プラスチックのASTM D790曲げ試験
ASTM D790に準拠した無強化および強化プラスチックの曲げ試験の実施方法
ASTM D790は、強化および無強化プラスチック、高弾性複合材料、および電気絶縁材料の曲げ特性を測定するために使用される標準試験方法です。
本ガイドでは、試験装置、ソフトウェア、試験片の要件など、ASTM D790曲げ試験に関わる主要な要素の概要を説明します。ただし、これは公式のASTM D790規格に代わるものではありません。この試験の実施を計画されている方は、完全な手順とコンプライアンス要件について、規格の全文を必ず参照してください。
ASTM D790は最適な規格ですか？
ASTM D790は、プラスチックの曲げ特性を測定するために使用されるいくつかの規格のうちの1つです。
この規格は引張試験を目的としたものではありません。プラスチック材料の引張特性を測定する必要がある場合は、ASTM D638を参照してください。
さらに、ASTM D790は、破壊または降伏することなく5%のひずみを超える材料には適用されません。そのような材料には、ASTM D6272に準拠した4点曲げ試験、またはASTM D638に準拠した引張試験の方が適している場合があります。
その他の用途に関する知見については、当社のプラスチック試験ナレッジベースをご覧ください。
ASTM D790とISO 178の主な違い
ASTM D790とISO 178はいずれも曲げ特性を測定するものですが、いくつかの重要な違いがあります。
弾性率の算出
ISO 178では、弾性率を測定するためにデフレクトメータまたはコンプライアンス補正の使用が必須となっています。ASTM D790では、これらは推奨事項に留まり、クロスヘッドの変位のみから弾性率を算出することが可能です。
試験片の寸法と試験速度
規格によって推奨される試験片のサイズが異なり、それが試験速度に影響を与えます。
- ASTM D790：推奨される試験片の厚さ = 3.2 mm
- ISO 178：推奨される試験片の厚さ = 4 mm
試験速度は試験片の厚さに依存するため、2つの規格間で速度が異なる場合があります。
試験速度のオプション
ASTM D790では1つの試験速度しか認められていませんが、ISO 178では弾性率の測定後に、より速い2番目の試験速度を使用することが許可されています。
ASTM D790では何を測定しますか？
ASTM D790は、曲げひずみまたはたわみを受けている状態の材料の曲げ特性を測定します。この試験は、万能材料試験機を使用し、試験片の厚さに比例した速度で3点曲げ治具を用いて行われます。
ASTM D790試験は、以下の機械的特性を測定するために使用されます。
試験速度
ASTM D790で要求される試験速度は、支点間距離、試験片の厚さ、およびひずみ速度の関数として表されます。以下の式を使用してクロスヘッド速度を決定します。
- R = クロスヘッドの移動速度 (mm/min)
- L = 支点間距離 (mm)
- d = 試験片の厚さ (mm)
- Z = 外側繊維のひずみ速度 (mm/mm/min)
外側繊維のひずみ速度 (Z)：
- 手順A：0.01 mm/mm/min
- 手順B：0.1 mm/mm/min
通常は手順Aが推奨されますが、0.05 mm/mmに達する前に材料が破断しない場合は、手順Bが使用されます。
試験のヒント： Bluehill® Universalの演算式ビルダ機能を使用すると、試験速度を固定値ではなく関数として入力できます。試験オペレータが試験片の寸法を入力すると、ソフトウェアが式に従って試験速度を自動的に調整します。
試験片の寸法と準備
ASTM D790の試験片は長方形で、成形、押出、またはプレートやシートからの切り出しによって作成されます。寸法は材料の厚さに依存し、規格ではこれを試験片の深さ（厚さ）と定義しています。
- 厚さ<1.6 mm未満のシート材料：寸法：50.8 mm x 12.7 mm、支点間距離 = 25.4 mm
- 厚さ1.6 mm〜3.2 mmのシート材料： 幅 = 12.7 mm、支点間距離 = 厚さ x 16
- 厚さ>3.2 mmを超えるシート材料： 幅および支点間距離は厚さに比例
- 電気絶縁材料： 公称厚さに基づいて寸法が異なる
- 成形材料： 通常、厚さ3.2 mm、幅12.7 mm、長さ127 mm。支点間距離 = 厚さ x 16
高強度強化複合材料については、試験片の外側繊維で破壊が起こるよう、規格の寸法ガイドラインに従ってください。
重要： 複合材料やその他の異方性材料を試験する場合、最も強い繊維方向が試験されるように試験片を切り出す必要があります。曲げの過程で生じる力のみによって破壊が起こるよう注意を払う必要があります。
試験片の測定要件
試験片は、ASTM D5947に準拠したマイクロメータを使用して測定する必要があります。正確を期すため、幅と厚さの両方を3箇所ずつ測定し、その平均値を報告してください。
試験のヒント： Bluehill Universalの自動試験片測定装置（ASMD）機能を使用すると、このプロセスを効率化できます。コンピュータに直接接続された最大2台のマイクロメータまたはその他の測定デバイスをサポートしています。これにより、平均測定値を自動的に入力できるため、手動によるデータ入力ミスを減らし、全体的な効率を向上させることができます。
試験システム
ASTM D790試験は、試験プロセスを最適化するための様々なアクセサリを備えた卓上型または床置き型の万能材料試験機で実施できます。ラボごとに要件が異なるため、複数のシステム構成が用意されています。
以下の基本的な構成例では、3点曲げ治具を備え、伸び計を使用しない3400シリーズ万能材料試験機を使用しています。このセットアップでは、ひずみはクロスヘッドの変位によって測定され、これはタイプ1試験に該当します。
注： 必要に応じて、3400シリーズのシステムに伸び計を組み合わせてタイプ2試験を行うことも可能です。
ひずみをクロスヘッドの変位で測定する場合は常に、精度向上のためにコンプライアンス補正を行うことが推奨されます（必須ではありません）。
ASTM D790向けの基本試験システム構成
高度な試験システムのオプション
6800シリーズ万能材料試験機は、再現性の向上とスループットの増大を求めるユーザーにとって、より高度で効率的な選択肢です。このシステムもタイプ1試験に使用できますが、より正確なひずみ報告を行うために伸び計やデフレクトメータを使用するタイプ2試験で最も一般的に使用されます。
ASTM D790向けの高度な試験システム構成
ASTM D790試験におけるひずみ測定
ASTM D790では、ひずみを2つの方法で測定できます。
- タイプ1試験： ひずみをクロスヘッドの変位から算出します。
- タイプ2試験： ひずみを伸び計を使用して測定します。
タイプ2試験では、以下のいずれかのタイプの伸び計が必要になります。
- 非接触式ビデオ伸び計 - 試験片に物理的に接触したり、試験スペースに干渉したりすることなくひずみを測定します。インストロンのAVE3高度ビデオ伸び計をご覧ください。
- 接触式伸び計 - デバイスによって標点距離や移動能力が固定されており、試験片への手動での取り付けが必要です。インストロンの軸方向接触式伸び計をご覧ください。
重要： 正確なひずみ測定のために、上記の各伸び計はデフレクトメータ（カタログ番号 2810-403）と併用する必要があります。
曲げ治具
ASTM D790では3点曲げ治具が使用されます。この治具は、移動するクロスヘッドに取り付けられた圧子と、試験片の支点間距離に合わせて調整可能な2つの試験片支持台（アンビル）を備えた固定部で構成されています。
特に指定がない限り、アンビルと圧子の表面は円筒形で半径5 mmである必要があり、円筒部材の長さは試験片の幅よりも長くする必要があります。
インストロンの5 kN 3点曲げ治具には、試験精度を向上させるためのいくつかの主要な機能が含まれています。
- 支持梁には目盛りが付いており、アンビルの正確な位置決めや、ひずみ測定デバイス使用時のデフレクトメータの容易なセンタリングが可能です。
- 試験片の幅に合わせて調整可能なアライメントアーム。
試験片のアライメントが不一致だと結果に大きなばらつきが生じる可能性があるため、各試験で試験片が常に一貫して整列するように適切な注意を払う必要があります。
スループットの向上
スループットの向上を目指すラボでは、システム構成にいくつかの変更を加えることができます。ASTM D790試験は時間がかかる場合があるため、スループットの要求が高いラボでは、マルチステーション6800シリーズ試験機がよく選ばれています。また、試験片の測定、試験片の投入、試験、ひずみ測定、試験片の取り出しを組み込むように設計された全自動試験システムも利用可能です。これらのシステムは、オペレータの介入なしに数時間稼働させることができ、ヒューマンエラーによるばらつきを抑えるのに役立ちます。
ASTM D790の最近の変更点
ASTM D790の最新バージョンは2017年にリリースされました。以前のバージョンである2015E2とは、いくつかの点で異なります。
- タイプ1試験（クロスヘッド変位）の検証要件が、ASTM E2309に従い、クラスDシステムからクラスBシステムに変更されました。
- タイプ2装置（たわみ計および伸び計）の規格が、クラスBからクラスB-2に変更されました。
- コンプライアンス補正とは何か、およびその適用方法を説明するために、注10および付録XIが規格に追加されました。
よくある質問
ASTM D790では、荷重ノーズ半径が5 mm ± 0.1 mmの3点曲げ治具の使用が必要です。下部治具は、様々な試験片サイズに対応できるよう、スパンが調整可能であることが不可欠です。
レビュー担当者について
Sammi Sawdey
Sammi Sawdeyは、Instronのシニアアプリケーションエンジニアであり、プラスチック試験と材料特性評価を専門としています。静的試験方法に関する深い専門知識を持ち、正確さ、効率性、およびコンプライアンスのために試験システムを最適化する方法について、幅広い業界の顧客にアドバイスを行っています。Sammiの役割には、最新のASTMおよびISO規格、新たな業界動向、およびベストプラクティスへの継続的な関与が必要であり、それによって顧客を高品質で信頼性の高い試験結果へと導いています。
