스마트폰과 자동차 범퍼와 같이 일상생활에서 사용하는 많은 수지 제품은 충격에 대한 내구성이 필요합니다. 수지의 충격 저항성과 인성을 결정하는 데 사용되는 가장 간단한 방법 중 일부는 샤르피 충격 시험과 이조드 충격 시험입니다. 이는 시험 샘플에 고속 충격을 가하는 진자 충격 시험입니다.
진자 충격 시험이란?
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진자 충격 시험은 진자의 원리를 사용합니다. 진자 망치가 특정 높이에서 아래로 스윙하여 V자 홈이 있는 샘플을 때립니다. 충격 에너지(샘플을 파손, 변형 또는 밀어내는 데 필요한 에너지)를 측정하여 샘플의 충격 강도를 결정합니다. 충격 강도는 샘플을 파손하는 데 흡수되는 충격 에너지입니다. 충격 강도가 클수록 충격 시 에너지 흡수가 커집니다. 따라서 더 많은 에너지를 흡수할 수 있는 소재는 더 튼튼하고 더 큰 충격을 견딜 수 있습니다.
해머 상승 각도와 충격 에너지
충격 에너지는 샘플이 파손되기 전과 파손된 후 망치의 잠재 에너지의 차이입니다.
W = 샘플을 깨면서 흡수되는 에너지
E1 = 시작 위치에서 망치의 잠재 에너지
E2 = 상승 각도에서 충격 후 망치의 잠재 에너지
충격 에너지를 계산하려면 두 각도의 차이를 찾아야 합니다. 1) 충격 후 망치 상승 각도, 2) 테스트 샘플이 없는 경우 망치 상승 각도입니다. 또한 진자 베어링의 공기 저항과 마찰로 인해 발생하는 에너지 손실도 고려해야 합니다. 따라서 정확한 결과를 위해 측정된 에너지를 보정합니다. 야스다 세이키에서는 단순화된 보정 방법을 사용합니다.
【간소화된 보정 방법】
Wc = 보정 후 흡수된 에너지 (J)
WR = 해머 회전축 주위의 모멘트(N・m)
α = 해머 해제 각도(°)
α’ = 해머가 각도 α에서 해제될 때의 시험 샘플이 없는 상승 각도(°)
β = 충격 후 상승 각도(°)
【충격 강도(kJ/㎡) 계산】
a = 충격 강도(kJ/㎡)
Wc = 보정 후 흡수 에너지(J)
b = 샘플 너비(mm)
h = 샘플 두께(mm)
테스트 방법
진자 충격 테스트에는 주로 샤르피, 이조드, 인장 충격 테스트의 세 가지 유형이 있습니다. 앞의 두 가지 방법이 가장 일반적이며 이 기사에서 논의할 것입니다.
샤르피 충격 테스트
샤르피 충격 시험의 시험 표준: JIS K 7111-1, ISO 179-1, ASTM D 6110
샤르피 충격 시험에서 시험 샘플은 양쪽 끝에서 지지됩니다. 해머는 노치 반대쪽에서 샘플 중앙을 때립니다. 샘플은 단순히 앤빌(시험 스테이션)에 놓는 것만으로 설정되므로 시험을 쉽고 효율적으로 수행할 수 있습니다.
샤르피 충격 시험은 진자 충격 시험의 주류 시험 방법이며 이조드 충격 시험에 비해 더 일반적으로 사용됩니다.
이조드 충격 시험
이조드 충격 시험의 시험 표준: JIS K 7110, ISO180, ASTM D256
아이조드 충격 시험에서 시험 샘플은 한쪽 끝에 고정됩니다. 망치는 노치가 있는 쪽의 다른 쪽 끝을 때립니다. 샤르피 충격 시험과 비교했을 때, 이 시험 방법은 절차에 더 많은 단계가 포함되어 있으므로 더 많은 작업이 필요합니다. 그러나 오늘날에도 여전히 여러 자동차 제조업체에서 사용되고 있습니다. 이러한 자동차 브랜드의 부품 및 재료 공급업체도 아이조드 충격 시험을 실시합니다.
시험 표준
샤르피 및 아이조드 충격 시험에 사용되는 시험 방법과 시험 기계는 국제 표준화 기구(ISO), 일본 산업 표준 위원회(JISC), 미국 재료 시험 협회(ASTM)에서 표준화합니다.
| 표준 | 주제 | 제목 | |
|---|---|---|---|
| JIS※1 | K 7111-1 | 샤르피 | 플라스틱—샤르피 충격 특성 측정—1부: 비계측 충격 시험 |
| K 7110 | 아이조드 | 플라스틱—아이조드 충격 측정 강도 | |
| B 7739 | 충격 시험기 | 비금속 재료용 진자형 충격 시험기—시험기 검증 | |
| ISO | 179-1 | 샤르피 | 플라스틱—샤르피 충격 특성 측정—1부: 비계측 충격 시험 |
| 180 | 아이조드 | 플라스틱—아이조드 충격 강도 측정 | |
| 13802 | 충격 시험 기계 | 플라스틱—진자 충격 시험 기계 검증—샤르피, 이조드 및 인장 충격 시험 | |
| ASTM | D6110 | 샤르피 | 플라스틱 노치 시편의 샤르피 충격 저항성을 결정하기 위한 표준 시험 방법 |
| D256 | 이조드 | 플라스틱의 이조드 진자 충격 저항성을 결정하기 위한 표준 시험 방법 | |
※1일본 공업 규격
【관련 규격】
| 표준 | 제목 | |
|---|---|---|
| JIS | K 7062 | 유리 섬유 강화 플라스틱의 아이조드 충격 강도 시험 방법 |
| K 7077 | 탄소 섬유 강화 플라스틱의 샤르피 충격 강도에 대한 시험 방법 | |
해머, 앤빌 및 시험 샘플
시험 절차와 함께 진자 해머, 앤빌 및 시험 샘플의 세부 사항은 샤르피 및 이조드 충격 시험에 대한 ISO, JIS 및 ASTM 표준에 명시되어 있습니다. 따라서 표준화된 시험 방법의 기본 사항을 이해하는 것이 필수적입니다.
샤르피 충격 시험
샤르피 해머
| 표준 | 잠재 에너지 (J) |
샘플이 없는 최대 허용 마찰 손실 (에너지 용량의 %) |
충격 속도 (m/s) |
타격 모서리 각도 (°) |
타격 반경 가장자리 (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO/JIS | 0.5 | 4 | 2.9 (±10%) | 30±1 | 2.0±0.5 |
| 1 | 2 | ||||
| 2 | 1 | ||||
| 4 | 0.5 | ||||
| 5 | 0.5 | ||||
| 7.5 | 0.5 | 3.8 (±10%) | |||
| 15 | 0.5 | ||||
| 25 | 0.5 | ||||
| ASTM | 2.7–21.7 | N/A | 3.46 | 45±2 | 3.17±0.12 |
샤르피 해머의 특성 위의 표에 나와 있듯이 시험 표준 간에는 차이가 있습니다. ISO 및 JIS 표준에서 망치 길이는 충격 속도에 따라 변경됩니다. 따라서 동일한 망치를 사용하여 예를 들어 4J 충격과 7.5J 충격을 생성할 수 없습니다. 두 개의 다른 망치를 준비해야 합니다.
샤르피 앤빌
| 심볼 | 매개변수 | ISO/JIS | ASTM |
|---|---|---|---|
| ― | 테스트 샘플의 장축과 참조 사이의 평행도 평면 | ±4/1000 | 해당 없음 |
| R2 | 앤빌의 곡률 반경(mm) | 1±0.1 | 3.17±0.12 |
| θ2 | 앤빌의 테이퍼 각도(°) | 10±1 | 0 |
| θ3 | 앤빌의 경사 각도 (°) | 5±1 | 0 |
| ― | 지지대와 모루의 각도(°) | 90±0.1 | 90 |
| L | 샘플 지지대 사이의 간격(mm) | 62±(0.5/0) | 101.6±0.5 |
모루의 모양은 다릅니다. ISO(또는 JIS)와 ASTM 표준 사이입니다. 따라서 ISO와 ASTM 표준화된 시험을 모두 수행하려면 두 개의 다른 모루를 준비해야 합니다.
샤르피 시험 샘플의 치수
| 표준 | 길이 L(mm) |
너비 b(mm) |
두께 h(mm) |
노치 팁의 나머지 너비 hN (mm) |
|---|---|---|---|---|
| ISO/JIS | 80±2 | 4.0±0.2 | 10.0±0.2 | 8.0±0.2 |
| ASTM | 124.5–127 | 3.0–12.7 | 12.70±0.15 | 10.16±0.05 |
노치 깊이의 ISO 및 JIS 표준은 2mm인 반면 ASTM 표준은 2.54mm입니다. ASTM은 또한 테스트 샘플의 정확한 길이와 너비를 지정하지 않고 대신 특정 범위를 나타냅니다.
