
시험방법 : ASTM D 790 단 위 : kg/㎠ 시 편 : 시편의 크기는 1/8 ×1/2×5in나 더욱 얇은 두께(1/ 16 in)의 시이트로 가능하다. 이 때 길이와 넓이는 두께에 따라 달라진다. |
시험개요 : 위의 그림과 같이 시편을 2인치 떨어진 두 지지대 위에 올려 놓는다. 정해진 속도로 시편의 중심에 힘을 가해, 파괴점에서의 힘을 기록하게 되는데 이 힘이 굴곡강도이다. 대부분의 열가소성 수지는 시편의 심한 변형에도 불구하고 파괴되지 않기 때문에 굴곡강도를 얻어낼 수 없다. 이와 같은 경우에는 5%의 변형도가 발생했을 때의 탄성율을 대신해서 사용한다. 또한 시편이 파괴되지 않을 경우 항복점에서의 하중으로 P값을 대신 대입하여 굴곡강도를 구한다. |
굴곡강성 물질이 영구히 뒤틀리거나 파손되지 않고 구부러질 수 있는 최대의 힘, 즉 파단 순가에 인장응력이 작용하고 있는 외부표면에 작용하는 최대의 응력을 말한다. |
시험법 |
시험방법 : ASTM D 747 단 위 : kg/㎠ 시 편 : 대개 1mm의 압축시이트로부터 다이커터를 이용하여 가로 12.7mm 세로 6.35mm의 시편을 취한다 시험개요 : 시험기 위에 잘 고정시킨 다음 Rotary Shaft 를 손으로 돌려 하중 눈금이 1%가 되도록 하고 각도지 시계의 영점조정을 행한다. 모터를 가동시켜 클러치를 작용시키고 각도가 3。, 6。, 9。일 때의 하중의 눈금 을 읽고 이 각도와 눈금으로부터 굴곡강성값을 구한다. |
충격특성(Impact Property) |
충격특성은 물체가 충격을 받았을 때 나타나는 저항에 대한 강도를 나타내며, 열경화성 및 열가소성 수지의 기계적 성질을 대표하는 중요한 특성이다. 충격강도는 인장강도처럼 시료 파단시의 응력으로 나타내지 않고 파단시에 소요되는 총에너지(Kg ?㎝)나 시료의 단위 길이당 흡수된 파단에너지(kg?㎝/㎝)로 나타낸다.
일반적으로 분자량이 클수록, 유리전이온도(Tg)가 높을수록 충격강도는 감소하고 법용플라스틱의 충격강도의 크기는 다음과 같다. LDPE >> HDPE > PP(Impact) > PP(Random) > PP(Homo) > PVC > PS 충격시험에는 많은 방법이 규격화되어 있으며 그 중 아이조드(Izod) 법과 샤르피(Charpy)법에 의한 수치가 가장 일반적으로 사용되고 있다.
아이조드(Izod) - 샤르피(Charpy)법 아이조드 값은 같은 수지의 여러가지 그레이드를 비교하는데 유용하지만 플라스틱의 총괄적인 질김성과 충격강도를 비교하는데 사용해서는 안된다. 그 이유는 수지 종류에 따라 노치에 대한 민감한 정도가 다르기 때무에 노치작업에서 응력이 크게 집중될 우려가 있기 때문이다. 따라서 아이조드 충격강도는 플라스틱 재질로 된 부품을 설계할 때 날카로은 예각구조를 피해야 할 필요성의 척도가 되기도 한다. 샤르피 충격강도는 시험방법이나 사용 시편의 형태가 아이조드 법과 동일하고 각각의 차이점은 시편의 파단면이 다르다. 실험기기로는 아이조드와 샤르피 충격시험을 모두 수행할 수 있는 아이조드- 샤르피 측정기를 사용하며 그림 9.에 측정기와 시편을 도시하였다. |
시험법 |
시험방법 : ASTM D 256 단 위 : kg?㎝/㎝ or fr ? Ib/in 시 편 : 대개 시편의 크기는 1/8 ×1/2 ×2.5 in 나 두께가 다른 (1/2 in까지) 시편을 사용할 수도 있다. 노치는 시편의 좁은 면에 만들며 시편의 형태와 규격을 그림 10. 에 나타내었다. 시험개요 : 그림 10.과 같이 시편을 측정기기의 물림쇠에 고정시키고 헴머로 타격을 가하고 이 떄 얻어진 수치 들을 다음 식에 대입하여 아이조드 충격강도와 샤르피 충격강도를 구한다. |
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낙구충격시험 |
시험법 |
시험방법 : ASTM D 1709 시험개요 : 규정된 시편에 규정된 봉을 가지고 고정시킨 후 일정 무게의 강철구를 일정 높이에서 자유낙하시 켜 파단될 때의 소요된 에너지를 계산해서 충격강도를 구하는 방법이다. |
낙하충격시험 폴리에틸렌 필름이나 시이트로 제조된 백은 주로 열봉합부분에서 파열되므로 백에 모래나 물을 담아 일정 높이에서 이 백을 떨어뜨리고 파열시의 높이와 횟수로 강도를 측정하는 방법이다. |
Du Pont 법 고정된 위치에서 사출성형 또는 압출성형한 2mm의 시이트에 충격을 가하여 파괴에너지의 최소치와 비파괴에너지의 최대치를 구하는 방법이다. |
가드너 충격시험법 |
시험법 |
시험방법 : ASTM D 3029 단 위 : kg·㎝ 시 편 : 전처리를 행한 임의의 크기의 디스크 모양의 시편을 사용한다. 시험개요 : 디스크 모양의 시편에 일정한 무게의 추를 자유탁하시켜 전체 시편수의 절반이 파괴되는 높이를 측정하여 추의 위치에너지로 수지의 충격강도를 측정하는 방법이다. 시편에 충격을 가하는 방법으로는 시편 에 추가 직접 충격을 가하는 직접법과 시편 위의 임팩터를 통해 시편에 가하는 간접법의 두가지가 있다 . |
충격강도 = 추의질량(m) ×중력가속도(g) ×추의높이(h) |
표면경도(Rockwell경도) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
경도는 침투, 마멸 및 긁힘 등에 대한 저항의 척도가 되는것으로 일반적으로 경도가 높을수록 내마모성은 증가하여 수명이 길어진다.
일반적으로 밀도의 증가에 따라 경도는 현저히 증가하고 용융지수가 낮아지면 약간 증가한다. 경도의 종류에는 Shore 경도, Durometer경도, Rockwell경도 및 Mors경도 등이 있으며 여기서는 Rockwell경도법을 소개하였다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
시험법 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
시험방법 : ASTM D 795 단 위 : R, L, M, E, K-Scale 시 편 : 두께가 최소한 1/4인치의 시이트나 플레이크가 사용되나 필요에 따라 더 얇게 할 수도 있다. 시험개요 : 강철볼에 예비부하(Miner Road)를 시편 표면에 떨어뜨린 후, 표면이 약간 파여서 접촉이 좋아지 면 눈금을 제로에 맞춘다. 다시 본부하(Major-Road)를 15초 동안 가한 후 이를 제거하고 예비부하는 그대로 유지한다. 이 때 15초동안 가한 부하만큼 파인 정도가 다이알에 직접 기록된다. 이 값을 표 7.의 Rockwell경도 의 스케일을 나타내는 문자 뒤에 기록한다. 그림 11.에 시험방법을 도시하였다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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크리이프 특성 |
파단응력 이하의 작은 응력에서도 이것을 재료에 장시간 계속해서 작용시키면 시간이 경과함에 따라 변형이 진행되어 결국 파단에 이르는 경우가 있다. 이와 같은 현상을 크리이프 및 크리이프 파단이라 한다.
플라스틱 재료의 크리이프 특성은 시간의 경과에 따른 변형의 정도로 나타나는 크리이프 변형곡선으로 표시되는 것이 보통이며, 그림 12.에 LDPE의 온도변화에 따른 특성 곡선을 도시하였다. 일반적으로 플라스틱은 상온에서도 타소재보다 비교적 큰 크리이프성을 나타내며 온도가 상승하면 그 정도는 더욱 심해진다. |
강성 |
대부분의 폴리올레핀 성형제품 및 포장용 필름 등은 고강성이 요구된다. 수지의 강성이 높다는 것은 동일한 강도로 가공제품의 두께를 얇게 할 수 있으며, 따라서 성형시간이 짧아지고 원재료의 절감을 꽤할 수 있으나, 파이프의 경우와 같이 강성이 증가함에 따라 유연도가 떨어지므로 바람직하지 못한 경우도 있다. 일반적으로 용융지수가 같은 경우 밀도가 증가함에 따라 강성은 증가하고 분자량이 증가하면 약간 증가한다. |
출처<SK에너지>
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