ASTM D412 エラストマーの引張試験

ASTM D412 は、加硫 (熱硬化) ゴムおよび熱可塑性エラストマーの引張特性を決定するための最も一般的な規格です。このファミリーの化合物は、タイヤ、サッカーボール、輪ゴムなどの幅広い消費者製品の製造に使用されています。このファミリーは、スペースシャトルの O リングなど、極端な環境条件下でも確実に機能する必要がある高度に特殊な材料も製造しています。
このガイドは、ASTM D412 引張試験の基本要素を紹介することを目的としており、必要な材料試験装置、ソフトウェア、およびサンプルの概要を提供します。

ASTM D412 は、引張歪み下での材料の弾性と、材料に応力がかからなくなった試験後の挙動を測定します。 ASTM D412 は、万能試験機 (引張試験機とも呼ばれます) を使用して、試験片が破損するまで 500 ± 50 mm/分の速度で実施されます。 ASTM D412 ではさまざまな引張特性が測定されますが、最も一般的なものは次のとおりです。
引張強度 – 試験片を引き伸ばして破断させる際に適用される最大引張応力。
所定の伸びにおける引張応力 – 試験片の均一な断面を所定の伸びまで伸ばすのに必要な応力。
極限伸び – 引張応力を継続的に加えた場合に破断が発生する伸び。
引張永久ひずみ – 試験片を引き伸ばし、指定された方法で収縮させた後に残る伸びを、元の長さのパーセンテージで表します。

標本
ASTM D412 では、試験片の種類に応じて 2 つの試験方法が説明されています。これら 2 つのテスト方法では同じ結果が得られるわけではないことに注意してください。試験方法 A は「ダンベル」または「ドッグボーン」形状の試験片を使用しますが、試験方法 B はリング状の試験片用に設計されています。試験方法 A は試験方法 B よりも一般的に使用されます。ドッグボーン標本は射出成形シートまたはプラークから型抜きする必要があります。シートを押し出す方向は、材料に微妙な木目模様を生み出すため重要です。一貫性を保つために、すべての試験片は縦方向の部分が木目と平行になるように切断する必要があります。

試料の測定
ASTM D412 試験では 6 種類のドッグボーン試験片が許容され、2 種類のカットリング試験片が許容されます。最も一般的にテストされる形状は、ダイカットされた C ドッグボーン試験片で、全長 115 mm (ゲージ長は 25 mm)、幅 6 mm、厚さ 3 mm が必要です。試験片の厚さは 3 回測定する必要があり、中央値が許容値となります。
規格への適合を保証するには、ASTM D412 試験に使用されるすべての試験片を ASTM D3767 に従ってマイクロメーターで測定する必要があります。自動試料測定装置を使用すると、オペレータは最大 2 台のマイクロメータまたは測定装置をコンピュータに接続し、データをソフトウェアに直接入力できます。これにより、オペレーターの入力エラーの可能性が排除され、効率が向上します。

試験片の位置合わせ
適切に試験を行うには、試験片をジョー面に対して垂直に保持し、斜めに傾けないようにする必要があります。試験片の位置がずれると、試験結果に大きな変動が生じる可能性があるため、試験ごとにすべての試験片が一貫して位置合わせされていることを確認するために適切な注意を払う必要があります。
位置ずれに対処する 1 つの方法は、標本と同じ幅に近いジョー面を使用することです。これにより、位置合わせを視覚的に調整することが比較的容易になります。位置ずれを防ぐ最も簡単な方法は、グリップ本体に直接取り付けられる試料位置合わせ装置を使用することです。これは調整可能な停止点を提供するシンプルなバーであり、オペレーターは試験片が正しく位置合わせされていることを簡単に確認できます。

グリップ
試験の準備としてグリップをエラストマー試験片にしっかりと締めると、不要な圧縮力が頻繁にかかります。これらの力は微量ではありますが、適切に処理しないと検査結果に影響を及ぼす可能性があります。結果にオフセットが生じるため、試験片の挿入後にバランスを取らないことが重要です。 Bluehill Universal 材料試験ソフトウェアは、複数の試験片にわたる力を正規化し、緩みや圧縮力を除去するようにプログラムすることができ、試験片間で一貫した結果を保証します。 6800 シリーズ万能試験機で利用可能な Specimen Protect は、試験の動作限界が定義される前の、試験のセットアップ段階での試験片やシステムへの損傷を防ぐように設計されています。 Specimen Protect をオンにすると、クロスヘッドが自動的に調整され、不要な力が一定の制限以下に保たれます。

エラストマーサンプルが伸びると、厚さが減少します。このため、ASTM D412 では、自動的に締め付けられるグリップを推奨しています。ジョーの面全体に一貫して均一な圧力がかかるため、試験中に薄化サンプルがグリップから滑り落ちません。鋸歯状の面を備えたサイドアクションの空気圧グリップは、エラストマーの試験に非常に効果的です。空気圧グリップを使用すると、入口空気圧が自動的に調整されるため、試験中に試験片の厚さが大幅に変化した場合でも、グリップ力を一定に保つことができます。もう 1 つの効果的なオプションは、試験中にサンプルに一定の圧力をかけるためにスプリングを使用する自動締め付けローラー グリップを使用することです。 ASTM D12 試験方法 B を使用している場合は、O リング試験片を当社の O リング フィクスチャで試験できます。上下の治具に回転軸を設けることで局所的な応力集中を防ぐグリップです。

伸び計
標準では伸び計は必須ではありませんが、最も正確で再現性のある結果を得るにはひずみ測定を推奨します。クロスヘッドの移動量に基づくひずみ測定は、標本がゲージ長さの外側で伸びるため、精度が低くなる可能性があります。ロングトラベル伸び計はエラストマー材料に使用できるように設計されており、試験片の破断にも使用できます。ナイフエッジの調整可能なクランプ力により、試験片の早期破損が軽減されます。この伸び計は、わずか 1 インチのゲージ長から最大 3,000% のひずみを測定できます。
標準またはアドバンスト ビデオ伸び計 2 のような非接触伸び計は、エラストマー材料に最も理想的です。壊れやすい標本や、試験に環境チャンバーが必要な標本に特に適しています。非接触式ビデオ伸び計には、オペレーターの干渉による結果のばらつきが軽減され、高スループットが必要なラボの効率が向上するという追加の利点があります。

環境チャンバー
ASTM D412 に基づいてテストされたエラストマーは、多くの場合、将来非周囲条件下で使用される予定です。周囲条件はエラストマーの引張特性に大きな影響を与えるため、試験条件が意図された最終用途の条件を確実に模倣するように注意する必要があります。試験速度、温度、湿度、試験片の寸法、および事前試験条件はすべて、試験結果に顕著な影響を与えるため、試験で有用なデータを生成するには制御する必要があります。これらの要素が材料の最終用途を確実にシミュレートするために、ASTM D412 は、加熱または冷却 (LN2 または CO2) が使用できる環境チャンバー内で頻繁に実行されます。

環境チャンバーを使用すると、オペレーターは試験中ずっとチャンバー内の温度を監視できます。さらに、浸漬時間と温度を設定して、試験開始前にすべての試験片が適切に調整されるようにすることができます。