재료시험법은 재료의 성질을 나타내는 기준이다. 그 기준은 사용장소에 따라 여러가지 것으로도 의존하고 같은 장소일지라도 사용할 때마다 다른 값을 나타내는 것이기 때문에 유용하지 않다. 따라서 이 기준은 국내적으로 가능하면 국제적으로 언제 어디에서라도 통용되는 것이 바람직하다. 이 국내적으로 표준화된 기준이 일본에는 JIS가 있고, 미국에는 ASTM, 영국에는 BS가 있으며 또 국제적인 것으로는 ISO(International Organnization for Standardization)규격이 있다. 그 표준화된 시험법에 따라서 품질의 판정, 비교, 제품 설계의 기초 자료, 상거래, 제조공장에서의 품질관리 등을 한다면 극히 공정하고도 객관적으로 권위있는 것이 될 것이다.

상기의 각 규격에 포함된 표준시험법을 대별하면 다음 경우로 된다.
(1) 역학적 시험법
(2) 열적 시험법
(3) 광학적 시험법
(4) 내구성 시험법
(5) 전기적 시험법
(6) 화학 및 물리적 시험법
(7) 시험편 제작 및 상태 조절법
(8) 시험조건

현재 각국의 표준규격 중에는 각 재료와 제품마다 상기의 시험방법을 각기 따로 정하고 있으며, 시험방법 측면에서 보는 경우에는 반드시 통일되어 있지않은 것 예를들면 JIS, BS 등이 있다. 전자의 경우에는 같은 제품 종류의 플라스틱을 비교, 평가하는 경우에는 좋고 다른 종류의 플라스틱간에 서로 다른 차이를 관찰하는 경우에는 그다지 유효하지 않다. 따라서 지금 이후에는 후자의 방향으로 나아가는 것을 생각해야 한다.

현재 JIS에 정해져 있는 플라스틱에 관한 규격과 국가별 류준규격은 다음과 같다.


1. 일본
ㆍJIS A-토목, 건축 : (예) JIS A 5701 (유리 섬유 강화 폴리에스테르 파판)
JIS A 5702 (연질 염화비닐 파판)
ㆍJIC - 전기 : (예) JIS 2410 (절연용 비닐 튜브)
JIC 2338 (전기절연용 폴리에스테르 필름 접착 테이프)
ㆍJISK - 화학 : (예) JISK 6912 (열경화성 수지 적층판)
JISK 6723 (연질 염화비닐 컴파운드)
ㆍJISM - 광산 : (예) JISM 7608 (보안모)
ㆍJISS - 일용품 : (예) JISS 8102 (연질 염화비닐제 완구)
JISS 2032 (플라스틱제 물통)
ㆍJISZ - 일반 및 잡용 : (예) JISZ 1703 (폴리에틸렌 병)


2. 미국
ㆍASA : 미국과 규격 협회에서 제정한 국가규격이고, 기타 단체가 만들었던 규격을 국가규격으로 승인하고 있다. 플라스틱에 관계되는 것은 모두 ASTM규격을 그대로 국가규격으로 하고 있다.
ㆍASTM : 미국재료시험협회(American socity for Testing Materials)에서 제정한 것으로 미국내 뿐만 아니라 세계적으로 알려진 규격이다.
ㆍNEMA : 전국 전기 공업협회(National Electriacl Manufactures Association)에서 제정한 전기기구, 조명, 시그널(signal), 통신 공업전기장치, 건물 전기 설비, 절연재료, 전선, 케이블, 발전기, 배전설비 등에 관계하는 규격으로 ASTM에 이어서 세계적으로 권위가 있다. 각국에서도 그 규격을 참고로하는 것이 많다.
ㆍFS : 연방 정부 구매사양성(Federal Specification)은 관청규격으로 플라스틱에 관여하는 ASSTM의 시험방법을 준용하고 있다.
ㆍMIL : 군용규격(Military Specification)과 관청규격으로 역시 ASTM의 시험방법으로 준요하고 있다.
그외 위생관제에 있어서는 미국 후생성에서 제정한 FDA(Food and Dryg Administration)이 있다.


3. 영국
ㆍBS : 영국 규격 협회(British Standards Institution, TSI),에서 제정한 국가 규격(British Standards)이다. 협회의 비용반은 정부가 지출하고 있으며, 그 협회의 표준화 활동은 세계에서 가장 오래되었구 구 영국제국에 속한 여러나라는 물론 세계 각 나라 사이에도 알려져 무역상에 사용되는 경우가 많다.
민간 규격으로는 큰이드 선급 인정협회에서 정한 LLOYO 규격이 유명하고 각국에서도 일부 사용되고 있다.


4. 독일
ㆍDIN : 독일 공업규격(Deutsche Industrie Normen)은 독일 규격협회(Deutscher Normenausschuss, ONA)가 제정한 국가 규격이다. 또 동독에는 별도로 TGL이 있다.


5. 프랑스
ㆍNF : 프랑스 규격협회(Association Francaise de Normalissation, AFNOR)에서 제정한 국가규격(Normes Francasies)이다.


6. 스위스
ㆍVSM : 스위스 기계 공업규격(Verein Schwizerischer Maschinenindustieller)


7. 소련
ㆍCOST : 국가규격으로 인민 위원회의 의결을 토대로 조직된 표준 위원회에 따라 제정된 것.
ㆍMHP M : 화학 공업성 플라스틱 공업국 규격


8. 국제규격
ㆍISO 규격 : 국제 표준화 기구의 전문부회이다. TC 61(플라스틱)이 제정했던 것으로 현재 53개국이 가입되어 있다.
ㆍIEC 규격 : 국제 전기 표준 협회(International Electrotechnical Commission)의 제정에 의한 것으로 전문 위원회의 범위내 플라스틱에 특히 관계 깊은 것은 TC15(절연재료)이다. ISO/IC 61은 전기적 시험방법은 대부분 IEC의 방법에 의존하고 있다.
이상의 각국의 규격과 국제 규격을 각 시험 항목마다 분류하고 [표 1]과 같이 된다. 또한 표중간에 표시한 시험법은 대표적인 예를 표시한 것으로 전부를 망하한 것은 아니다.

사출성형법은 열가소성 수지에 널리 적용되고 있는 대표적인 가공기술의 첫째이고 더구나 5kg정도의 시료(성형재료)가 있다면 상당한 항목의 시험에 제공할 시험편을 제작하는 것부터 사출성형 시험편은 국내외를 막론하고 품도 높게 사용되고 있다. 그러나 실험실간의 데이타의 재현성에 관하여 트러블(trouble)을 발생하는 시험편도 있다. 그것을 해결함에는 성형기, 성형조건, 금형설계 등에 대해서 상당히 상세한 규정을 설정할 필요가 있고 실제문제에서 대단히 많은 어려움을 동반하므로 ISO와 ASTM 등의 이들에 해당하는 규격을 보더라도 개략적인 규정밖에 제정되어 있지 않다. 다만, ASTM에서는 금형에 관해 상당히 상세한 규정에 제정되어 있고 또 폴리스티렌 시험편을 대상으로 성형조건 등을 규제하는 규격이 정하여져 있다.

각 실험실의 측정치 사이에 차이를 발생하는 최대 요인의 하나는 제각기 시험편의 표면배향이 서로 상위하다고 생각되며, 특히 비결정성수지의 경우는 이것으로 되돌아가게 할 수 있다. 사출성형상의 제 요인내에서 특히 배향에 영향을 주는 것은 필자의 경험으로는 실린더 온도 및 금형설계에 있다고 할 수 있다. 후자에 관련된 시험편 두께의 영향도 상당히 편저한 것이 있다. 배향도의 표준은 비결정성 수지에서는 JISK 6872 등이 규정되었고 가열 신축율 시험을 응용하는 것보다 간편하게 구할 수 있다.

폴리스틸렌에 대하여 실린더 온도, 금형온도, 사출압력이 시험편의 가열 수축율에 미치는 영향에 대하여 검토한 결과에는 실린더 온도가 <그림 1>과 같이 현저하게 배향도를 좌우하는 것으로 나타났다.

[ 그림1 ] 실린더온도의 가열수축율에 미치는 영향

물론, 그들의 관계는 성형기와 금형설계가 다르다면 어느정도 차이는 있으리라 예측할 수 있다. 한편, 가열 수축율과 인장강도 아이조드 충격강도와의 관계를 구하면 <그림 2> 및 <그림 3>과 같다.

[ 그림2 ] 가열수축율과 인장강도와의 관계

[ 그림3 ] 가열수축율과 충격강도와의 관계. 충격시험과 JIS K 6871

다른 런저(runner) 및 게이트(gate) 디자인의 금형에 의한 시험편에 대한 데이타도 <그림 2> 및 <그림 3>의 곡선상의 플로트(plot)된 것이 나타나 있다. 또 시험편 두께도 중요한 요인이며, 그 가열 신축율에 미치는 영향을 나타내면 [표 1]에 있다.

[ 표1 ] 시험편 두께에 따른 가열 신축율의 변화의 한예

ISO/TC 61의 폴리스틸렌 및 ABS규격 작성 TASK Group은 소정의 가열 수축율을 갖는 시험편을 사용하는 것을 전제로 규격 작성을 진행하고 말하자면 폴리스틸렌 규격(Draft Recommendation)의 시험편 조정 관련 항목에는 「수축율이 25~30%로 되는 경우에 성형조건을 조정하여 시험편을 사출성형 시험에 제공하는 것, 다만 수축율은 그 수지의 비커드 연화점보다 20℃ 높은 온도의 에틸렌 글리콜 중에서 30분간 어니밀 한 후 측정한 것으로 한다.」라는 의미의 규제를 하고 있다. 또 ABS 규격의 경우도 같은 상태에서 비커드 연화점 +40℃ -30분에서의 수축율이 10~20%의 사출 시험편을 사용하는 경우를 규정하고 있다.

또한 수축율에 대한 시험결과에서는 공기욕중에서 가열에 따른 경우 스틸렌계 수지의 시험편은 비커드 연화점(1kg하중) +45℃에서 60분간 가열에 따라 평균 수축율을 표시하는 것으로 판명하고 있다. <그림 1, 2, 3> 및 [표 1]의 가열 신축율은 이와같은 조건으로 측정된 것이다.

결정성 수지의 경우 시험편의 배향뿐 아니라 결정화도의 경향에도 충분히 주의하지 않으면 안된다. 결정화도의 상대적 척도를 밀도에 의해서 구하고 성형조건의 이것에 미치는 영향을 폴리필렌에 대해서 검사한다면 <그림 4>의 경우에 금형온도에 따라 현저하게 좌우된 것으로 알 수 있다. 결정화도는 냉각속도의 여하에 따라 변화하는 것으로 이것을 당연한 것이라고 말한다. 시험편의 두께에 대해서도 물론 달라진다.

[ 그림4 ] 실린더온도 및 금형온도의 폴리프로필렌 성형품의 밀도에 미치는 영향. 일반용 폴리프로필렌을 사용, 성형품두께는 2㎜

결정화도 파괴도, 강도, 충격강도 등의 측정치에 상이함을 초래하는 경우가 적지 않은 것으로 시험편 조정의 재확인을 바란다. 폴리프로필렌의 ASTM규격의 사출성형 시험편 조정에 관한 항목에 대해서는 금형온도, 실린더 온도를 처음 성형 조건의 설정상의 규제가 상당히 상세하게 설정되어져 있다.

이상의 경우에 사출성형 시험편 제작상의 문제점은 상당히 많고 그것을 사용하는 경우에는 상기 설명의 제 요인과 관련하여 그 시험편 자체가 지닌 의의를 미리 인식하는 것이 중요하다. 표준화 목적에 사용하는 시험편에 관해서는 그 조정방법에 따라서 금후 더욱 더 세부에 걸쳐 규제 되어져야 한다.

일반 사출 성형품에서 시험편을 절단하여 그것을 시험에 사용하는 것도 적지 않게 이행되고 있다. 이것은 성형품으로서의 성질을 파악하는 것을 목적으로 하는 경우가 많고 더구나 기계적 성질 시험을 대상으로 하는 것이 적지않다. 이와같은 목적을 위하여는 배향에 직각방향으로 시험하는 경우에 시험편을 채취하는 것이 실용적 견지에서 보면 대단히 좋으며 성형품의 형상치수로할 때 이것이 불가능한 경우가 많다. 그렇기 때문에 무의미한 시험편이 얻어질 수 있다. <그림 5>의 아이조드 충격시험 결과를 보더라도 위의 설명은 잘 이해되어진다. 이와같은 경우에는 성형품 자체를 시험편에 따라서 낙하 충격시험과 같은 그것에 이미 시행한 시험법을 적용하는 편이지만 적정한 데이타를 얻는 일도 합당한 것으로 인식된다.

[ 그림5 ] 사출성형품의 터프네스의 성형 온도의존성

압축성형법은 원래 열경화성 수지에 적용되고 있는 성형기술이지만 시험편 제작을 목적으로 한 경우 열가소성 수지에도 종종 사용되어지고 있다. 설비도 비교적 저렴하고 시료도 소량으로 가능하고 조작도 간편한 시험편 성형법이다. 시험편 성형에 사용하는 성형기는 유압 수동식으로 전열(電熱)가열방식 26t 프레스(press)정도의 간단한 것으로 요구하는 시험편을 얻을 수 있다.

다만, 열가소성 수지의 경우에는 동일사양의 성형기를 다시 설비하므로 냉각속도를 일정하게 하다던가 냉각시간을 단축하는 것도 좋은 형편이다. 가열가압을 1대로 하지않고 나중에 일정온도의 냉관을 부착시킨 다음 1대에 금형을 옮겨 가압냉각을 행하는 것이 이루어지기 때문이고, 결정성 수지의 시험편을 성형 할 때에는 특히 바람직하다. 증기가열 방식을 가열후 기업하에서 즉각 냉각으로 얻기 위해 과열증기를 사용할 필요가 있는 것으로 설비비용(cost)이 비싸지고 또 성형 사이클도 길어지게 된다.

성형방법 전반에 대해서 규정한 것으로서는 ISO규격이 있으며 열가소성 수지 및 열경화성 수지 각각에 대해서 금형설계, 성형기, 성형조건 등을 일반적으로 규제하고 있다. 열가소성 수지에 대해서는 염화비닐 수지, 리 에틸렌, 폴리스틸렌, 셀룰로오스계 수지 등의 최적 성형조건 등에도 저촉되고 있다. 금형 설계에 관해서는 앞에서 기술한 ASTM의 재료에 대한 규격으로는 하이 인팩트(High Infact) 폴리 스틸렌에 대해서 규정한 ASTM, 폴리 에틸렌에 대해서 규정한 JIS 등이 있다. 열경화성 수지 관계에서는 페놀 수지와 우레아, 멜라민 수지 등에 대해서 규정한 ASTM 등이 있다.

열가소성 수지의 압축 성형에 즈음하여는 다음의 사항에 주의하는 것이 바람직하다. 당연한 것이지만 압축성형 시험편에는 기포가 발생하기 쉬우므로 금형 캐비티에 어느정도의 과잉의 시료를 들여놓고 가열 가압시에 어느정도 플래쉬를 발생하는 것과 같은 상태로 되는 것에 따라 그것을 방지한다. 또 가열부족과 가압부족도 기포를 발생시키기 쉬운 것으로 미리 그 재료에 대해서 적정조건을 검사하여 보면 좋다.

기포의 존재는 인장 시험 등에 의하여 용이하게 발견하는 것에 따라 꽤 미세한 것 또한 발견할 수 있는것이 있다.
금형에 관해서는 소정의 시험편 칫수에 포함된 캐비티의 물건을 사용하는 경우도 적지않고 원래 충분한 정도의 기압하에서 냉각을 이행하지 않는 성형법만으로는 이 경우 상당히 큰 싱크 마아크를 발생하고 일정한 단면의 시험편이 얻어지지않고 또한 기포도 일어나기 쉽다. 또 끝부분에서는 내부 비뚤림을 현저하게 일으키고 있다. 그렇기 때문에 그 경우 금형설계는 되도록 피하는 것이 바람직하다. 필자의 실험실에서는 먼저 평판으로 압축성형시, 번거로운 일이기는 하나 절삭가공에 의해서 그 중앙부에서 시험편을 채취하는 것으로하고 있다.

압축성형 시험편의 특징은 널리 알려져 있듯이 배형을 거의 일으키지 않는 것이다. 그렇기 때문에 재료에 고유의 기계적 성질 등을 구할 경우 적절한 시험편으로 되고 있다. 이 의미는 <그림 5>에도 잘 표시되어 있다. 다만 압축성형에서는 재료의 응용시의 훈련과정이 포함되어 있지 않으므로 용인이 측정치에 어느정도의 영향을 일으키는 재료에 적용할 때는 별도로 이것에 대한 사전 검사가 필요하다. 또 결정성 수지에 적용하는 경우에는 냉각속도를 일정하게 하는 일이 앞에서 설명하였던 이유보다 중요하다. 폴리 에틸렌에 대해서 냉각속도와 밀도와의 관계를 표시하면 <그림 6>과 같이 된다.

[ 그림6 ] 폴리에틸렌 시험편의 밀도에 미치는 냉각속도의 영향 압축성형 시험편 : 두께 3㎜, 압축성형후 일정속도 냉각하고 로내에서 재가열한 후 다시 소정의 속도로 냉각한다.

JIS 6760에서는 특히 그 영향을 받기 쉬워서 고밀도 폴리 에틸렌에 대해서 이것을 20~30℃/min으로 정하고 있다. ISO폴리 에틸렌 규격에 대해서는 압축성형 후 다시 150℃까지 가열한 다음에 5℃/hr의 속도로 서서히 냉각하여 얻은 시험편의 측정치를 기준으로 하고 있다.

열가소성 수지의 경우 압축성형은 통상의 가공생산에는 채용되어 있지 않는 성형기술이기 때문에 그 성형법에 따른 시험편의 데이타는 자칫하면 받지못할 경향도 있지만 상기의 특징을 지닌 데이타가 있는 만큼 관용으로 사용하면 예상 이상으로 그 활용 범위가 넓어진다는 것을 알게 된다.

이 인식이 깊어질수록 표준화 목적만으로된 설계 데이타의 작성을 쉬운 여러가지 목적에 사용되어질 것이라 추측되어 진다.

압출 가공기술이나 카렌다(Calender)법에 의해 제조된 시트(Sheet) 또는 필름(Film)은 이를테면 중간제품으로 다시 2차가공, 3차가공을 거쳐 최종제품으로 되는 경우가 많은데 이들 자체의 시험도 상당히 빈번히 행하여져 있는 것으로 이들에 관한 JIS규격도 적지않게 제정되어 있다. 시험편은 이들로부터 절삭 또는 구멍을 뚫는 등의 기계가공에 의해 제작하지만 그때 주의해야할 사항은 시험편의 채취위치 및 방향의 선정에 있다. 결국 열가소성 수지의 상기 가공법에 따라 시트 또는 필름에는 특정방향보다도 높은 배향을 나타내고 있고 그와같은 재성질에 대한 방향성이 존재하기 때문이다. 통상 압출방향(또는 machine direction)의 배향도가 직각방향보다 높다. 도 엄밀하게 <그림 7>과 같이 동일한 방향에도 위치에 따라 상당한 차이를 나타내는 것도 있다.

[ 그림7 ] 시험편 채취위치에 따른 가열신축율의 상위한 일례, 고충격성, ABS 압출시이트, 두께 3㎜, 가열신축율은 155℃의 공기용중에서 60분 가열한후 측정

2축 연신 필름 등에 있어서는 각 방향의 배향도의 밸런스(Balance)가 가장 중요한 요인의 하나로 되고 있다. 시험편의 채위에 선행하여 시료의 배향상태를 체크(Check)해둘 필요가 있고 이 방법에는 이미 기술한 가열 신축율 시험외에도 Orientation Release Stress측정에 따라 그 척도를 얻을 수 있는 것으로 시료의 배향 상태를 분명히 한 후 배향도의 가장 높은 방향이나 일반적으로 각각의 가장 낮은 방향에서부터 시험편을 채취하는 것이 보통이고 실용적 관점에서 한다면 배향도의 가장 낮은 방향에 까지 시험할 수 있도록 채취하면 충분한 경우가 적지 않다. 또 상기의 가열 신축율이나 Orientation Release Stress와 제성질과의 관계나 이미 구하여져 있는 경우에는 시험방향을 하나 생략하는 것이 가능하다.

시트 혹은 필름에는 각종 적층판, 주형품, 라미네이트 필름 등도 있고 이들관계에도 방향성을 배려할 필요가 있다는 것은 말할 것도없다. 또 파이프나 각종 이형 압출품에서의 시험편 제작에 문제가 된다면 이들에 대해서 할애한다.

이제까지 기술한 어느 방법에 의해 시험을 제작하는 경우에도 수종의 시험편을 제외하고는 많거나 적거나 소정의 형상치수 마무리 때문에 기계가공을 필요로 한다. 더구나 재현성 향상에 특히 중요한 하나임에도 불구하고 표준화가 대단히 지체되고 있는 사항이기도 하다. 기계 가공법은 경질 플라스틱 연질 플라스틱, 시험편 두께 등에 따라 다르다. 경험을 토대로 기술하면 다음과 같다.

경질 플라스틱의 두께가 약 1mm 이상인 시험편은 절삭가공에 의해 마무리하는 것이 적절하다. 이 목적때문에 절삭기게는 실험실에서 여러해 사용하고 있는 전용기게로 사용되고 있다고 생각한다. 공업 생산용 절삭기계에 비교하여 상당히 경제적이며, 또한 현 시점에서 표준화 목적으로 적합한 시험편을 제공하는 것이 가능하다. 이들의 기계는 <그림 8>과 같은 환형판 <그림 9>와 같은 평(平) 프라이스(Fraise), <그림 10>과 같은 각 프라이스를 사용한 입형 밀링머신으로 된다.

[ 그림8 ] 둥근톱반

[ 그림9 ] 직립 플라이스반

[ 그림10 ] 직립 플라이스반 (각플라이스사용)

원형반은 밀링머신으로 절삭시 간단한 사이즈에 시료를 가늘게 절삭한는 것에 사용하고 형밀링머신은 덤벨(Dumbbell)형이나 약간 두툼한 형의 시험편에 마무리할 때에 사용한다. 이 경우 <그림 11>과 같은 평면을 일정의 시험편 형상에 맞추어 제작한 보지구(保持具)에 세단된 시료를 확실하게 끼워 보지구를 칼날의 가이드 링크에 따라 절삭한다. 각 프라이스는 충격 시험편 등의 구멍을 내는 경우에 사용한다. <그림 12>와 같은 전용 보지구를 이 경우에 사용하고 직선 가이드에 따른 방법으로 절삭한다.

[ 그림11 ] 시험편보지구(평 플라이스에 의한 도삭용)

[ 그림12 ] 시험편보지구(각 플라이스에의 한 절삭용)

커터의 재질, 형상, 회전 속도도 중요한 요인이므로 이들은 각각의 이 재료에 따라 검사할 필요가 있다. 또 마찰상태의 정기적인 체크가 중요하며 새로운 커터의 교환을 소홀히하면 곧바로 재현성에 영향을 미친다. 열가소성 수지의 경우 절단상태가 마는 상태의 간편하고도 정확한 기준이 된다. 서로 융착된 상ㅌ일 때에는 시험편 단면에 이상을 발생시키고 기계적인 성질 등의 측정치에 큰 변동을 일으키게 된는것이 많다.

경질 플라스틱의 얇은 시트 또는 필름에 관하여는 면도칼 또는 그와같은 예리한 칼붙이에의해 채취하는 것이 바람직하다. 덤벨(Dumbell)형 시험편 등의 경우에 곡선 부분을 포함한 형상의 시험편을 필요로 할 때에는 위의 평 프라이스(밀링)을 사용하는 것도 한편으로 적절하게 시험편을 마무리하는 것이며, 페이퍼 커터와 같은 Saw에 의한 절단법을 사용하고 있는 것은 조작은 간단하지만 단면에 노치(knotch)효과를 나타내기 쉬우므로 이것은 피하는 것이 좋다.

연질 플라스틱 시트 또는 필름에 관하여는 <그림 13>과 같은 수동식 기구에 의해 구멍을 뚫거나 Saw에 따른 절단이 일반적으로 이행되어지고 있는 것이다. 이들 기구의 관리를 소홀히 하여 재현성에 지장을 주지않는 시험편에 적절할 수 있다. 다만 고밀도 폴리에틸렌 정도로 단단하게 되면 두꺼운 시험편의 구멍 뚫기는 최소한 무리를 일으키고 있고, 이 경우 예상대로 평 프라이스에 의한 절삭방법이 타당하다고 생각된다.

[ 그림13 ] 시험편 타발기

절삭 방법 및 절삭 조건의 상위에 따라 측정치 변화의 한 예를 하이인팩트(HI) 폴리 스틸렌 시트의 신장에 대해서 나타내면 [표 2]와 같다.

[ 표2 ] 시험편 절삭법 HⅠ 폴리스틸렌 시이트의 신장에 미치는 영향

시험전에 행하는 시험편의 상태조절은 개략하여 이미 규격화되어 있는 표준상태(혹은 표준 분위기)의 실내에서 일정시간 실시하는 것이 보통이다. 한편 시험도 그와 동일한 환경중에서 행하도록 규정되어져 있는 경우가 많다. 다만 데이타의 사용목적 여하에 따라 특수한 환경 중에서 상태조절을 하는 것도 있다. 상기 시험장소의 표준상태에 관한 JIS, ISO, ASTM의 제반규격을 요약하면 [표 3]과 같다.

[ 표3 ] 상태조절 및 시험장소의 표준상태에 관한 규격

상태조절 조건은 온도ㆍ습도 및 시간의 조합(조절)에 의해서 정해지고 있으며 각자 재료의 특성이나 시험 목적에 따라 최적조건이 달라지는 것은 당연하다. 또 표준상태의 방법을 제작하기 위한 비용이 제약되는 일도 있다. 한편, 세계적으로는 기상조건의 차이에서 기인한다고 추정되고 있고 각국의 규격간에 어느 정도의 차이를 일으키므로 ISO규격은 이들을 한데 묶어 규격화한 것이다.

개개의 플라스틱에 대한 상태조절은 JIS규격에 있어서는 상기 표준상태의 범위내에서 적당한 조합을 선정하거나 또는 시간을 별도로 정한 재료규격 혹은 시험법 규격이 있고 이들에 의하여 행하는 것으로 되어 있다. ISO규격에 있어서는 [표 3]의 경우에는 시간도 우선 정하여져 있지만 각각의 재료에 따라 이것을 변경하는 일이 가능하도록 되어 있다. JIS의 경우도 동일한 선정이 각 재료의 규격에 따라 행해지며, 이들에 속하여 실시한다.

ASTM규격에서의 상태조절방법은 플라스틱에 대하여 별도로 상세하게 규정한 규격이 있고 시간, 온도, 습도의 조합을 달리하는 6종의 방법이 정하여져 있다. 상태조절은 각 재료규격에 따라 정해진 조건으로 행하도록 되어 있으며, 대부분의 경우 이들 중에서 적당한 것이 설정되어져 있다(재료에 따라서 어느정도 수정을 하기도 하고 별도로 정하고 있는 경우도 있다).

또 규격이 없는 재료에 대해서는 6종의 방법 중에서 가장 재현성이 좋은 시험결과를 갖는것을 택하여 행하도록 규정하고 있다.

상태조절을 조건과 측정치와의 관계에 대해서는 당연한 것이지만 온도, 습도, 시간의 재료의 기초적 성질에 미치는 영향에 따라 설명되는 일이 많다. 예를들자면 상태조절보다 주로 흡습, 결정화어니일링, 코어 등의 현상으로 분류되어 행하고 각각의 규격으로 정하는 위의 3요인의 조합에 대응하여 먼저 평형상태에 달하고 있다.

위의 현상의 진행이 재료의 제 성질에 적지않은 영향을 미치는 것으로 잘 알려져 있으며 또 상태조절조건의 차이에 다라 그들의 진행정도가 현저하게 다른 경우의 어느것도 자주 경험하고 있고, 또한 소정의 상태조절시간을 경험하는 것에 따라 우선 평형상태에 달하고 있지만 평형상태로 되지않는 경우가 많다. 그렇기 때문에 민감한 성질변화를 보이는 재료에 대해서는 엄밀한 시험을 행할대에는 다음의 시험으로 옮길때까지의 시간을 정할 필요도 나타난다. 한편 둔감한 경우는 상태조절 시간을 상당히 단축하는 것도 가능하다.

<그림 14>에서는 상태조절시 결정화도 변화의 의한 예로서 저밀도 폴리에틸렌 시험편의 밀도와 저밀도 폴리 에틸렌 시험편의 밀도와 상태조절 시간과의 관계를 나타낸다.

[ 그림14 ] 저밀도 폴리에틸렌의 밀도의 상태조절 시간과의 관계

1. 응력과 변형

물체에 외력을 작용시키면 변형하고 외력을 제거하면 원래의 현상으로 복귀하는 성질을 탄성이라고 하며 부하를 준순간에 변형이 일어나고 장시간 외력을 작용시키고 있어도 변형에 변화가 없고 외력을 제거하면 순간적으로 변형이 없어지는 탄성을 이상탄성 또는 순간 탄성이라 한다. 이것에 대하여 하중을 제거하여도 원래의 형상으로 되지 않는 성질을 소성이라 하고 이 소성변형은 탄성변형과는 달라 하중을 가하고 있는 시간에 의존한다.

시간에 관계하는 변형은 변형이 외력이 가해지고 있는 시간과 같이 증가하고 외력을 제거하면 장시간 후에 완전히 회복하는 것(크리이프 변형 혹은 지연탄성변형이라고 한다.)과 외력을 제거해도 그대로 잔류하는 변형(물체의 내부마찰 또는 점성에 의한 것으로 점성유동이라함)의 2가지로 분류된다. 일정한 응력하에서 물체변형의 일반식은 다음식으로 표시된다.

일반적으로 역학적 시험을 될수 있는 한 단순화하여 상기 식중의 세가지 항 가운데서 어느 것일 지라도 하나를 측정하여도 되지만 다른 두가지 영향을 완전히 무시해서는 안된다.


2. 역학적 시험법의 종류

역학적 시험법은 무수히 많고 이론적으로 분류한다는 것은 매우 곤란하다. 그러나 역학적 강도는 강도의 의미 물체에 가해지는 하중과 시간과의 관계 등에 따라 매우 달라지고 하중의 종류 하중이 가해지는 방법에 따른 분류가 흔히 사용되어 지고 있지만 명확한 것은 아니다.

(1) 파괴에 대응한 저항에서 강도를 구하는 것
  ㆍ정적 시험법 : 인장시험, 굽힘시험, 압축시험, 전단시험 등
  ㆍ동적 시험법 : 충격시험, 피로시험, 크리이프시험, 응력완화시험 등
(2) 압입에 대응한 저항을 구하는 것 : 경도시험
(3) 마찰마모에 대응한 저항을 구하는 것 : 마모시험, 마찰시험 등
(4) 변형에 대응한 저항을 구하는 것 : 파괴시험

시험편의 양단을 시험편 잡는 기구(쟈크)로 유지하고 시험편에 축 방향의 인장하중을 가하여 파괴될때 까지의 응력과 왜곡을 구하는 시험법을 인장시험이라하고 역학적 시험법 중에서 가장 널리 이용되고 있다. 사용되고 있는 인장시험 기초는 유압식의 압슬러(Amsler)형 또는 인스트론(Instron)형 만능 시험기 등이 있다.


1. 시험법 규격

각 국에 있어서의 시험법 규격으로는 ASTM(미국), OIN(독일) 및 ISO의 경우에는 제각기 재료규격 중에 포함되어 있는 것도 있다. 따라서 시험편의 표준치수는 그 대상물질과 형태에 따라 다르고 필름과 시트와 같은 얇은 것에 구멍을 뚫는 경우는 덤벨(dump-bell)형이 주로 사용되고 특히 얇은 필름의 경우에는 조붓한 종이모양 시험편도 사용되고 있다. 덤벨형 시험편의 치수는 [표 1]에 나타났듯이 시험편의 평행부분의 폭 등이 두꺼워 집에 따라 다르다. 또 성형재료의 인장강도를 구하는 경우에는 <그림 1>의 경우에 폭이 넓고 두텁고 평행부가 없는 것이 일반적으로 사용되어 진다.

[ 표1 ] 덤벨(Dunb-ball)형 시험법

[ 그림1 ] 인장 시험편의 형상

2. 시험에 관한 유의점

(1) 시험편을 성형할 때 또는 구멍을 뚫을 때 dump-bell형 시험편의 표점간격이 맞는 평행 부분의 폭과 두께를 될 수 있는 한 평균 균일하게하고 파손되지 않도록 할 것.

(2) 시험편의 폭과 두께는 모두 0.01mm까지 정확히 측정하고 특히 필름과 시트와 같이 얇은 것인 경우에는 여러 곳에서 측정할 것 또 신장을 측정할 때는 표점표시를 기입하는 일이 자주 행해져야 되고, 줄 등으로 파손되는 것은 절대로 피하고 특수잉크, 색연필 등으로 표시를 하고 있다.

(3) 시험편의 고정구조는 하중이 증가함에 따른 시험편을 죄는 가변형이 좋고 또한 유효한 것은 시험편과의 접융면에의 톱니처럼 돌기물을 붙인 것으로 이에 따른 시험편의 미끄러짐을 방지하는 것이 있다. 톱니상의 정도는 시험할 재질에 따라 적절하게 병행되어야 할 것이다. 딱딱한 시료의 경우에는 거칠기 때문에 부드러운 시료로 은밀히 한 경우가 좋다. 다만 얇은 필름이나 시트 상태의 실험편의 경우에는 인열을 일으키지 않는 공정구의 어느것으로도 파단하는 것이 없는 경우에 고정구의 표면은 평평하다.

(4) 인장시점의 특성치들에 관하여 최소화되게 하기 때문에 인장방향과 시험편의 축방향이 똑바로 일치할 때에 시험편의 취부된 방향으로 충분히 주의할 것.


3. 특성치

인장 강도는 시험편이 파단할때의 파괴 강도를 나타내고 파단시의 하중W(kg)을 원래의 시험편의 단면적 A(mm2)으로 나눈 W/A(kg/mm2)으로 신율은 파단시의 표점간격 G로서 나눈것의 백분율을 △G/G X 100(%)로 나타낸다. 탄성율은 응력 - 변형곡선의 초기 직선부의 경사로부터 구한다. 직선부를 갖지 않는 경우에는 탄성율 대신에 100% 모듈러스(modulus)로 표시하는 것도 있다. 이것은 표점 간격이 원래의 2배에 다다를 때의 하중을 시험편의 단면적으로 나눈 값이다.


4. 특성치에 미치는 시험조건의 영향

인장시험에 있어서 인장강도, 응력 - 변형곡선 등의 특성치는 시험조건 예를 들자면 시험온도, 시험속도, 시험편의 형상치수 및 그 작성 조건 혹은 상태조적, 시점기 특성, 정자에 의한 개인차 등에 따라 좌우된다.

시험 속도 및 시험 온도는 일반적으로 연한(부드러운) 플라스틱 재료정도도 두텁거나 얇은 정도에 따라 영향을 받기쉽고 일반적으로 시험속도(변형속도)가 증가한다. 시험온도가 저하함에 따라 강도 및 탄성율은 커지게 되고 연신율을 감하는 경향이 있다. 따라서 [표 2]의 경우 시험속도와 시험온도를 시험하는 각 재료마다 규정하고 있다. JIS k6723(연질 PVC 컴파운드)의 경우에는 온도 환산계수를 규정하고 있는 표이다.

[ 표2 ] 각종 플라스틱의 시험속도와 시험온도

또 시험편의 형상으로는 ISO 혹은 ASIM형이 좋고 두께가 2~3mm, 시점속도 1~10mm/min 정도(程度)가 측정치의 분산이 적은것 시험기 특성 및 개인차에 의한 측정치 및 그 분산이 큰 것 등이 보고 되고 있다.

가늘고 긴 봉상 시험편을 2개의 지지점에 올려 놓고 일정한 속도로 횡 방향에서 하중을 가하여 구부려 파괴되기 까지의 응력과 변형을 구하는 시험법을 굽힘시험이라 한다. 측정하기 위한 시험기로는 일반적으로 유압식 Amsler형 만능 시험기 등이 쓰여지고 있다.


1. 시험법 규격

시험법으로는 <그림 2>와 같이 2m의 지지점에 단순히 지지되는 시험편의 중앙에 집중하중을 가하는 3점 굽힘방식만이 규격화 되어있다. 장방형 단면 시험편의 3점 굽힘 시험법에 대해서는 각국의 주요 규격의 주요 조건은 [표 3]에 나타나고 있다. JIS K6911에서는 [표 3]의 경우에 적층관이나 적층봉에 대한 규정이 있다.

[ 그림2 ] 굴곡시험방법

[ 표3 ] 주요 굽힘 시험법 규격 비교법

(1) 시험편을 제작함에 있어서 가늘고 긴 각주의 폭과 높이(즉 단면적)을 균일하게 하고 휘지않게 할 것 또 표면을 평활하게 하고 각 날의 직각도와 평해도를 좋게 하는 것이 중요하다.

(2) 시험편을 지지하는 지점의 선단 및 시험편의 중앙상부에서 부하를 걸기 위해 가입한 선단의 곡률은 각각의 규격에 의해 결정되고 있으며, 일반적으로 지점선단의 곡률의 커지면 굽힘강도는 커지고 그 곡률이 작아진다면 굽힘강도는 작아지는 경향이 있으므로 충분히 주의할 필요가 있다.

(3) 시험편을 지지하는 두 지점은 규정된 간격으로 장치할 것.


3. 특성치

굽힘강도는 시험력이 휘어 꺽여 파괴할 때의 파괴강도를 나타내고 장방형 단면 시험편의 경우에 다음 식으로 구한다.

ㆍ굽힘강도 = 3WL / 2bh2
ㆍ굽힘탄성율 = (W/Y) L3 / 4bh3
단, W : 파괴시의 하중(kg), (W/Y)

초기 세워둔 상태의 직선의 구배로 시험편의 단위 휨에 있어서 하중(kg/min), b, h, L은 [표 3]과 동일


4. 특성치에 미치는 시험조건의 영향

굽힘 특성치도 인장특성과 마찬가지로 시험편의 형상치수 등의 많은 인자의 영향을 받고 시험조건의 선정하는 방법에 따라 변화한다. 측정치의 변화가 적어지고 파단 또는 항목이 작은 변형이 일어나는 경우에 할 수 있는 가장 바람직한 시험조건으로서
ㆍ지점간의 거리 : L = 16h
ㆍ시험편의 폭 : b = 10h
ㆍ시험편의 높이 : h = 2~4mm
ㆍ시험속도 : N = zL2 / 6h(z=0.03)
이 예로 들어져 있다. 또 I1S R 175-1961은 [표 3]의 경우 굽힘시점에 있어서의 최대 휨 한도를 규정하고 있으며, 시험편 노이의 1.5배로 되는 경우는 시험을 중지하고 그대로의 응력을 구하는 것으로 되고 있는 점에 주의하지 않으면 안된다.

직방체 또는 원주형에 성형한 시험편을 2매의 평행판 사이에 끼워 시험편에 압축하중을 가하여 파괴될 때 까지의 응력과 변형을 구하는 시험법을 압축시험이라고 한다. 사용되고 있는 시험기초는 인스트론형 혹은 앰슬러(Amsler)형 만능시험기 등이 있다.


1. 시험법 규격

각국의 규격의 요점을 정리한다면 [표 4]와 같다.

[ 표4 ] 주요 압축 시험법 규격

(1) 시험편의 상하단면을 가능한한 평활하게 하고 축방향과 직각되게 세울것. 수직도가 나쁘면 편심하중의 원인이 된다.

(2) 시험편의 중심선과 가압편의 그것과 동일 직선상에 있을 경우에 시험편을 넣어 부하를 걸것.

(3) 따라서 변형의 양상이 서로 다른것(예컨데, 현저하게 큰 형으로 되거나 되지 않는거)과의 사이에 압축강도의 비교는 안된다.

(4) 크로스 헤드(cross head) 이동량으로 부터 탄성율을 구하는(ASTM에서는 금지시키고 있다) 경우에는 일반적으로 참값보다 낮은 값이 되는 점에 주의하지 않으면 안된다. 또한 높이만 다른 동일형상 치수의 시험편을 1개씩 사용한다면 양쪽의 측정치로부터 참값에 가까운 값을 구하는 것이 된다.


3. 특성치

압축강도 및 파괴시의 변형은 제각기 다음의 식으로 부터 구한다.
압축강도 = W.A(kg/mm2)
파괴시의 변형 = (lo-l) / loX100(%)
ㆍW : 파괴시의 하중(kg)
ㆍA : 단면적 (mm2)
ㆍl : 파괴시의 시험편의 길이(mm)
ㆍlo : 파괴전의 시험편의 길이(mm)

1. 경도표시법

경도는 물체의 연하고 단단한 정도를 나타내는 것으로 사용되고 있지만 그 정의는 일정하지 않다. 따라서 형재까지 관용으로 사용되고 있는 경도의 표시법을 크게 분류하면,

(1) 압입 경도 : 물체의 표면일부에 정하중을 수직으로 가할 때의 변형량을 척도한 경도
ㆍ브리넬 경도 H^B, 비커스 경도 H^V, 로크웰 경도 H^R, 튜로메타 경도, JIS 경도(고무용), 파아콜 경도 등

(2) 연흔 경도 : 물체표면에 흠을 낼 경우 이동 하중을 가할때의 재료의 파괴귀항을 척도로 한 경도
ㆍ마르텐스 경도 비어 바움(Bier baum) 연흔 경도 등

(3) 반발 경도, 진자 경도 : 외관의 강성율이나 반발 탄성율을 척도로 한 경우
ㆍ2쇼어 경도 H^S, 하바트 경도 등의 3종류로 된다. 이 중 플라스틱 재료용으로서 비교적 잘 이용되어지고 있는 주요한 것을 브르넬 경도, 로크웰 경도, JIS 경도, 튜로메타 경도 등이 있다.

경도는 그것을 측정하는 시험법에 따라 다르고 시험편의 형상치수(특히 두께) 측정에 사용하는 하중의 크기 부하속도, 하중 지지 시간 등의 부하방법 하중제거 후 측정할 때 까지의 시간, 혹은 시험온도 등의 시점조건에 따라서도 현저하게 달라지기 때문에 심지숙고 해야 한다.


2. 시험법 규격

플라스틱의 경도에 관한 JIS의 규정을 현재 다음의 것 외에는 없다.
ㆍJIS K6911 - 6922 (열 경화성 플라스틱 일반 시험벙법)
ㆍJIS K6911 - 1958 (아세틸 셀룰로오스 성형재료) … HR(R스케일)
ㆍJIS K6888 - 1692 (4불화 에틸렌 수지판)
ㆍJIS K6889 - 1962 (4불화 에틸렌 수지호나봉) … 듀로메타(D형) 경도
ㆍJIS K5704 - 1966 (유리섬유 강화 폴리에스테르 욕조) … 파콜 경도

어느 것도 시험편, 시험장치 등의 최저필요 사항만을 규정하고 있지는 않으나 시험방법 등의 시험시 제반 주의사항은 다음 ASTM의 상세한 규정을 참고로 할 필요가 있다.
ㆍASTM D 785-65 (플라스틱 및 전기절연재료의 로크웰 경도 시험방법)
ㆍASTM D1760-61 (듀로메타에 의한 플라스틱 압입 경도 시험방법)
ㆍASTM D22KO-64T (듀로메타에 의한 고무 및 플라스틱의 압입 경도 감정시험 방법)
ㆍASTM D2583-67 (파콜 경도계에 의한 플라스틱의 압입 경도 시험방법)


3. 브리넬 경도

1) 정의 및 계산식
블리넬 경도는 압입 경도의 대표적인 것 중 하나로서 강구는 압자로 하여 사용하고 이것을 시험면에 일정한 하중(시험하중이라고도 함) W(kg)으로 압입한 후 시험하중을 제거한 다음 남게도는 영구적으로 압입된 자국의 직경 d(mm) 또는 그 표면적 S(mm²)을 측정하여 일반적으로 다음 식에 의해 계산을 한다.

H_B = W/S = 2W/πD(D-D²-d²)

단, D는 강구의 지름(mm)이고, HB의 수치에는 통상 단위를 붙이지 않는다.
또 DIN에서는 영구적인 압입자국의 길이 t(B를 계산하는 것을 규정하고 있다.

HB = W/πDt

시험하중 W와 강구직경 D는 시료의 종류와 경도를 고려하여 신청하며 압입자국의 지름 d가(0.2~0.5) D인 경우 바람직하다. JIS K6911에서는 D=10(mm), W=500(kg), 하중의 보유시간을 30초로 정하고 있으며, 각국 규격과의 차이는 [표 5]에 나타내고 있다.

[ 표5 ] 브리넬 경도의 각 시험조건

2) 시험조건
시료의 정확한 브리넬 경도치를 얻기 위해서는 시료의 두께는 압입자국의 깊이 t의 10배 이상이고 압입자국의 중심은 시료의 끝에서 2.5d 이상 떨어져 있는 위치에서 측정하는 것이 필요하다. 따라서 시료의 폭은 최소한도 5d 이상이 되어야 한다. 또 이미 있는 압입자국의 곁에서 측정하려는 경우에는 자국의 중심간 거리가 4d 이상이 되어야 한다.

3) 상사법칙(相似法則)
시험하중 W와 압자지름 D와의 사이에 W/D₂이 일정한 관계가 있다면 브리넬 경도 HB는 일정하다라는 상사법칙이 있다.
여기에서 시료의 크기 등의 점으로 정확한 브리넬 경도시험이 되지 않는 경우는 상사법칙을 사용하여 근사적인 균질한 재료의 H_R을 구할 수가 있다.


4. 로크웰 경도

1) 정의 및 산출
로크웰 경도 HR은 브리넬 경도가 압입자국의 표면적을 척도로 한 것에 비해 압입자국의 깊이를 척도로 한 압입 경도이다. 강구 또는 다이아몬드 원추를 압자로 하여 우선 일정한 하중 W₁(이것을 기준하중이라고도 함)을 가하의 시험하중 W₂로 한다. 그후 재차로 기준 하중 W₁으로 돌릴 때 이 전후 2회의 기준 하중시에 일어나는 압입자국의 깊이간의 차h(mm)를 측정하여 [표 6]에 표시한 것과 같은 많은 스케일이 있다.

[ 표6 ] 로크웰 경도의 각종 스케일

경도치의 앞에는 필히 그 스케일 기호를 붙이지 않으면 안된다.

2) 시험조건
ASTM에서는 [표 7]과 같은 스케일을 플라스틱 재료용으로서 규정하고 있다. [표 7] 로크웰 경도 스케일과 하중(ASTM O 785-65)

[ 표7 ] 로크웰 경도 스케일과 하중(ASTM D 785~65)

압입자국 길이 h가 매우 작게되면 HR값이 115 이상으로 되는 스케일은 피하고 50~100의 범위내에 있는 HR값을 얻을 경우 스케일의 이용이 바람직하다.

ASTM에서는 시험하중의 유지 시간 및 하중을 제거한 후 읽을 때까지의 시간의 양자를 각각 15초로 규정하고 있다. 이 시간을 측정하는 방법에 따라 엄밀하게 구하는 법과 실용적으로 구하는 법의 경우에 적지않은 해적적인 차이가 나므로 주의해야 한다.

ASTM에서는 대시포트(dash pot)의 작동 시간을 규정하는 것에 따라 부하속도를 간접적으로 규정하고 있다. 또 자세한 연구가 되고 있지 않지만 극히 짧은 시간 혹은 장시간 시험한다해도 플라스틱 재료의 경우 기타 조건만큼 그 영향은 크지 않다고 생각된다.

시험편은 두께 6mm 이상, 폭 13mm 이상, 면적에 따라 25mm(각) 이상이 필요하다. 얇은 경우는 판을 중합시키는 것도 좋고 각기 얇은 판의 면적이 상호 충분히 밀착하여 있게되면 참값보다도 어느정도 낮은 값이 되는 점에 주의하지 않으면 안된다.

로크웰 경도차는 온도의 상승에 반해 작아지게 되고 표준상태 20℃의 경도 값을 구하면은 온도차를 보정할 필요가 있으며 온도의 영향은 작아진다.

시험편 또는 물체에 순간적인 충격하중을 가하여 그 파괴에 필요한 일(에너지)을 그 물체 또는 물질의 점성, 무름정도를 나타내는 시험법을 충격시험이라고 한다. 따라서 충격강도는 그 물질 또는 물체의 순간적인 집중외력에 견디는 저항의 하한값을 나타내는 것이라고 여겨지며 재질 뿐만 아니라 그 형상이나 외력의 종류 등에 따라 다르고 정확한 무름을 나타내는 척도라고 말하지는 않는다.

충격시험의 종류는 시험편에 가한 하중에 따라서 충격굽힘시험, 낙하(낙구) 시험, 충격인장시험, 충격 비틀림시험, 충격 압축시험 등으로 분류되지만 가장 광범위하게 사용된 규격으로 다루어지고 있는 것은 충격 굽힘시험 등으로 분류되지만 가장 광범위하게 사용된 규격으로 다루어지고 있는 것은 충격굽힘시험의 샤르피(Charpy) 시험법과 아이조드(Izod) 시험법이 있다. 충격인장 시험은 이론해석이 용이한 것으로 ASTM에서는 다루어지고 있다.


1. 샤르피 충격시험

프랑스의 G.Charpy가 고안한 시험법으로 <그림 3> (a)와 같이 양끝을 지지한 시험편의 중아노치(notch)부의 돗부분을 햄머(hammer)로 때려 파단시킬때 흡수된 저충격 에너지를 내리친 부분의 원래 단면적 혹은 단위 노치폭으로 나눈 수치를 샤르피 충격강도라고 한다.

각국에서 사용되고있는 샤르피 충격시험법의 규격을 비교하여 [표 8]에 표시한다.

[ 표8 ] 각국 사르피 충격 시험규격

영국의 E.G.Izod가 고안한 것으로 [그림 3] (b)와 같이 시험편의 한쪽 끝을 고정한 수직인 편지침의 자유 단측(지지대 상면에서 22mm에 위치)을 샤르피 충격장치와 원양 진자형 장치를 이용하여 노치 방향으로 부터 햄머로 타격하여 파괴 시킨다. 아이조드 충격강도는 전 충격에너지를 절이부의 원 단면적 혹은 초치폭으로 나눈 수치로 나타낸다. 시험편을 샤프리법이 보통 절입부(노치)가 있는 시험편을 사용하는 것에 반해 아이조드법을 절입부가 있는 것과 없는 것의 양자 두가지 법이 사용되고 있다.

절입부가 있는 경우와 없는 경우 양자 사이에는 직접 관계가 없는 것으로 한쪽으로부터 다른 한쪽을 수정한다는 것은 곤란하다. 일반으로 노치가 없는 시험편의 경우에는 시험편 내부의 상태에 따라서 영향을 받기 쉽다. 각국에서 사용되어지고 있는 아이조드 충격 시험법의 규격을 비교하여 [표 9]에 표시하였다.

[ 표9 ] 각국 충격시험규격

샤르피 충격강도 아이조드 충격강도는 어느 것도 시험편의 1회의 충격으로 파단할 수 있는 에너지 E(kg-cm) 시험편의 단면적A(m2)를 사용해서 다음 식으로 부터 산출한다.

에너지 : E = W X H
충격강도 : ak = E / A

단, W는 햄머의 중량(kg), H는 충격 전후의 햄머의 중심위치의 차(cm)
보통 에너지 E는 시험기의 눈금으로 직접 읽을 수 있도록 되어있다. 부드러운 재료의 경우에는 시험편 지지대에 시험편을 끼운 아이조드법에서는 조임방식에 따라 어느정도 다른 값이 얻어지기 때문에 시험편 지지대 위에 그대로 두는 샤르피법의 경우가 좋다. 그러나 샤르피법에서는 지지대의 형상이 다르므로 시험편의 비상방향이 다르게 되고 시험기 간의 오차의 원인이 되는 점에 주의해야 한다. 파단된 시험편의 비산에 필요로하는 에너지는 토스로스(toss loss)라 하고 흡수 에너지 때문에 차이가 나는 것이 맞는 것으로 되고 있다. 아이조드 법에서는 비산되는 것이 시험편 전부일 때 시험기의 최대용량에 근사한 재질의 시험편의 경우에는 그 영향이 크게되고 아이조드법의 경우가 좋다. 따라서 재료의 충격강도와 사용된 시험기의 용량과의 관계에 의의하지 않으면 안된다. ISO, DIN, BS에서는 흡수 에너지가 측정량의 10% 이상 80% 이하 GOST에서는 10% 이상, 90% 이하로 규정하고 있다.


4. 시험조건 및 시험에 관한 유의점

(1) 시험편의 폭은 충격강도에 영향을 주지는 않지만 두께는 영향을 주며 절입 깊이는 어느정도(2~3m) 깊게 되면 영향을 주지 않는다.

(2) 시험편의 향상 치수는 각국 규격에 따라 상당한 차이를 나타내고, 그들의 충격강도의 비교시에는 충분히 주의할 것.

(3) 햄머의 타격중심과 시험편의 타격점과 엇갈리기도 하고 햄머의 날끝이 시험편에 적중되지 않는 경우에 시험편을 정리할 것.

(4) 지침 및 회전부분의 마찰에 의해 손실의 적정보정 할 것.


5. 낙하시험

낙하체(통상 강구를 사용)를 시험편의 중앙에 수직으로 자유낙하시켜 파고에너지 또는 손상의 정도 등을 구하는 시험법을 낙하충격 시험이라 한다. 얇은 필름 관상재료 및 성형재료에 주로 이용되고 있다. 이 시험방법에서는 파괴의 평가를 정량화하는 것이 곤란하고 JISK 6745의 경우에 단순히 파괴될지 어떨런지를 관찰하여 양부판정을 행할 경우가 많으므로 낙학리를 일정하게 하여 낙하거리를 변하는(충격속도는 가변)일에 따라 최소 파괴 높이 시험편의 50%의 파기할 높이 중량을 구하는 그것을 파괴 에너지로서 표시할 방법도 사용되고 있다. 시험편의 형상, 치수, 시험편의 지지방법, 지지상태, 낙하체의 중량, 낙하거리, 적용재료 등은 각국의 규격에 따라서 다르다. 또 JIS K6745-1963에서는 시험편의 두께와 강구의 낙하거리와의 관계가 명기되고 있으며 판 두께는 2.00mM 이하로 제한하고 있다.

재료의 마모는 마찰외력에 따라서 재료의 일부가 그 표면에서 부터 이탈하고 있는 현상을 말한다. 마모에 대한 재료의 저하를 측정한느 시험법이 마모시험이다.


1. 마모의 종류

마모는 마찰을 일으키는 상태에 따라 다종다양하고 다음의 3가지로 분류한다.

1) 접촉면의 형상
마찰을 일으키는 2개의 물체 접촉면(평면, 원통면, 구면, 기타)과 양자의 조합(평면사이, 고면사이, 평면과 곡면 등)이 따른다.

2) 접촉면의 형태
양물체의 표면이 직접접촉하고 그 사이에 지립(紙粒)과 같은 개재물이 없는 미끄럼 마모(또는 정상마모)와 접촉면 간에 지립이 개재하는 거친 마모가 있고, 윤활제의 유무 및 지립상태에 따라서 다시 5가지로 세분화된다.

ㆍ윤활제 미끄럼 마모(미끄럼 마모)
ㆍ무윤활제 미끄럼 마모(미끄럼 마모)
ㆍ유동지립 거칠음 마모(거칠음 마모)
ㆍ마모재를 접착시킨 포나 종이를 이용한 것(결합 지립 거칠음 마모)
ㆍ충돌 지립 거칠음 마모(마모재를 낙하 시키는 것)

3) 접촉시간
접촉면이 항상 마모상태에 있는 연속마모와 단속적인 마모상태로 되어지는 단속마모가 있다.
이와 같이 마모상태가 다종에 걸쳐 있기 때문에 마모의 특성을 측정하는 마모시험기도 각종의 것이 있고 거칠음 마모시험에서는 Tober식 마모 시험기가 널리 사용되고 있다.


2. 마모시험에 관한 규격

플라스틱의 마모시험으로는

(1) JIS K6902 열경화성 수지 化粧板 시험방법
(2) JIS K5903 일반용 열경화성 화장판 시험방법
(3) ASTM D673-44 플라스틱의 손상저항 시험
(4) ASTM D1044-56 투명 플라스틱의 표면마모 시험방법
(5) ASTM D1242-56 플라스틱의 마모 시험방법

등이 있다. (1), (2) 및 (5)는 자립, 랩제, 마모 분말, 연삭제, 모래 등이 마모재에 따른 플라스틱의 마모저항을 구하는 일반적인 거칠음 마모에 따른 재료의 투명도의 저하를 측정한다. 마모 시험전후의 투과량을 Q1, Q2하면 양자의 비율 Q1/Q2X100(%)로 마모도를 나타낸다.


3. 마모특성에 영향을 미치는 인자

마모량은 정상상태에서 마찰거리와 면간압력(마찰표면에 직각인 하중)에 비례하고 마찰속도가 커질수록 감소한다. 그 경우 시험편 표면의 흠집, 지립의 종류, 형상, 입도와 마모 부스러기 제거 방법 혹은 시험환경 등의 영향을 받는다.

흡온성(吸溫性)이 높은 나일론 6과 같은 온도의 변화에 따라서 마모량이 변화하는 것의 경우에 마모량을 중량으로 측정할 경우 흡습수분에 의하여 중량 변화도 크기 때문에 일정온도, 일정 습도하에서 실험, 측정을 할 필요가 있다.

또 마모특성을 단위 마찰거리에 해당하는 마모량(그것을 마모율이라 함)으로 면간 압력이외의 기타 조건을 동일하게 할 때의 단위 마찰거리, 단일연간 압력에 해당하는 마모량(그것을 비마찰량이라고 함, 단위 mm2/km-kg)으로 마모특성을 나타내면 각종의 마모 시험방법에 의한 마모특성을 비교하기에 좋은 통계이다.

면간 압력 및 마찰속도가 어느정도 커지는 경우나 장시간 연속해서 마찰되는 경우에는 마찰열에 의한 온도의 상승이 현저하고 융점 또는 열분해점이 낮은 플라스틱에서는 용융 또는 열 분해를 발생하여 기게적 마모와 다른 별도의 마모 현상을 발생한다. 따라서 일반적으로 마모에 대하여는 이 한도내에서 시험할 필요가 있다.

미끄럼 마모에서는 마찰거리가 0.2~1.5km이내에 있어서의 초기 마모가 그 이상의 거리에 있어서의 정상마모와는 구별하여 취급할 필요가 있다.

어떤 물체에 연속적으로 변화하는 하중 혹은 변형을 반복하여 작용시키면 응력이나 변형이 그 물체가 정적으로 파괴하는 한도이내에 있어도 파괴한다. 이와같은 현상을 피로라고 하고 설계 데이타를 얻는 것을 주목적으로 하여 피로시험을 행한다.


1. 시험조건 및 시험규격

피로는 시험편의 형상, 치수, 시험편의 표면상태, 응력 또는 변형의 크기, 형식(그림 4)항중의 반복속도, 시험환경(온도, 습도 및 분위기) 등의 다수의 인자에 따라서 영향을 받기 때문에 그들을 충분히 검사하여 시험할 필요가 있다. 경질 플라스틱에서 물론 많이 적용되고 있는 조건은 20±1℃, 65±5% RㆍH로 107회까지의 피로 시험을 관상시험편(평활)을 사용하여 양쪽의 평면을 굽히거나 인장 압축 하중을 가하여 행한다. 현재 규격화되어 있는 플라스틱 시험법은 ASTM과 FS의 경우 두 가지가 있다.

[ 그림4 ] 응력형식

1) ASTM D671-63T
플라스틱의 굽힘 피로 시험방법
이것에는 A, B 2가지의 시험방법이 규정되어 있다. A법은 크랭크식의 변형 진폭 일정형의 시험기(시험속도는 720±20rpm)를 사용하고 시험편에는 [그림 5]와 같이 평활 중심이 1개인 원형 구멍이 있는 펜촉 V흠이 있는 등의 3종류가 있다.

[ 그림5 ] ASTM D 671-63T(A법)의 시험편

이중 (b), (c)의 시험편을 설계 데이타를 구하는 것은 아니고 될 수 있는 적지않는 시험편으로 짧은 시간으로 평균치에서 벗어나지 않는 데이타를 구하여 그것으로 동종 재료의 비교를 하기도 하고 한정된 조건하에서의 품질관리를 행하기 위한 것이라고 생각되어 진다.

B법으로는 불평형 질량회전식의 하중진폭 일정형의 시험기(시험속도는 1,800±4rpm)가 규정되어 있고 시험편은 <그림 6>과 같이 장단으로 2개의 종류가 있다. 어느 것도 편지굽힘으로 굽힘응력이 균일한 테이퍼형의 것으로 강한 재료에는(a) 약한 재료에는 (b)를 사용한다.

[ 그림6 ] ASTM D 671-63T(B법)의 시험편

2) FSLP 406b
이것에는 Method 1061과 Method 1062의 2가지가 있고 전자에는 ASTM A법과 똑같은 시험기 (시험속도는 1725rpm)를 사용하지만 ASTM B법과 동양인 페이퍼형의 시험편(치수의 (a)보다 작다)을 채용하고 있는 점이 다르다.

Mothod 1062는 회전굽힘 형의 시험기를 사용하는 것으로 시험속도는 3,450~10,000rpm이다. 이 시험기는 다른 형에 비하여 정밀도가 높고 금속에서 사용되어지고 있지만 플라스틱에서는 시험편의 가공의 양부(良ㆍ否)나 시험중의 열경화에 의한 편심을 일으키기 쉬운 적층판 등의 판상재료에는 적합하지 않는 등의 이유로 아직 사용되어지지 않고 있다.

이 경우 <그림 5> (a)와 유사한 형상의 시험편을 사용하여 양측지지 굽힘형식으로 시험하는 방법이나 Schenk 굽힘L 피로시험기를 사용하는 방법 등이 있다.


2. 시험에 관한 유의점

(1) 피로 시험법은 될 수 있는 한 동일 판에서 절취하여 동일판으로 만든 인장, 굽힘 시험편 정적특성을 조사하여 둘것. 표면에 손상이 되지 않도록 적어도 20매의 피로시험을 준비할 것.

(2) 강과 용접한 시험편의 접착부에서 파괴(Chuck 절단이라함)를 피할 때에 Chuck 끝 부를 둥글게하여 얇은 필름(또는 0.2mm 정도의 폴리 에스테르 필름)을 1매 삽입하는 것이 좋다.

(3) 피로시험 중에 실제로 시험편에 가해지고있는 응력(動 응력이라고 함)과 하중 혹은 굽힘 모멘트로 부터 계산된 응력(정적응력이라함)과의 차이를 검정하고 기타 하중을 부가되지 않을때에 시험편의 장치 등에 주의할 것.

(4) 시험편이 얇아 약하기도 하고 강한비율에 탄성율이 작은 경우에는 휘는 한도내에서 소요의 응력에 도달할 경우 미리 두께를 검사해 볼 것.

(5) 변형진폭 일정형의 시험기를 사용할 경우에는 하중 반복수가 증가함에 따라서 강성이 저하함으로(따라서 시험편의 응력도 저하하고 언제까지도 판단하지 않음)부터 일정량의 강성저하의 시기에서 피로파괴되는 것으로 보는 것이 보통으로 ASTM에서는 그 보유율 7/8을 채용하고 있다.

1. 전단시험

플라스틱의 필름, 시트, 성형재료, 적층재료 등을 펀치로 구멍을 뚫기도 하고 혹은 절단하는 데에 필요한 힘을 전단력이라 한다. 시험방법에는 △설계 테이타 혹은 품질관리 데이타로서 전단저항(전단강도)을 구하는 것 △전단 가공성을 조사하는 것 △베아링 특성을 구하는 것이 있다.
전단강도 시험규격을 JIS에는 없고 보통 ASTM 0732-46, FSLP 406 b Metod 1041, BS 2782 Part3, Method 305A 등을 적용하고 있다. 적층판 등과 같은 이방성 재료에서 전단강도를 전단상태(판에서는 횡전단, 면내전단, 층간전단의 3개)에 따라 어느정도 달라지는 점에 주의를 해야한다.
전단 가공성 시험은 ASTM D 617-44, FSLP 4066 Method 5301.1에 규정되어 있다. 판상시험편에 구멍을 전부 리벳, 핀, 볼트 등으로 접합한 경우의 접촉면의 강도(이것을 베아링 강도라고 함)을 구하는 베아링 특성의 시험은 ASTM 0953-54, ASTM D1602-60 및 FSLP 4066 Method 1051에 각각 규정하고 있다.


2. 파괴시험

파괴는 정적인 지속하중하에 일어나는 겉보기 탄성율을 말하고 그 일정응력 하에서의 재료의 변형되기 쉬움정도 또는 일정한 변형을 부여할 때에 필요한 응력으로 나타낸다. 파괴강도를 측정하는 방법은 굽힘에 의한것과 비틀음에 의한 것의 2가지가 있고 전자는 ASTM D747-63, 후자는 JIS K6745-1951, ASTIM D 1043-61T 및 BS 2571-1955 등에 규정되어져 있다.


3. 인열(引裂)저항시험

필름이나 시트를 인열하는데 필요한 저항(인열의 용이도)을 측정하는 시험법으로 인장 시험기를 이용하는 방법과 전자형충격시험기를 사용하는 방법 등이 있다. 시험방법규격으로는 JIS K6732-1953 ASTM D1938-62T ASTM 1004-66, ASTM D1922-67 및 BS 1763-1956 등이 있다.


4. 크리이프시험 및 응력완화(緩和)

재료에 일정하중을 장시간 가할 때에 시간과 함께 변형이 증대하는 것을 크리이프라 하고 일정변형을 장시간 부여할 때의 응력이 시간적 변화를 응력완하라고 하고 하중의 종류에 따라서 그 방법이 다르지만 인장 및 압축하중하에서의 크리이프 시험은 ASTM D674-56에 규정되어 있다.


5. 기타

이 밖에 적층판의 층에 평행을 강구에 의한 하중을 가한 시험편이 파괴할 때의 하중(벽재 강도라함)을 구하는 시험법이나 마찰계수 등을 구하는 마찰시험 등이 있다.

금속 및 저분자 물질은 온도에 따라 고상, 액상 및 기상으로 변화하고 이와같은 상은 융점 및 비점에 따라 명확하게 분류할 수 있다. 플라스틱은 기상과 관계가 없고, 고상 및 액상이 문제가 되지만 분자구조가 복잡하기 때문에 온도에 따른 相의 분리가 명확하지 않다. 일반적으로 고, 액의 양상이 혼재하고 있다. 그러나 타재료에 들어가 있지 않는 유리 전이점이 존재하여 이것이 플라스틱의 제특성을 지배하고 있다.

열가소성 플라스틱은 비정성 및 결정성으로 나누어지지만 결정성 플라스틱도 일반적으로 비정성 일부가 혼재하며, 금속 등과 비교하여 훨씬 복잡한 거동을 나타낸다. 그러나 결정성 플라스틱에는 결정화도, 결정의 융점 및 유리전이점을 경계로하여 일반적으로 플라스틱에는 역학적 성질, 열팽창율 등이 변화하며 전이에 따른 이상비열이 들어있다.

열적 성질을 목적별로 분류하여 보면 성형가공 특성 및 제품특성으로 대별할 수 있다.


1. 성형가공특성으로서의 열적성질

융점, 유리 전이점, 열전도율, 비열, 유량, 열팽창률 및 수축율 등이 있다. 성형온도는 적어도 융점이상되지 않으면 안되지만 온도가 높으면 수지의 점도가 낮아지고 유량은 잘 흐른다. 그러나 어느 정도 높아져도 문제가 없다. 수지의 분해온도가 문제가 된다. 또 유량은 온도 및 절단력의 관수에 대해서 취급하는 것이 중요하지만 일반적으로 비뉴우톤성을 나타내는데 복잡하다. 비열은 전이점의 측정만으로 된다. 결정의 융해에는 수반되는 열량 측정이 생기기 때문에 팽창을 그 자체 성형기의 설계에 중요하며 특히 금속의 열전도율이 중요하지만 아직 현재의 측정기에는 적용할 수 없다.

금형에 있어서의 고화(固化)에 있어서 재융점이 문제가 되지만 결정화 및 유리화의 온도, 방열에 관계되는 열전도율 및 유리화의 온도, 방열에 관계되는 열전도율 및 비열, 고화에 따른 수축 등을 예로 들수 있다. 특히 수축에는 용융시 및 고체의 비체적의 차가 문제이며, 결정성 플라스틱에는 약 25%쯤되는 경우가 있으므로 수지의 압입 추가시에는 끊어지지 않는 원인이 된다.


2. 제품특성으로서의 열적 성질

크게 나누면 특성 온도에 따라 변하고 열열화(熱劣化)에 분해된다. 전자에 따른 대표적인 일은 열 변형온도, 취하온도, 열팽창 및 수축 등이지만 역학적 성질, 전기적 성질 기타 일반적인 성질의 온도에 따른 영향을 요구하는 일이 많다. 열열화는 온도만으로 되고 이것에 시간의 인자를 더하는 일로서 이해되며 일종의 경시변화이다. 실용적으로는 역학적 성질, 전기적 성질, 그밖의 여러가지에 대해서 요구되지만 그 성질을 parameter로 하는 것은 목적에 따라 결정해야 할 필요가 있고 시험은 일반적으로 상당히 귀찮은 것이다.

그 밖에 제품특성에 대해서 전이점, 비열, 열전도율, 열팽창 계수, 내염성 등이 있다.

길이 L의 물질을 △T만큼 온도를 높여서 길이가 △L만큼 늘어나게 하면 △L/L을 △T에 대해서서는 팽창율 △L(Lㆍ△T)을 선팽창 계수라 한다. 길이에 대신하여 체적을 이용하면 같은 상태로서 체팽창율 및 체팽창율을 구할 수 있다. 선 및 체팽창 계수를 α1 및 αF로 표시하면
α^F = 3α^F + 3(α^e)² + (α^ℓ)³ ÷ 3α^ℓ
이 된다.

그러면 플라스틱의 경우에는 이와같은 단순한 가역적 팽창이외에 다른 원인에 다른 치수 변화가 생기는 경우도 있다. 가령 측정이 열이력(熱履歷)을 수반하기 때문에 수분 및 가소제의 변화, 성형시에 생기는 잔류 변형의 변화, 중합, 가교, 분해, 결정화도 등의 변화 등의 원인과 같은 일이 있는데 이러한 변화는 온도에 대해서 일반적으로 비가역적이다.

따라서 팽창계수를 온도의 함수로 구할 필요가 있는 경우가 많다. 일예로서 <그림 1>에 4불화 에틸렌 수지의 측정 예를 표시했는데 20℃ 및 30℃에서 일차전이가 124℃에서 2차전이가 명료하게 나타나 있다.

[ 그림1 ] 4불화에틸렌 수지("Polyflon"® M-11)의 선팽장

선팽창 계수의 시험법은 ASTM D696에 제정되어 있으며 <그림 2>와 같은 길이 5~10cm의 봉상 시험편의 팽창량을 석영관 상단면의 이동량으로서 취급하여 다이알 게이지를 읽는다. 荒木을 다이알 게이지 대신에 저항선 변형계를 이용한 장치를 고안했다. ASTM법에는 측정할 수 없는 경우의 전이점 측정에 성공했다. 즉 저온역에 관한 측정도 가능하게 했다.

[ 그림2 ] ASTM법에 의한 선 팽장계

X선 체절법을 이용한 황목은 결정면(100) 간격의 온도변화를 구해서 흥미있는 결과를 얻었다. 즉 결정부에 대해서 결정축의 방향에 따로 이방성을 표시하는 일이 있다. 체 팽창계수는 소위 데타트-메타에 의해 측정하지만 본 법은 ASTM D864에 제정되어 있다. <그림 3>은 ASTM에 따른 장치인데 시험편의 체적변화를 수은의 액면변화에서 읽은 방법이 있지만 수은 및 유리체 팽창의 보정이 필요하다.

[ 그림3 ] ASTM법에 의한 체 팽장계

또한 데타트-메타는 여러가지 형태의 물건이 시판되고 있다.

실용적으로 플라스틱의 사용한계 온도를 아는 일은 극히 중요하므로 필요한 경우가 많다. 이와 같은 한계 온도에는 이 중의 의미가 있어서 유지시간을 무시하는 경우 및 장기적인 시간을 생각할 경우로 나눌 수 있다. 전자는 단순한 온도에 따른 물성변화이고, 실용적으로는 강도보다도 오히려 변형문제를 일으킨다. 또 후자는 소위 크리이프 및 열열화에 있어서 변형강도가 문제가 된다.

전자는 일반적으로 성형품의 온도를 올리면 점점 연화되어 열가소성플라스틱이라면 최종적으로 용해되고 흐름이 일어나게 되며, 열경화성플라스틱에서도 조금은 하중에서 바로 변형된 것처럼 된다.

그러면 열에 따라 변형되지만 그 원인은 여러가지가 있어서 간단하게 온도만이 되지만 그 온도에서 유지하는 시간, 환경조건, 형상, 하중(내부응력이 있는 성형공정에 따른 잔류 응력을 합함) 등이 복잡하게 뒤섞이게 된다. 따라서 실용적인 데이타를 구하는 경우에는 실물을 이용하여 실용조건에서 시험하는 방법이외에는 없지만 일반적인 재료시험법에 따른 데이타로 부터 구한다고 하는 일은 불가능하다. 왜냐하면, 재료시험법은 일반적으로 재료자체의 성질을 측정하는 것이 목적인데 그 때문에 시험조건은 표준조선에 고정되어 타 요인효과가 연결되지 않는 경우에 설계되어지고 있는 것이다. 따라서 이와같이 하여 Data는 재료 자체의 특성이며, 재료간에 비교되는 품질관리 등의 목적에 한정해야 한다.

열변형의 시험법에는 여러가지 방법이 있지만 가장 대표적인 방법은 열변형 온도 시험법과 비커드(Vicat)연화점 시험법이 있다.


1. 열변형 온도시험

경질 플라스틱용 시험법으로 직방체의 시험편을 <그림 4>와 같이 2개의 지지구로 자유롭게 지지하여 이 중앙에 하중을 가하여 3점 굽힘방식으로 일정한 굽힘응력을 가한다. 응력으로서는 18.5kg/㎠ 및 4.6kg/㎠의 2종류가 있다. 시험편의 가열은 액 중탕에 의해 행하고 상승속도는 2℃/min이다. 전열매체로서 액체가 시험편에 영향을 끼치는 것은 당연하다. 이와같이 시험편을 가열하여 휘어지는 양이 0.254mm에 달했을 때의 온도로 읽고 이것을 열변형 온도로 한다.

[ 그림4 ] 열변형 온도 시험기

열변형 온도는 시험편 중의 잔류응력에 따라서 큰 영향을 받는 경우가 있어서 일반적으로 어니얼링(annealing)하면 높은 값을 얻을 수 있다.


2. 비커스(Vicat) 연화점시험

열가소성 플라스틱에 적용하는 방법에서 <그림 5>와 같이 두께 3~6.4mm, 면적 10X10mm 이상의 시험편을 놓고 시험편의 바늘을 통하여 하중을 가하면 온도가 올라가고 바늘이 1mm 깊이만큼 시험편 중에 있을 때의 온도를 읽는다. 바늘의 길이는 3mm, 단면 1mm 원추형으로 시험편에 접하는 면은 평평하다. 가하는 하중은 1000~1050g(5000g의 경우도 있다)이고 온도 상승속도는 50±5℃/hr이다.

[ 그림5 ] 빅커스 연화점 시험기

고온 및 저온의 차이만으로 이상적인 전절과 동일한 방법이라고 할 수 있다. 시험법으로서는 취하온도, 저온굽힘취성, 유연온도, 저온 연신시험 등이 있다. 이러한 시험은 일반적으로 연질 플라스틱에 적용하지만 재료의 분자량, 분자량 분포 배합비 등외에 결정상태 및 혼합물의 용해 및 분산상태, 내부응력 등의 영향, 시험편의 작성조건, 샘플링(Sampling)의 장소 및 방향성 등에 충분한 주의를 할 필요가 있다.


1. 포화(胞化)온도시험

폭 6.35mm, 길이 31.71mm, 두께 1.9mm 단척형 시험편의 한쪽을 시험기 잡는 구로 잡고 지지침으로 한다. 이 상태의 시험편을 소정온도로 유지한 액(이를테면 Methanol과 Dry Ice)중에 3분간 침적시켜 선속도 183-213cm/sec의 hammer로 타격 후 액중에 꺼내 파괴유무를 본다.

규격에 의해 다소 방법은 틀리지만 시험편수(이를테면 10개)의 50%가 파괴되는 온도가 취하온도이다.


2. 저온굴곡포성시험

비닐 레자크-로스의 JIS에 제정한 방법은 <그림 6>에 나타낸 것 처럼 폭 20mm, 길이 100mm 시험편의 비닐면을 외측으로 하여 양단을 포개 시험기에 취부하여, -20℃액 중에 5분간 침적하여 낙하제를 떨어뜨려 시험편의 파괴유무를 조절하는 방법이다.

[ 그림6 ] JIS K 6772의 내한시험장치

<그림 7>의 크랫쉬 베르그 유연온도 시험기를 이동하여 단척상 시험편의 양단을 잡아 냉매액에 3분간 유지시켜 5초간 토오크(비틀림 모멘트)를 가하여 비틀림 각을 읽고 절단 탄성율(겉보기 강성율)을 계산한다. 겉보기 강성율 3.17X103kg/cm2이 되는 온도를 유연온도라 한다.

[ 그림7 ] 크랏슈 벨크 조연온도 시험기

4. 저온연신시험

농업용 비닐필름의 JIS에 제정되어 있는 시험에서 간격 10mm의 시험편을 -5℃의 냉매에 3분간 침적한 후 5mm/min의 속도로 끌어당겨 5분 후의 연신율을 측정한다.

건축재료 그 밖의 공업재료로서 플라스틱을 응용하는 경우, 중요한 속성이 되는 것의 하나로서 불에 대하는 거동이다. 플라스틱의 연소는 실제로 재료의 크기, 두께, 덧붙임재, 기류 주변 온도, 공기량 등에 따라 현저하게 변하고 예를 들면, 여기에 기술한 ASTM 시험법에는 불연성 재료, 이를테면 염화비닐 등도 실제라는 경우 주변온도의 영향으로 탈연산 반응의 급격하게 일어나며 그후 가연성이 되어 급격하게 연소하는 것과 같은 조건에 따라 현저히 다른 거동을 나타낸다. 즉, 실제 화염에는 재료가 용융되지 않지만 용융되는 경우, 그 연화점이 높은지 낮은지가 중요하다. 본 절에서는 보통 재료 시험법에 한정하지만 이와같은 시험법의 단점은 실화염의 경우 정보를 얻을 수 없다는 것이다.


1. ASTM D635의 방법

가장 대표적인 시험법이다. <그림 8>에 표시한 것처럼 길이 12.7cm, 폭 1.27cm(두께는 1.27mm 이상)의 단척상 시험편을 수평으로 Cramp 한다. 그위의 시험편의 폭면은 수평보다 45도 경사지게 놓고 시험편의 양끝에서 제각기 2.5cm의 곳에 표선을 그어놓고 불꽃의 높이 약 2.5cm의 분젠-버너 불꽃을 시험편의 자유단에 30초 접촉하고나서 제거하고 표선간을 연소하는 시간에서 연소속도를 구하지만 시험도중에 불꽃이 사라지면 자소성 버너의 불꽃을 제거한 뒤 전혀 타지 않는 경우로 불연성이라 한다.

[ 그림8 ] 내열성시험장치(ASTM D 635 법)

2. 기타시험법

ASTM에는 O 568, D 1692, O 1433, D 876 및 470이 있고 이들이외에 BS, DIN, ISO, JIS 등이 있다. 또 발열물질을 이용하는 방법으로서 ASTM에는 D 757, BS, VDE 등의 방법이 있다.

유동시험은 성형 가공성의 항목을 얻기 위해서 행하여지지만 같은 구조의 고분자에는 분자량의 항목을 얻는 수단으로도 이용된다. 전자의 경우는 용융점도의 전단속도 및 전단응력 의존성 및 온도 의존성을 구해, 실조건과 대응하는 일이 바람직하다. 그러나 현재 규칙화된 유동 시험법은, 일정의 시험조건 이를테면 일정온도, 일정 전단응력 등에 유동을 비교하는 일정 속정법이 있다.

이와 같은 시험조건이 실제의 가공조건과 분리될 경우 용융점도의 전단속도 의존성이 다르기 때문에 가공성의 척도가 되지 않으면 안되는 일이 있다. 가령 <그림 9>의 경우 유동곡선을 표시하는 재료 A 및 재료 B가 있는 경우 멜트 플로우 인덱스(Melt flow Indes)(이하 MI는 생략)처럼 유동성의 대소 및 압출가공에 따르는 유동성의 순위가 바뀐다. 유동 시험기는 압출형, 평균 판형, 기타로 대별된다.

[ 그림9 ] 용융점도의 전단속도의 존성을 다르게하는 용융수지 A, B의 유동곡선

유동곡선 측정에는 회전형 및 압출형이 많이 이용되지만 규격에도 압출형 평행판형이 있는 금형과 같은 방법이 채용되고 있다.


1. 압출형 유동시험기에 의한 방법

실린더에 넣은 성형재료를 가열하여 용적상태로놓고 무게추 또는 gas 압력 등에 의해 플란자를 통하여 시료를 오리피스(Orifice)에서 압출하여 Orifice의 치수, 압력, 유출속도에서 용융점도(또는 그 비교치)를 구하는 것이다.

(1) Melt folw Index 시험장치
정하중 압출형 플라스토 메타로서 이런 종류의 시험에 널리 사용되고 있는 대표적인 시험기로 구조를 <그림 10>에 나타나 있다. 하중, 시험온도, 유립량 및 측정시간은 수지의 종류에 따라 다르고, 제각기 품질규격으로 정해진 조건에 의하지만, 규정된 시간내에 압출된 시료를 잘라낸 중량을 측정하여 10분간의 유출중량으로 환산한 값(g)을 M.F.I라 한다. 일반적으로 JIS와 ISO는 같은 조건을 이용하지만 ASTM에서는 동일 종류의 재료에 관해서도 수종의 조건을 설정하여 MFI대신에 Flow rate라고 한다.

[ 그림10 ] Melt Flow Index 시험장치

(2) 기타 시험장치
롯시 피크스는 일정 치수로 성형한 원추형 시험편을 이용하여 일정한 압력을 가하여 Splitcore-orifice를 통하는 시료가 정확하게 25.4mm 유동할 때의 온도 즉 유량온도를 측정하는 것이다.

고화식 flow test는 일본에서 널리 사용되고있는 정하중형, 유량 시험기로써 꽤 넓은 전단범위에서 유동곡선을 구할 수 있다. 웨스트 오바고압 레크메타는 실제 성형 조건에서는 용융수지를 높은 정압하에서 유동시키는 경우가 많기 때문에 질소 gas 가압방식으로도 최고 2,100kg/cm2까지의 전압이 얻어진다.

정속도식 flow tester는 인스트론 만능 시험기를 이용한 flow-Tester가 대표적인 시험기로 접속도로 압출시킬 때의 하중 - 유출량 곡선이 얻어진다. 압출가공이나 사출성형에서의 용융수지의 유출은 거의 정속 유출로 그 의미에서 유용한 방법이다.

그 밖에 실제로 Screw압출기를 이용하는 방법도 발전하고 있다.

이상 열가소성 플라스틱이 대상이 되고 있지만, 열경화성 플라스틱 성형재료에 있어서 JIS 등에 규격화된 방법이다. 규정된 상자형에 시료를 넣어 가압하여 상자형의 압출구에서 시료를 압출시킨다. 압출된 시료의 중량을 유출량으로 하고, 가압시작부터 유출이 멈춘시간을 유출시간으로하여 이것을 유동성의 척도로 하는 것이다.


2. 회전형 유동시험기에 의한 방법

대표적인 형식을 <그림 11>에 나타냈는데 동축이중 원통형과 원투평판형의 것이 있다. 전자는 내층과 외층사이에 재료를 넣어 가열용융하여 통 한쪽을 고정, 다른 쪽 통을 회전시켜 토르크를 측정하는 방법이다.

시료내부의 전단속도가 일정하다고 보기 때문에 해석이 용이하지만 압출형과 비교하여 귀 전단도역의 유량연구에 적용하고 있다.

[ 그림11 ] 동축2중엔통형(a) 및 원추 평판형(b) 흐림시험기

3. 평행판형 유동시험기에 의한 방법

<그림 12>와 같이 2매의 금속제 평행판사이에 원통상 시험편을 놓고 일정한 온도와 일정한 하중으로 평행판의 간격 및 시간의 관계를 구하는 방법이지만, 시료가 가압에 의해 평행판에서 빠져나오는 형과 빠져나오지 않는 형이 있어 전자를 Goodrich형, 후자를 Williams형이라 한다.

[ 그림12 ] 평행판 흐름시험기

이 방식의 시험으로는 ASTM D621이 있고, 그 중의 A법은 경질 플라스틱, B법은 연질 플라스틱에 적용한다.
열경화성 플라스틱의 압축 성형시 성형재료의 유량에 따라서 대체의 척도를 구할 수 있는 경도의 시험법으로 하여 이 방법과 같은 것이 JIS K6911에 규정되어 있다.


4. 기타 방법

Cup유량시험은 JIS K 6911 등에 규정되어 있지만 이것은 열경화성 플라스틱의 규제 가공성의 양부를 판정하는 방법으로 규정형상 치수의 Cup에 성형할 때 금형에서의 분리도, 외관 형활도, 응력, 구겨짐, 반점 등의 유무를 조절하고 가공성을 정상적으로 판정하는 방법이다.

열가소성 플라스틱의 사출성형이 붙어있는 금형내의 유동성을 시험하는 방법으로 스파이 라후플로우 시험이 있다. 이것은 좁고 긴 홈을 휜 금형을 이용하여, 사출성형기에 대해 용융수지를 사출하여 유입장에서 성형성을 판단하는 방법이다.

1. 열전도율

열 전도율은 여러가지 용도로 이용되는 기초 특성치의 하나로 실용적으로 특히 문제가 되는 것은 포움(foam)재 등의 보온관계에 있다.

(1) 포움재의 열전도율
JIS에는 보온재용으로서 평판 비교법과 평판 직접법이 제정되어 있다. 비교법은 <그림 13>과 같이 고열원, 시료, 표준판 및 저열원을 조합하여 제각기 면 접촉시킨다. 열적으로 정상상태가된 각부 온도(Q1~Q3)를 측정하여, 열전도율이 표준판 온도 구배에서 통과한 열량을 구해 이것과 시료의 온도 구배에서 열전도율을 산출한다. 직접법은 <그림 14>와 같이 조합하며 2매의 동질의 시료를 가열판 양측에 놓고 주열판의 열량을 시료와 직각방향으로 흐르도록하여 보호열판의 전력을 조절, 시차 열전대열의 출력이 B가 되도록하여 이 갑사에서 열전도율을 구한다.

[ 그림13 ] 평판비교법(JIS)

[ 그림14 ] 평판직접법(JIS)

(2) 고체 재료의 열전도율
규격화된 방법은 더 있지만 상기 방법을 그대로 이용하면 시료가 커서 측정에 장시간을 요하고 필요한 정밀도를 구하기 위해 통과열량을 크게 해야되며 시료의 휘어짐이 생기는 등 불편한 점이 많다.

비열을 1g의 물질을 1℃ 올리는데 필요한 열량으로 물질에 따라 다른 고유치이다. 플라스틱은 분자구조가 복잡하여 일반적으로 몇 개의 전이점이 있기 때문에 비열도 온도에 따라 틀리다. 플라스틱 재료에 자주 필요한 값은 상온 및 융점 이상의 온도에 따른 비열과 또한 비열에서 구하는 융해열량이 있다.

일반적으로 물질고유의 비열은 플라스틱에서 융점이상의 온도열에 있지만 융점 이하에는 결정도에 따라 비열 및 융해열량이 다르기 때문에 범용성이 없는 값이 된다. 비열 측정 방법에는 액체의 혼합에 따라 고체의 비열을 구하는 혼합법, 비열의 절대치를 구하여 적용하는 단열법 및 비열기지의 표준 물질을 이용하여 측정하는 온도차법 등이 있다.

광학적 성질도 극히 여러가지로 분류되지만, 당연히 실요적 문제가 되는 것은 색, 투명성, 광택 및 굴절율 등이다.

비록 광학부품의 분야에 있어서 투명성과 굴절율은 중요한 정보이므로 더욱 정밀한 측정이 요구된다. 동일한 조명관계 등에도 이러한 특성은 중요하지만 정밀도는 그다지 필요하지 않다. 일반적인 응용분야에서 문제가 되는 것은 색 및 광택이다.

색상을 유채색과 무채색으로 나누며, 흑색 및 회색 등에 따라 각종 파장을 비교적 균등하게 포함한 빛은 색조를 띠지 않기 때문에 무채색이라한다. 색(유채색)의 3대 속성은 색상, 명도 및 채도(포화도)인데, 이러한 세가지 성질이 지정되면 색은 거의 확정된다.

색상은 색의 종류에 있지만 같은 색상의 색 중에서도 밝은 색과 어두운 색 등을 알 수 있다. 또한 같은 색상에서도 선명하고 진한 순수한 감각을 주는 색과 불투명하고 불순한 감각의 색이 있다. 이와같은 색의 선명도를 채도(즉 포화도)라 한다. 적(R), 녹(G), 청(B)의 3종의 색광을 여러가지로 적당하게 혼합하면 거의 모은 색광을 얻을 수 있다.

그러나 이와같이 혼합에서도 더하여지지 않은 경우가 있으므로, 이와같은 경우에는 역으로 원색쪽에서 이러한 색광을 조금 가하는 일이 필요하다. 이 일을 부의 혼합이라 한다.

그래서 R, G, B를 대신하여 다른 3색 X, Y, Z을 기본으로하는 방식이 있다. X, Y, Z는 R, G, B에서 변한 추상적 색광인데 현실 감각에서는 존재하지 않는 색의 혼합을 할 필요가 없다. 아직 이 방식에는 새로운 특징이 있어서 Y광의 명도는 주목하는 색광과 같은 명도의 회색과 같은 값을 가지기 때문에 Y광을 한쪽만 넣어서 알면 그것만으로 명도를 알 수 있는 이점이 있다. X광과 Z광만을 넣을 경우에 색조는 변하지만 명조는 변하지 않는다.

<그림 1>은 X, Y, Z를 좌표축에 놓았기 때문에 색광 C는
로 결정된다. 즉, 색조는 의 방향에 따라 달라진다.

[ 그림1 ]

즉, OC선상의 점에서 색조는 모두 같아진다. 색조만을 지정하는 경우에는 X, Y, Z을 모두 지정할 필요는 없다. X+Y+Z=S로 놓고 χ=X/S, y=Y/S, Z=Z/S로 하면 χ+y+Z=1로 되며, χ, y를 지정하면 자연적으로 Z로 지정된다. 즉 색조는 OC의 1/S 길이의 점에 있는 좌표로 표시하면 임의의 색조를 밝게하는 것은 분리하여 지정하는 일을 할 수 있다. 그러나 색광을 지정하는 일에는 χ, y, Y로 표시하고, Y는 명도, χ, y로 생각 및 채도를 파악하고 풍부한 경험적인 감각 및 비상시에 잘 대응하는 색의 표시법이 된다.

χ, y의 일을 색도좌표에서 찾으면 이 양자의 값을 앎으로써 색조를 즉시 알 수 있다. 실제의 색광을 색도좌표로 표시하면 모두 <그림 2>와 같은 곡선범위에 들어간다.

[ 그림2 ] CIE 색도도

그래서 물체의 색은 당연히 그 물체를 조명하고 있는 빛의 색의 성질에 따라 변하는 일이 있다. 청명한 날 북쪽 창에서 푸른 하늘의 빛은 C광원으로 하고 백색광의 표준으로서 사용하면 이것을 χ=0.31006, y=0.44757, y=0.40745이다. C광원과 비교하여 오렌지색에 접근하고 있다. 층상 물체의 색은 C광원이다. 물체의 색을 정량적으로 표현하고자 할때 색도좌표 χ, y를 측정하는 것은 실용적으로 되지 않으면 안되기 때문에 표준색표를 이용하여 시각과 같은 직접비교법에 따라 결정할 수 있다.

JIS Z 8721은 삼원색에 따른 색의 표시방법에 관한 규격인데 색상시 명도 V 및 채도 CC(무채색은 명도 V만을 표시)에 따라 색을 표시하는 방법을 결정하고 있다.

JIS Z 8723은 표면색의 비교방법, JIS Z 8701은 2도 시야에 대한 색의 X, Y, Z와 같은 표시방법, JIS Z 8722는 2도 시야에 관한 물체색의 측정 방법에 관한 규격이다.

색의 측정장치로서 실용화되어 있는 것은 광선 분광계와 광선색체계가 있다.

측색치를 얻을 때 전자는 꽤 번거로운 분관계산을 해야 하지만 후자는 측정치가 그대로 측색치가 되는 이점이 있다.

색차는 이 광전 색체계에 따라 얻을 수 있는 값의 차를 얻지만, 색차의 표시 방법은 최근 JIS Z 8730에 제정되어 있다. 또한 광원으로서는 JIS Z 8720에 광원색의 측정방법, JIS Z 8725에 광원의 분포온도 및 색온도의 측정방법 JIS Z 8726에 광원의 연색성 평가방법이 제정되어 있다.

물질에 빛을 압사하는 경우 일부는 표면(가령 기체에서 고체 및 기체의 2면이 있는면)에 반사하고 다른 일부는 물질에 따라 흡수하고 잔류물은 투과한다. 또한 투과망은 평행 투과광과 산란투과광으로 분포한다. 그러나 투명성을 표현하는 것은 명도의 척도로서 광투과율(전광 투과량과 투과율의 비)의 선명도 척도로서 담가(산란 투과율과 광투과울의 비)가 있다. 측정기 및 규격도 여러가지가 있지만 JIS에 따른 <그림 3>의 적분구 광선 투과율 측정장치를 이용하여 표준 백판을 취부하여 수릿트를 조정하고, 갈바니 메타를 읽어 T1을 100에 합하여 [표 1]에 따라 조작하고 광 투과율 T와 담가를 H로 산출한다.

T(%) = (T₂/T₁) X 100
H(%) = (T₄/T₂ - T_s/T₁) X 100

[ 표1 ] 내광성, 내후성 시험과 폭로방식과의 관계

[ 그림3 ] 적분구식광선투과율측정장치

물체의 표면에 반사하는 빛는 <그림 4>에 표시하는 것과 같은 분포를 가지고 정반사 방향의 근방에 있는 넓이를 경면 반사 성분과 물체의 내부에 있는 굴절율의 불균일한 부분에서 확산시켜 모든 방향으로 거의 일정한 강도로 방사시에는 확산반사 성분이 된다. 광택은 반사광 분포의 상위에 따라 생기는 것이다. 분포형은 시료에 따라 매우 다르기 때문에 단지 한쪽의 측정법 수치로 광택을 나타내는 것은 부적당하다. Hunter는 광택을 다음처럼 6가지로 분류했다.

[ 그림4 ] 반사광분포 곡선

(1) 경면광택
정반사 방향의 광속으로 표시, 미끄러운 표면의 미세한 요, 철 등 시료의 굴절율 등에 관계하여, 객관적인 양으로서 광택을 나타내는데 적합하다.

(2) 사이소광택
아주 큰 압사각(80~85도)에서의 정반사 방향의 광속으로 표시. 표면에 미세한 요, 철부에 빛의 간섭효과에 따르기 때문에 경면광택과는 성질이 다르다.

(3) 대배광택
정반사광과 확산 반사광의 비를 표시. 심리적 광택감을 표시하고자 할때 동일한 색조면 상호의 비교를 할 때 등 적용한다.

(4) 선명도 광택
반사상의 선명도를 표시한다.

(5) Blooming
반사상이 번져서 보이는 현상

(6) 텍스쳐
육안으로 보이는 표면의 흠 및 모양 등에 좌우되는 광택감

(1), (4)에서는 광택을 구량적으로 표시하는데 이용되어지고 있지만 각각의 성질 등에서 동일 시료에 있어서도 상호 다른 값을 주는 일이 있다. 플라스틱에는 (1), (3)이 적용되며 JIS에도 경면광택도와 대비 광택도가 이용되어 지고 있다.


1. 경면광택도

<그림 5>의 장치를 이용하여 반사광 중의 정반사 방향으로 향하는 광속을 수광기(집광기)로 측정한다. 측정치는 굴절율 1.567의 glass표면의 광택을 100으로 할 때의 값(%)로 표시한다. 보통 플라스틱에서 입사각 θ는 45도 또는 60도가 적용되지만 광택도가 높은 도장면에서는 20도로 사용된다. 일반적으로 광택이 큰 물체에는 θ가 작지만 시료간의 차가 간단하지 않으므로 시감에도 근사치를 얻을 수 있다.

[ 그림5 ] 경면광척도 측정장치

2. 대비광택도

JIS에는 3가지 방법을 규정하고 있지만 플라스틱에 적용하는 것은 다음 2가지가 있다.

(1) θ도 대비 광택도
<그림 6>에 나타낸 것처럼 입사각을 θ의 반사광속과 확산광속을 얻을 수 있는 적당한 방향r(표준은 0도)의 반사 광속의 비를 채용한다.

[ 그림6 ] θㄹ도대비광척계(광전식)

(2) 열림각 대비 광택도
<그림 5>와 같은 장치를 이용하여 정반사 방향의 반사광속을 집광기의 압구의 열림각을 변환시켜 2회 측정하고 그 비를 %로 표시한다.

<그림 7>과 같이 진공중의 입사각교에서 물체에 빛을 투과면에 굴절시켜 그때의 굴절각 r라 할때 다음 식이 얻어진다.
sin i / sin r = N
N = 절대 굴절율
N은 물질의 종류와 빛의 파장에 따라 결정되는 고유치이다. 진공에 대한 굴절율과 공기에 대한 굴절율의 차는 극히 작으므로 보통은 그다지 구별하지 않고 사용하고 있다. 또한 굴절율의 측정에 나트륨D선과 같은 단색광원을 이용하는 경우가 정밀도가 좋지만 통상은 백색광원을 이용하고 있다.

[ 그림7 ] 빛의 굴절

1. 압베식굴적계법

보통 액체의 굴절율 측정에 사용되는 굴절계이다. 고체시료의 경우는 굴절계의 프리즘의 면적, 즉 6.3X12.7mm를 이용, <그림 8>에 나타낸 것처럼 적교하는 각의 릉에는 둥근 것이 있어서는 안된다. 시험편에 소량의 접촉액을 칠하고 프리즘 면에 사포질을 한다. 그 후 일반적인 방법에 따라 측정한다. 또한 접촉액은 시료로 적시지 않아야하기 때문에 시료의 굴절율보다 0.01 이상 큰 굴절율을 가진 물체를 이용한다.

[ 그림8 ] 압베식 굴절계

2. 현미경법

[ 그림9 ] 현미경에 의한 굴절율의 측정

3. 측정의 정밀도

정도는 측정자의 숙련도에 따라 다르지만, 압베식 굴절계로는 유효숫자 4이상 현미경법에서 3이상이다. 또 굴절율을 일반적으로 온도 의존성이 있으므로 측정시의 온도에 주의하지 않으면 정도를 나쁘게 한다.

광범위한 용도에 사용되는 플라스틱은 여러가지 사용환경에 따라 장기간 그 사용치의 성능을 지속하는 성질을 내구성이라 한다. 그것을 확안하기 위한 시험방법을 내구성 시험법이라 한다.

오늘날 그 종류에 있어서 풍부한 플라스틱에 더욱 더 새로운 종류가 증가하고 있는 상황에 있어서 플라스틱 제품의 적정사용이 중요한 문제가 되는 것이 당연한 추세이므로 그것은 플라스틱 제품의 실용환경에 대한 제반조건의 기초로서 소기의 물성과 그 내구성을 충분히 갖춘 플라스틱의 종류를 선택하는 것부터 시작하여 그제품을 사용한 후 까지의 시간에 대한 소요 물성의 지속성을 의미하는 것이므로 최근 "사용하고 버리는" 포장재료와 용이의 경우에도 대상이 되는 것이다. 또 한편 해저케이블의 피복 절연 플라스틱을 시작으로 하여 적지 않게 50년 이상 장기간의 가혹한 실용환경의 것에서는 고도의 특성을 지속하는 일이 필요하게 된다.

본질적으로 유기재료로서 플라스틱을 옥내, 옥외를 문제의 실용환경이 가혹해지면 그 밖의 재료 가령 석재, 금속, 도자기 등의 무기재료와 비교하여 물리적, 기계적, 화학적 성질이 빨리 변화하는 것은 주지의 사실이다. 그 실용환경을 포함하는 제안조건을 정리하면

플라스틱 제품 실용환경에서 빛을 생략하는 것은 매우 곤란하다. 예를 들면 옥내, 옥외를 불분하고 태양광선 또는 인공광선을 투사하여 사용되고 있는 일이 현실이다. 물론 그러한 광선의 조사강약과 조사량의 대소는 개개의 플라스틱 제품에 따라 천차만별이지만, 그 빛의 영향은 먼저 추가되는 플라스틱 표면색의 변화에 따라 나타난다. 이 변화에 견디는 성질이 즉, 내광성(light fastness)이다.

한편, 옥외에서 사용하는 플라스틱 제품은 그러한 빛외에 비, 바람, 서리, 눈에 바라기 때문에 표면색의 변화는 물론 표면 상태에 광택의 감소나, 미세한 균열 발생 등의 변화가 가해지는 것이 일반이다. 이들의 복합된 변화에 견디는 성질은 내후성(weathering)이라 한다.

내광성에 내후성의 시험은 종래부터 시작되었지만 그 실용환경은 국내에 한정해서 볼때도 그 자치적 위칙의 차가 기상조건으로서 큰 차를 나타내지만 전지역의 공통의 표준 시험조건을 설정하는 일은 곤란하므로 각각의 시험실시 지국내에대해서 측정결과의 상대비교만으로 끝나는 일은 아니다. 또한 계절적기후 변화도 많기 때문에 1년 단위로 측정을 해도 계절의 영향이 커서 측정결과에 미치크로 시험에 긴 세월을 요하는 난점이 있다. 이것을 구하는 일은 연간 통틀어 기상변화 등에 기후 변동이 작은 지점을 선정하기도 하지만, 광대한 토지를 가진 미국 등에서 그 선정을 실시 할지라도 국내에서 실시하기는 어렵다.

이와같은 일에서 필연의 결과로서 인공 촉진 폭로방식에 따른 내광성 및 내후성 시험법의 제안개발을 수행할 수 있다. 초기에는 수은정의 응용에서 시작했지만 제2차 세계대전후 미국에서 개발된 인공촉진 폭로시험 장치(페트 메타 및 게자 메타)가 발전하여 광범위하게 보급되어 현재에 이르고 있다. 이러한 것은 광원과 그것을 둘러싼 환경조건을 각각 일정하게 유지하여 그중에 시험체를 장치하여 연속적으로 폭로하기 위하여 단기간에 계절의 영향도 지역의 제약도 없는 시험측정을 할 수 있으므로 그 시험장치 및 시험조건을 표준화시키는 것은 세계적으로도 또한 비교 대조 시험을 행하는 일을 할 수 있다.

그러나 한편, 이것으로 얻어진 내구성은 "실용 환경과는 다른 조건아래의 내구성이다."라고 한다.

이것은 모두다 내광성, 내수성과 그러한 폭로방식과의 조합관계를 [표 1]에 나타냈다.

[ 표1 ] 광선 투과율 측정순서

여기에서 내광성 시험은 옥외폭로의 경우에는 일광시험(day light)와 주광 시험(sun light)으로 구분한 일광시험은 glass의 덮개아래에서 종일 옥외 폭로를 일정 기간 게속하는 방식이 있는데 비, 우박, 바람, 눈을 제거하고 태양광선의 연속 조사로 플라스틱 제품의 표면색 변화를 중심으로 내구성을 시험한다. 이것에 대해서 주광시험은 맑은 날 오전 9시 부터 오후 3시에서 4시까지 직사광선의 조사 시간내에 변퇴색을 시험하는 것인데 그외의 시간은 글라스 덮개 상면에서 비추는 것은 옥내의 암실에 보관하는 방식이다. 아무튼 플라스틱 제품을 옥내에서 직사일광을 받는 상태에서 실요화하는 경우 주로 태양에너지와, 온도, 습도의 영향을 받아 변퇴색을 측정 평가하는 시험이다.

이것에 대응하는 인공 촉진 폭로시험은 소위 페트(fade meter)인데 일정한 온도, 습도의 조건에 대한 건식의 빛 조사에 따른 플라스틱 제품의 표면색의 변퇴색의 변화를 측정 평가하는 시험방식이다.

한편, 내후성 시험은 옥외 폭로의 경우는 덮개가 없는 폭로시험대에 붙은 시험체를 맑은 날과 관계없이 일정기간 방치하여 일광, 비, 우박, 바람, 눈 등의 자연조건에 방치했을때 플라스틱의 특성 변화를 측정하는 평가 시험이다. 그 측정 평가 대상이 되는 특성은 일반적으로 기계적 성질, 전기적 성질, 외관(표면색, 광택 투명성, 미세한 파편, 오염반점) 형상 치수 등에서 선정하지만 각각의 물성 시험은 행하지 않는다.

이것에 대응하는 인공 촉진 폭로시험은 소위 웨이자 메타인데, 옥외의 기후를 인공적으로 재현하기 위해 전술의 패드 - 메타(fade-meter)에 건습을 반복하는 기구, 이를테면 수분자(spray)를 조합하여 내후성 폭로 시험의 환경조건에 맞추는 것은 검습반복식 광조사에 따른 시험체의 특성변화를 측정평가하는 시험 방식이다.

이것에 플라스틱의 내광성에 내후성 시험법의 규격을 열거한 것이 [표 2] 및 [표 3]과 같다.

[ 표2 ] 플라스틱의 옥외 폭로시험에 관한 규격 일람표

[ 표3 ] 플라스틱의 인공촉진 폭로시험에 관한 규격 일람표

예를 들면 [표 2]에는 옥외 폭로시험에 관한 규격을 [표 3]에는 인공촉진 폭로시험에 관한 규격을 모두 일본, 아메리카 및 ISO(국제 표준화 기구)의 규격안에서 추측하였지만, 어느것도 규격으로서 완성된 것이 적다. 그것은 내광성, 내후성 시험법의 표준화가 아직도 이루어지고 있지 않기 때문이다.

각 시험법의 원리와 대표적인 시험장치 및 조작의 개요는 다음과 같다.

(1) 옥외 폭로 내광성 시험
플라스틱 시험편을 남쪽방향 수평에 대한 경사 각도 45℃ 노광대 표면에 블루 스케일과 함께 취부하고 시험편 표면에서 약 75mm의 간격을 유지한 3mm 두께의 보통 판유리를 통한 일광에 노광시키고 그 시험체의 변화색과 블루 스케일(blue scale)의 변퇴색을 비교한다.

노광대는 전술의 판유리 및 시험체 취부대와 망테두리를 적정하게 선정하기 때문에 시험편 주변통풍을 양호하게 해야한다. 그 일예는 <그림 1>과 같은데 어느 경우에도 그 가대앞의 높이가 75cm 이상으로 하여 취부한 시험체로 항상 완전하게 노광시킬 수 있어야 한다.

[ 그림1 ] 로광대의 일례

시험편과 bule-scale은 <그림 2>와 같이 병렬로 두께 0.5mm의 흰 종이위에 고정하고, 그 양측에 약 1cm 불투명한 피복물체, AB를 약간 올려서 bule-scale의 변퇴색 정도를 조절, 블루 스케일 3급으로 변화할 때에 시험편을 조절한다.

[ 그림2 ] 시험편 스페이서(표준)의 로광 법

변화될 때 블루 스케일의 변퇴색과 비교하여 일광 색련도 등급을 매기고, 이것을 초기 색견도라 한다.

또한 블루 스케일 3급이 표준 퇴색할 때 까지 노광을 주고, 다음 <그림 2> (b)와 같이 불투명한 피복 물체를 이동하여 노광부의 1~1.5cm를 피복체 블루 스케일 7급으로 표준 변퇴할 때까지 노광시킨 후 2시간 이상 냉암소에 방치하여 회색 종이에 나란히 둔다. 북쪽창문 광선이 있는 곳에는 이곳에 상당하는 540 Lux 이상의 광선을 약 45℃의 각도에서 시험편 표면에 놓고, 이것을 시험편 표면에 대하여 수직의 방향에서 관찰, 시험편과 블루 스케일과 변퇴색의 정도를 육안으로 비교 판정한다.

(2) 옥외 폭로 내후성 시험
전항(1)의 내광시험과 같이 판유리에 피복물체를 제거한 그대로 내후성 시험이 되지만 최근에는 큰 치수의 시험체로 직접 장기 폭로하여 특성 시험편을 선정하여 측정시험하는 방법이 여러곳에서 실시하고 있다. <그림 3>은 그 일례인데, 수년간 옥외 폭로 및 대치수 시험체(30cm X 30cm)로 취부한 폭로대의 구조는 견고하고 60m의 풍속에도 견디는 강도를 지녀야할 필요가 있다. 미국의 저명한 옥외 폭로 시험을 실시하는 South Lorida Test Service inc에는 약 1cmX1cm의 테두리가 폭포대의 표준 치수가 되며, 그것보다 작은 치수의 시험체의 지지는 적당히 선정한 보조체를 이용하여 취부하고 있다.

[ 그림3 ] 실외폭로내후시험 일례

시험편을 최초에서 규정형상 치수법으로 제작하여 폭로하는 것은 절단면의 내후성을 조사하는 것과 같은 특수한 경우로 유의할 필요가 있다.

(3) 인공 촉진 폭로시험
우선 내광성에 따른 시험은 Carbon-arc 등 빛에 따른 건식조사가 그 대표적인 것이다. 이를 테면 플라스틱 시험편을 충분히 조정한 자외선 Carbon, Fade-Meter의 Sample-Holder에 blue-scale과 함께 취부하여 back 온도 63±3℃의 시험기구 온도에 20시간 연속적으로 노광을 행한다. 전항(1)의 요령에 따른 blue-scale의 변화색과 비교하여 노광부의 일부로 다시 노광시켜 블루-스케일 7급으로 표준 퇴색하면 냉암소에 2시간 이상 방치, 시험편과 블루 스케일과의 변퇴색의 정도를 육안으로 비교하여 판정한다. 이 경우에 또한 20시간의 연속적 노광을 소정 횟수 실시하여 측색 색차계를 이용하여 노광전후의 색차를 측정할 때 2색견도를 단정하는 방식도 있다.

이 시험을 하는 장치는 Carbon-arc 등 형식에는 자외선 Carbon-fade meter가 지정되어 있어, 그 구조의 개요는 <그림 4>에 나타나있다. 시험기는 매회 운전개시에 있어 Carbon을 상품에 넣고 globe형의 빛 필터는 청정한 것으로 장치하며, 기타 부분도 충분히 점검 조정하여 정상 운전의 유지에 대비한다. 또한 운전중에는 방전 전압 전류로 평균 135V, 16A로 조정하는 일이 필요하다.

[ 그림4 ] 자외선 카본페드메터의 구조개요도

한편, 이 규격은 당사간의 협정에 따른 시험장치로서 자외선 카본 웨이자 메타 혹은 산쟈임 카본 웨이자 메타를 사용하는 것이 좋다. 후자에 있어 운전중 방전 전류는 50V, 60A로 하는 것이 필요하다.

또한 인공 촉진 폭고 내후성 시험을 행하는 경우의 시험기는 물론 수분무 장치를 정확한 웨이자 메타를 사용한다.

이를테면 자외선 카본 웨이자 메타, 혹은 선사인 카본 메타 등이 그 스프레이-사이클 설정 장치에 따라 스프레이 장치를 작동하여 120분 중 18분 정도 스프레이를 한 사이크로서 운전하고 있다.

플라스틱 제품의 치수 안정성은 그 용도에 대응하여 중요도가 다른 것이 당연하지만, 공업용품 등 특히 정밀기계 제품으로 사용되고 있는 성형품 혹은 적층판 등의 구멍을 낸 가공품, 정밀인쇄로 덧붙이는 필름, Sheet내지 용기 등에서는 치수 안정성이 극히 중요한 특성중 하나이다.

그 치수 안정성은 실용환경에 있어서 온도 및 습도에 따라 플라스틱 제품의 치수 내지 형상이 변화하지 않은 성질로 정의하지만, 그러나 이것도 물론 성형 수축은 포함하지 않는다. 즉 성형가공된 상온에 달하여 이는 플라스틱 제품(부품)의 각 치수가 시간의 경과와 실용 환경조 아래의 여러가지 외력을 받아서 그 변화가 극히 적은 것이 치수 안정성이 높은 것이다.

이 치수 안정성을 지배하는 요인은 성형방법과 함께 금형설계 및 Design에 기인하는 일도 많지만, 또한 성형조작에도 영향을 받는 것도 적지 않다. 즉 성형품에 있어서 두께 분포의 경사가 큰 것, gate 위치에 따른 용융 플라스틱 소재의 유선의 영향과 기재의 재배열, 성형가공 후의 냉각의 불균일 등에 기인하는 내부응력왜곡이 큰 경우에는 일반적으로 완화시간을 비교적 길고 서서히 치수 안정성을 감퇴시켜 가지만, 그것이 실내온도의 상승과 더불어 빨리 나타난다. 그렇지만 플라스틱의 치수 안정성은 그것만은 아니고 플라스틱 종류와 배합기재 등 소위 재질 그것에도 차이가 큰 것이 사실이다. 건조, 흡습성 화학약품이나 유지류에 따라 치수 안정성이 받는 영향도 크다.

치수 안정성의 시험은 일반적으로 플라스틱 제품 내지 부품을 성형 가공 후 적어도 24시간 이상 실온에 방치한 후 실시한다. 즉 성형수축이 끝난 단게에서 치수 안정성 시험을 위한 기준 치수의 측정에 들어가기 때문이다.

그 기준 치수의 측정기는 그 소요 정도와 측정 개소의 실정에 따라서 micro meter, 노기스, 카세트 메타 등이 선정된다.

아무튼 일정기간 재방치한 후 재삼재나 측정을 하여 치수 안정성의 경시변화를 확실히 한다.

그 광의의 치수 안정성의 하나로서 해당되는 "휨" 및 "비틀림"이 있는데 그 측정법은 <그림 5>에 나타내었다.

[ 그림5 ] 판, 시이트의 "휨" 또는 "비듬"의 측정방법

일반적으로 플라스틱은 미생물에 의해 침투되어 급격하게 그 특성을 저하하는 것은 없다고 보아도 좋지만 가소제를 다량으로 함유한 플라스틱, 즉 연질 염화 비닐 수지 등에서는 때때로 균에 의해 열화가 보고되고 있다. 이 경우는 가소제중의 탄소를 토양 미생물이 영양원으로서 섭취하기 위하여 그것이 분해 되는 것과 함께 일부가 플라스틱 가소제 부분에 침입하기 때문이다. 그 플라스틱의 표면은 변색되기도 하고 반점이 생기기도 한다.

현재 플라스틱에 대한 미생물 저항성의 시험방법으로 대표적인 것은 3종류가 있다. 즉 일본 공업규격 ASTM 규격 및 ISO 추천 규격 원인 등이 있다. 일본공업 규격의 시험방법의 개요를 플라스틱 성형품과 시트, 파이프 등을 대상으로 하여 행하는 경우에 대해서 기술하고 있다.

또한 시험체로서 시료를 그대로 혹은 부품을 해체한 후 그 전면 부분은 지정 부분에

Aspergillus niger ATCC 6275
Penicillium Citrinum ATCC 9849
Rhizopus Higricans S.N 32
Cladosporium herbarum UAM F 517
Chaetominum globosum ATCCF 6205

의 5종 혼합포자 현탁액을 조제하여 둔다. 그 조제한 양은 시험체의 표면적 30X30mm에 대한 0.5cc의 비율로 한다.

그것을 정리하여 둔 후 28±2℃, 95~99%RH에 보관장소에서 4주간 배양한다.

그 배양기간 말기에 시험체 표면에 발육시킨 균사의 상태를 육안으로 관찰하고 [표 4]에 나타낸것 처럼 "곰팡이 저항성의 표시"구분에 따라 판정을 표시한다.

[ 표4 ] 곰팡이 저항성 표시 구분 [ 표1 ] 단계전압(실효치)

또한 상기의 혼합 포자 현탁액의 조제법은 각기 단일 포자 현탁액을 같은 용량으로 채취하여 혼합해야 하지만, 그 단일 포자 현탁액은 각기 사면 배양기에 25~28℃의 온도에서 10~20일간 배양한 곰팡이의 포자를 습윤제 첨가 살균수에 첨가하여 심하게 진탕시킨 포자를 충분히 분사시킨다. 그 단일 포자 현탁액과 혼합 포자 현탁액을 함께 전체를 조정한 후 24시간 이상 경과시킨 것은 시험에 사용해서도 안된다.

이행성(Migration)은 가소제를 가소화한 플라스틱에 접촉하는 타 물질에 그 가소제가 확산하여 침투하는 현상을 일으키는 가소화 플라스틱의 성질의 하나이고, 침술성(blooming)은 플라스틱 표면에 이형제나 가소제 등이 좁쌀같이 돋아난 것, 또는 그것에 따라 착색제도 좁쌀같이 돋아난 것을 말한다. 아무튼 플라스틱 내구성이라는 면에서는 극히 좋지 않는 것으로 그것만으로 종래부터 각국에서 여러종류의 시험법이 제안되어 왔다.

이행성 및 침술성은 같이 배합하여 사용하고 있는 가소제의 종류와 양, 혹은 안정제 용제의 종류와 양이 관레가 있는 것은 분명하지만 그러하 그것을 단독으로 하는 경우와 교락하여 작용하는 결과 발생하는 경우도 있어서 단독으로 배합금기를 미리 파악하여 처리하는 일은 만전의 대책을 세워야 한다. 즉 성형가공시에 받는 열이력, 성형품의 실용환경 아래에서 여러 조건에도 영향을 주기도 한다. 그러나 최후에는 플라스틱 제품의 단계에 있어서 시험할 필요도 있다.

그 시험방법은 ISO규격이나 ASTM 혹은 독일규격, 영국규격 등에도 있는데, 이장에서는 ISO 규격을 중심으로 그 개요를 기술하였다.

또한 이행성 시험방법은 가소제를 포함한 플라스틱 제품을 다른 플라스틱 재료에 밀착시킬 때 가소제를 그런 재료에 이행하는 성질을 측정하는 것으로서 가소화 플라스틱의 sheet를 흡수하는 다른 재료의 sheet 사이에 주입 밀착시킨 후 일정 하중하에서 일정한 온도와 시간에서 처리한 사이의 가소화 플라스틱 sheet의 감량을 구하는 방식도 있다. 여기에 시험재료로는 가소화 플라스틱의 시험편은 직경 50±1m의 원단상에 두께 0.5mm 이상의 것이 좋다. 시료가 필름인 경우는 대수가 중요한데 적당한 온도에 약 1분간 가압하여 0.5mm 이상의 것을 직경 60±1mm 원판으로 한다.

시험편과 흡수용 원판 sheet를 각기 정확하게 젠후 1매의 시험편을 2매의 흡수용 원판 sheet사이에 동심원상에 잠입하여 이것을 모두 2매의 glass판의 사이에 잠입한다. 이 원판과 glass판을 합해 시험용 set에 무게 5kg의 추를 달아 70±2℃의 온도로 유지한 가열로내에 넣어 소정시간(보통 24시간) 그 온도에서 처리한다. 그것을 실온에 냉각한 상태를 조절할 후 재삼 시험편의 중량을 재서 그 감량을 구한다. 또한 같은 모양으로 흡수용판 시트의 폴리에틸렌의 유전 정접을 20mcs에 측정한 그 변화를 구한다.

침술성 시험방법은 어느 한개의 플라스틱에 함유하고 있는 염안료를 다른 플라스틱에 밀착시킬때 그것에 이행하는 경향을 정상적으로 측정하기위한 시험방법이다. 여기에 시료편은 시험재료에서 직접 자른 50X50mm의 정방형 sheet로 하고, 입상 내지 팁 상형의 경우에는 그 크기의 시험편에 성형한다.

어느 것의 경우도 두께를 선정하는 것은 매우 중요한 요인이다. 이 시험편에 대한 물체는 백색 노지, 무색투명의 염화비닐수지 sheet로 어느 경우에도 75X75mm의 정방향에 절단한 것이다. 여기에 무색투명의 염화비닐수지 시트는

현탁볍 폴리 염화비닐       100부
디-2-에틸 헥실 프라렌트     65부
스테라린산 칼슘                     1부

에 따라 배합한 컴파운드에 따라 적당한 온도에 성형하여 완전하게 융착시킨 무색 투명한 것이다.

시험편 1매의 염화비닐 수지 시트를 중앙에 놓고 그 위에 백색로지수체를 놓아, 그것을 75X75mm, 5mm 두께의 정방형 유리판 2매 사이에 끼운다.

그것을 50±2℃의 공기 가열로 72시간 유지시킨 후 꺼내, 백색로지 및 염화비닐 수지 시이트의 시험편과의 접촉면을 상세하게 검사여 오점의 유무를 조절한다.

플라스틱 제품이 실용중에 가해지고 있는 외력에 균일을 일으키기도 혹은 외부에서 특히 힘을 가하지 않아도 제품 자체의 재질 내부에 이미 생긴 응력에 균열이 발생하기도 한다. 이들은 실용 개시에 즈음하여 발견되지 않는 것에 시간이 흐르면서 돌연 발생하기 때문에 내구성의 보증이라는 관점에서는 극히 중요한 일이다.

플라스틱 제품에 있어서 응력균열 발생 원인은 아직 분명하지 않지만 여러가지 발생현상을 정리하여 가면 재질면에서는 플라스틱 형성의 모체인 고분자의 배향이나 결정화의 정도 혹은 그 분포 등이 관계하고 성형가공면에서는 금형 설계와 성형 가공 조작에 관련하는 내부 응력 발생의 유무 또는 그 응력의 대소, 실용 환경면에서는 온도, 습도 또는 특수한 가스, 증기, 용매류 등의 존재나 가해지고있는 외부응력의 종류, 정도 혹은 그 가해지는 방향 등 실로 여러가지 발생 요인이 있다. 따라서 플라스틱의 응력 균열성 시험법은 연구단계라는 상태에 있다고 말할 수 밖에 없지만 현실로 응력 균열 발생의 난이도를 평가해야만 하는 사태에 박구해 있고 몇개인가의 시험방법이 실시되고 있다. 그 대표적인 것의 하나는 각종의 기계적 성능시험에 정해진 시험편에 사하중 장시간에 걸쳐 연속으로 걸면서 균열발생을 관측하는 방식이고, 또 하나는 미리 눈금을 붙인 시험편을 구부린 상태로서 용매중에 침투시켜 균열발생을 관찰하는 방식이다.

전자는 순 기계적인 응력균열의 시험 방법이고 후자는 재질 구조적인 결함의 화학적 유발을 추정하는 것과 같은 시험방법이다. 기계적 응력 균열성 시험법은 상기와 같은 각종 기게적 성능법을 이용하여 그 지정 시험편을 이용하여 오직 파괴하중보다는 작은 사하중을 장시간 게속하여 가하는 사이에 균열발생을 관측하는 것이지만 일반적으로 인장능력 또는 전단능력을 이용한다. 그것은 응력균열 발생이 더욱 용이하지만 그러나 특히 인장응력의 경우에는 더욱 균일한 힘을 작용시키기 쉽기 때문에 모두 잘 이용하고 있다. 종래 이행하던 이 시험에 관한 보고에는 보이는 전형적인 시험편은 <그림 6>에 나타낸 것 같은 인장 시험편이다.

[ 그림6 ] 응력균열성 시험에 이용되는 여러가지 시험편 형상예

시험기는 그것에 대응하여 인장 클립시험기가 바람직하고 또 그것을 시험의 도중에 균열발생을 관찰하는 등의 기계적 관측 방식을 조합하는 노력이 필요하다.

용매를 사용하는 응력 균열성 시험법은 우선 <그림 7>에 나타낸 것과 같은 "절단 붙임 기구"를 이용하여 시험시료에서 자른 것을 빼내 시험편에 <그림 8>에 표시한 위치에 절단물을 붙이고, 다음에 경질 유리 시험관에 그 시험편 Holder를 넣어서 Holder상단에서 약 10mm의 높이까지 시약을 주입하여 그 시험관을 50±0.5℃에 유지시키고 있는 항온 수조에 넣는다. 정착한 시험편 10개에 5개의 균열이 생길 때 까지의 시간을 측정한다.

[ 그림7 ] 칼날에 붙은 고정구의 일례

[ 그림8 ]

시험편 치수는 <그림 8>에 나타낸 것 같이 두께는 모두 지정하고 있다. 그러나 약 3mm전후가 바람직하지만 절단깊이는 0.5mm 전후가 좋다. 또한 여기에 시험편을 침출시킨 경질 유리제 시험관에 주입하는 시약은 일본 공업규격에는 모두가 기재되어 있지 않고 오직 당사의 협정에 의하지만 ASTM에는 알킬아틸 폴리 에틸렌 그리콜로서 미국의 General dyestuff corp의 제품 lgepal Co 630(antarox A 400)에 지정되어 있다.

염수 분무 시험은 기본적으로는 재료의 일광,비, 서리, 바람, 눈에 대한 내후성 시험의 인공 축진 폭로 방식과 같은 시험이지만 종래 일반적으로는 금속의 녹방지나 부식 예방의 수단으로서의 보호도막의 균일성 내지는 핀홀(pinhole)의 검출 등에 이용하고 있다. 오늘날에는 플라스틱의 면에서 그 염수 분무시험의 이용은 적다. 실제 이용을 시작하는 것은 인쇄배선을 조합한 전기 전자기기의 일부의 해상기상 지역에 따른 특수한 응용 예이다. 그러나 미국에서는 플라스틱의 염수 침출 시험을 전시간 해수 침출법이나 바닷물 간만에 합한 사이클 침출법을 실시하고 있다.

현재 염수 분무 시험법으로서 주목하고 있는 것은 일본 공업규격과 미국 연방규격의 2종류이다. 그러나 그 시험의 원리는 세계적으로 공통화되어 있기에 여기에는 그것을 합한 시험방법의 개요를 다음과 같이 요약한다.

염수 분무 시험은 시험체를 스프레이식의 염수 분무에 일정한 온도에서 소정의 시간 연속적으로 폭로한 후 그 외관 변화로 관찰하며 혹은 특정 성능의 변화를 측정시험하는 것이다. 그 시험의 예를 <그림 9>와 같이 나타냈다.

[ 그림9 ] 염산매무시험장치의 구조의 일례

즉 시험체 노즐 유지 선반은 분무실 염수 Tank, 압축공기 공급이 부착 염수 분무 장치(노즐<그림 10>) 실내 상온에 온도 조절 설비 등에서 구성된다. 2장치 전체는 완전하게 녹의 발생을 방지하지 않으면 안되기 때문에 강재는 모두 컵 또는 플라스틱 라이닝한 것을 사용한다. 이를테면 시험체의 지지구에도 금속을 사용하는 것은 유의할 필요가 있다.

[ 그림10 ] 노즐

염수 분무실은 실내온도 35±2℃로 유지하며 조작하기 때문에 염수온도로 35℃로 유지할 필요가 있다. 그 염수 조성은 일본 공업 규격에서는 염화나트륨의 농도 5±1℃의 것으로 35℃에 pH가 6.5~7.2의 범위에 있는 청정염수로 규정되어 있지만 미국 연방규격에서는 20±2%의 것을 사용하는 것으로 규정되어 있다.

어느 것이든지 분무량을 시험체에 의한 수평채를 취하면 80cm2(직경 10cm)당 0.5~3.0m/hr로 연속 16시간 이상 작동해야 한다. 그래서 특히 규정에 없는 범위에서 시험체에 손상의 징후가 나타날 때 까지 염수 분무를 계속한다. 규정시간 경과후 혹은 시험체 손상의 징후가 나타날 때까지 염수분무를 계속한다. 규정시간 경과 후 혹은 시험체 손상의 징후가 나타난 후 육안관찰에 의한 외관변화를 조절한다. 필요하면 물론 씻어 마른 수건으로 닦은 후 균열, 변퇴색, 휨, 분리, 연화 등을 관찰한다.

플라스틱에 전기를 작용하면 전하체의 이동에따라 전도전류(누설 전류)를 발생시키며 또 분자나 전자의 변위 상극자의 배향에 따라 분극을 일으킨다. 이 두가지의 현상은 플라스틱의 기본적인 전기적 성질을 지배하므로 전자는 직류전압에 의한 절연저항, 후자는 교류전압에 의한 도전율, 유전정접(또는 유전손율)로서 측정한다.

이러한 절연저항이나 유전특성의 측정은 플라스틱의 전기적 시험법으로서 실용시에 다른 재료의 성질을 예측하기 위해 중요한 것만은 아니고 각종 플라스틱의 물성을 해명하는 수단으로도 중요한 것으로 되어있다.

다음에 플라스틱에 작용하는 전계가 강하면 전류가 급격하게 증대하여 국부가열 혹은 전자 기울기를 일으켜 플라스틱을 관통하는 도전로나 세공이 생겨 절연파괴를 일으킨다.

이 전압을 측정하는 절연파괴 시험은 절연 저항 시험과 함께 플라스틱을 절연재로써 사용하는 경우 불가결한 시험 항목이다. 또 실용적인 견지에서 플라스틱의 내 아크성, 내 코로나성, 내 트래킹성 등의 전기적 성질을 평가하는 일도 필요하다. 여러가지의 시험방법이 시험되고 있다.


2. 전처리와 시험장소의 상황

플라스틱은 흡습에 따라 전기적 성질을 비교하는 일이 많다. 그러나 전기적 시험을 행할 때 미리 정한 조건에서 시험편을 전처리하는 일이 필요하다. 또 시험장소의 온도와 습도로 그 전기적 성질에 영향을 주기 때문에 전기적 시험을 일정한 온도와 습도에 조절할 수 있는 공조실에서 행하는 것이 바람직하다.

현재 IEC에는 절연재료의 전처리 조건과 시험장소의 표준상태가 규정되어 있고, JIS에도 시험장소의 표준상태를 규정하고 있다.

1. 용어의 의미

(1) 절연내력
절연물이 전압에 견디는 능력을 나타내는 절연 파괴 전압, 절연 파괴 강도, 내전압 등을 총칭하는 내력

(2) 절연 파괴전압
정해진 방법으로 절연물에 전압을 가할 때 절연물이 파괴하는 최소의 전압(실효치)을 말하고 절연 파괴전압을 측정하는 시험을 절연파괴시험이라 한다.

(3) 내전압
규정의 전압을 일정시간 가하여 절연재료가 파괴되지 않을 때의 전압을 말하고 이의 시험을 내전압 시험이라 한다.

(4) 절연 파괴의 강도
절연물이 파괴하는 최소의 전위의 경사를 말하고 절연물의 절연 파괴전압(실효치)를 전극간의 미리(시험편의 두께)로 나눈 수치로 나타낸다. 통상(V/mm), 얇은 시험편으로는(V/0.01mm)로 나타낸다.


2. 시험의 종류와 전압인가 방법

(1) 절연파괴 시험
(a) 단시간 파괴 시험방법
전압을 0에서 절연파괴까지 일정속도에서 파괴시키는 방법, 절연재료의 시험에는 더욱 많이 이용하고 있으므로, 원칙적으로 전압을 0에서 평균 10~20초로 절연파괴를 일으키는 것과 같은 일정속도로 상승시킨다.

(b) 단계파괴 시험방법
전압을 단계적으로 인가하여 절연파괴 전압을 측정하는 방법 JIS나 IEC에는 최초 단시간 파괴시험에서 얻어질 수 있는 파괴전압외 40%에 더욱 근접한 전압을 [표 1]에서 선정, 그 전압을 20초 더하여도 시험편을 시험하려면 [표 1]에 따라 순차적인 단계가 높은 전압을 20초간씩 가하여 절연파괴할 때까지 시험을 행하는 방법을 정하고 있다. 이 경우 20초간 전압을 가하여도 절연파괴되지 않으면 더욱 높은 단계의 전압을 절연파괴 전압이라 한다.

JEC, ASTM, BS에는 최초의 인가 전압을 단시간 파괴시험에서 얻어지는 전압의 약 50%로하여 단계전압도 [표 1]과는 다르다.

(c) 완속 상승파괴 시험장치
단시간 절연파괴 시험에서 얻는 절연파괴 전압의 약 50%의 전압을 가한 후 단계파괴 시험의 상승속도를 평균화시킨 완만한 일정속도에서 전압을 상승시키는 방법

(2) 내전압 시험
일시적인 과전압으로 되지 않으므로 정확하게 도달하도록 주의해서 규정전압까지 가능한 전압을 상승시킨 후 이 전압으로 규정시간만큼 유지한다.

[ 표1 ] 단계전압(실효치)

3. 시험 장치

(1) 주변압기
전압 조정기와 조합한 상태에서 절연 파괴 전압의 1/2 이상에 대해 시험편에 가한 전압의 파고율(파고치와 실효치와의 비)이 0.34~1.48의 범위에 있는 물체, 시험전압 50kv미만에서는 2KVA 이상, 50KVA이상의 것을 이용하면 대부분의 조건을 만족한다.

(2) 회로 차단기
시험편의 절연파괴시에 흐르는 전류에서 주변압기 및 전극을 보호하기 위한 것이기 때문에 할 수 있는 만큼 단시간에 자동적으로 동작하는 것이 바람직하다. ASTM에서 동작시간을 5사이클(1/10초) 이하로 하고 있다.

(3) 보호 저항
상기와 같은 목적에서 보호저항을 시험편과 직렬로 장치하는 경우에는 그 저항치는 100kV를 넘어야 한다. <그림 1>에 절연파괴 전압에 미치는 보호저항의 영향의 일례를 표시했다.

(4) 전압조절 장치
일정한 전압 상승속도를 얻기 위하여 가변비단전 변압기, 유도전압 조정기 또는 전압 분압기를 이용하지만 혹은 발전기의 계자조정에 의한 것이 좋다.

[ 그림1 ] 보호저항의 영향(릴레이동작전류 25A)

1. 절대저항

시험편에 장치한 그 전극간에 인가한 전류 전압을 전극간을 흐르는 전류로 나눈 값을 절연저항이라 하고 체적저항과 표면저항의 쌍방이 포함된다. JIS에는 <그림 13>과 같이 시험편과 전극배치를 이동하는 방법을 규정하고 있다.

[ 그림13 ] 시험편 전극배치

표면저항과 체적저항을 분리하여 측정하는 경우는 판상시료에서는 <그림 14>의 (a), 관상시료에서는 <그림 14>의 (b)의 전극배치에서 표면저항에서는 <그림 15> (a)의 체적저항은 <그림 15> (b)와 같이 각각 측정회로에 접속하여 측정한다.

[ 그림14 ] 전극배치

[ 그림15 ] 측정회로의 접속

3. 저항율의 계산

표면저항의 실측치를 Rs(Ω), 전극간의 거리를 g(cm), 전극의 유효길이를 P(cm)로 하면 표면 저항율δ(Ω)은 다음 식과 같다.
δ = (P/g)R_s
<그림 14>의 (a)의 배치에서는 P≒2πVo <그림 14>의 (b)의 배치에서는
P = 2πr_oX2 이다.

(2) 체적 저항율
체적저항의 실측치를 R_v(Ω), 시료의 두께를 d(cm), 주전극의 유효면적을 A(㎠)로 하면 체적 저항율 ρ(Ω)은 다음 식과 같다.
ρ = (A/d) R_v


4. 전극

금속박(놋쇠, aluminum 등), 은도료, 금속증착막(은 등), 수은등이 전극으로 이용되고 있지만 전극의 중류에 의한 차는 실용상 거의 문제가 되지 않는다(표 2). 또한 금속박을 전극에 사용하는 경우는 와세린 등 얇은 도포를하여 충분히 시험편에 압착하여 전극과 시험편에 기포가 없도록 하지 않으면 안된다.

[ 표2 ] 전극의 비교

5. 측정법의 종류

(1) 비교법
<그림 16>의 (a) 및 (b)에서 (a)는 시료를 회로에 접촉시킬 때의 전류Ix와 시료에 표준저항 R3을 접속시킨 전류 Io를 측정한 Rx = RsIo/Ix로서 시료의 저항 Rx를 구한다. 또한 (b)는 브릿지를 평행하게 할 때의 각변의 저항에서 Rx = RsㆍRB/BA를 구한다.

[ 그림16 ] 측정법의 종류

검류계에 대한 비교법은 <그림 16>의 (b)에 상당하기 때문에 더욱 오래전부터 사용되어 오고 있지만 측정감도가 저하, 10BΩ을 겨우 측정할 정도이므로 플라스틱의 측정에는 부적당한 경우가 많다.

(2) 전압 전류계법
<그림 16> (c)에서 인가전압 V와 전류 Ix와를 측정하여 Rx = V/Ix를 구한다. 직류 증폭기에 따라 전압 전류계법을 1016Ω 혹은 이것 이상의 높은 저항값까지 측정하지만 취급이 용이한 플라스틱의 측정에 광범위하게 사용할 수 있다.

직류 증폭기를 이용하는 측정법도 <그림 17>에 나타낸 것처럼 편위법과 영위법을 사용한다.

[ 그림17 ] 직류층폭법

(3) 충진법
<그림 16> (d)에 나타낸 방법인데, 시료회로의 전류에 콘덴서를 충진하여 그 단자전압의 시간변화를 전위계(EM)에서 관측하여 시료의 저항 Rx를 구한다.


6. 측정상의 주의

(1) 충진시간
플라스틱에 진류전압을 인가하려면 시간의 경과에 따라 감소하는 흡수전류가 흐르기 때문에 겉보기 절연저항은 시간과 함께 다음에 높게된다. 그러나 재료의 절연저항을 비교하는 경우는 전압인가 시간을 필요로 하므로 일반적으로 충진 후 1분간 경과할 때의 값(1분치)를 얻는 일을 행하고 있다.

(2) 재측정
흡수전류는 방전시 충진할때 반대로 흐르기 때문에 일도전압을 가한 시험편을 계속하여 재측정하면 겉보기상 높은 절연 저항을 얻기 때문에 측정에 실패할 대 같은 시험편에서 재측정하는 경우는 장시간 방전시킨 후 실시할 필요가 있다.

(3) 흡습의 영향
시험편의 흡습상태는 절연저항치에 큰 영향을 미치므로 측정에 우선하여 충분히 전처리로 행할 필요가 있다.

(4) 시험조건
특히 온도를 일정하게 유지하는 일

(5) 측정회로의 구성
가드를 일정하게 유지하여 외부에서의 유도 및 미송전류를 충분하게 제거하지 않으면 안된다.

1. 유전율 및 유전정접 측정법

(1) 측정법의 종류
[표 3]에 측정법의 종류와 그 적용 주파수 범위를 나타냈다.

[ 표3 ] 측정법의 종류와 그 적용 주파수

(2) 시험편 및 전극
양면이 평활하고 두께가 균일한 필름상 또는 판상(두께 1~5mm)의 시험편을 사용하여 전극에는 일반적으로 놋쇠 또는 도전도료가 이용되고 있다.

(3) 주요한 측정방법
(a) 고전압 쉐링 브리지법
100~1,000V의 전압에서 측정한다. 상용 주파수에서 사용하는 절연재료의 시험에는 일반적으로 사용하고 있다. <그림 18>에 측정회로를 표시한다.

[ 그림18 ] 고전압 쉐링브릿지법

다음 식에 따라 정전용량 C의 유전 정접 tanδ를 계산한다.

[ 그림19 ] 변성기 브릿지법

(1) 유즈 용단법
100A 정도의 아크에 의한 시험방법이다. 시험면에 장치한 휴즈를 큰 전류에서 용단점호(溶斷點號)하여 단시간에 소호(消號)하는 조작을 반복하여 시험편에 도전류가 가능할 때 까지의 횟수 또는 횟수를 일정히 한 경우의 시험편의 저항치의 변화를 조사한다.

(2) Carbon Arc법
10A 정도의 아크에 의한 시험방법에서 침상의 탄소전극을 이용한다.

(3) 소전류 Arc법
수십 mA이하의 Arc에 의한 시험방법이다. 비교적 재현성이 좋고 플라스틱 시험에 적당하다. <그림 20>과 같은 텅스텐 전극을 이용하지만 페놀수지 등의 내 Arc성이 나쁜 재료에는 시험치의 불균일을 방지하기 위해 <그림 21>과 같은 스텐레스 전극을 사용한다.

[ 그림20] 텅스텐의 전극의 배치

[ 그림21 ] 스텐레스판 전극의 배치

3. 내 코로나성 시험

(1) 집중법 전극에 의한 방법
<그림 2>에 나타낸것 처럼 평판전극의 위에 놓인 시험편에 봉상전극을 세우고 이것에 전압을 가하여 발생하는 코로나 방전에 의해 시험편이 절연파괴할때까지의 시간을 측정하는 방법이다.

전극은 시험규정에 따라 각기 다르나 ASTM에는 <그림 22>의 (d)가 채용되고 있고, IEC에는 <그림 23>의 (a)가 검토되고 있다. 이 방법은 시험결과의 오차가 커지기 때문에 재현성을 좋게 하기 위해서는 시험조건을 상세하게 규정하여 방전의 강도를 감시할 필요가 있다.

[ 그림22 ] 집중법 전극

[ 그림23 ] 평행편판 전극

(2) 평행평판 전극에 의한 방법
<그림 23>에 나타낸 전극을 이용하여 두께 약 0.5mm에서 90X40mm의 시험편 2매를 겹쳐 1매는 금속박 전류간의 직접 방전에 따른 1매는 이것과 5mm사이로 장치한다.

이것을 오산화원인을 넣은 데시케이트에 교류 6kV를 가하여 적당한 시간 간격에서 얻기도하고 중량, 적외선 흡수 스펙트럼 등을 측정하여 열화 상태를 조절한다.

4. 내 트랙킹성 시험

(1) 전해액 적하법(電解液 適下法)
IEC와 DIN법이 있다. IEC법에는 <그림 24>의 전극배치로 시험편에 사용주파수의 일정전압을 걸어 0.1%의 염화 암모늄 수용액을 30초 간격으로 떨어뜨려 시험면이 파괴할 때 가지의 방울수를 센다.
전압이 변하면서 수차례 측정해서 얻는 트랙킹 전압곡선(그림 25)으로 부터 50번째 방울에 대응한 전압을 구하여 이것을 비교한 것을 트랙킹 지수(CTI)라 부른다.

[ 그림24 ] 내트랏킹성 시험장치

[ 그림25 ] 토랏킹 전압곡선

내 트랙킹성이 우수한 재료는 보통 장시간을 요구하는 것으로 이 방법을 적용하는 DIN법에서는 전극간에 교류 380VC를 걸어 표면이 파괴하기 까지의 방울수를 구한다. 100방울을 넘을 경우에는 침식의 길이를 잰다.

(2) 기타 방법
Dust an Fog법, 오염액 경사 평면시험법, 모세관법, 등이 있다.

흡수율과 내수성은 일반적으로 동의어로 사용되고 있는 것으로 실질적으로는 흡수율이라고 한다.

내수성이라는 어감으로 부터 고려하면 열화가 문제가 되고 흡수율의 경우엔 침전 전후의 중량변화를 보면 역학적 혹은 전기적 성질 등을 파라미터로 평가가 필요하게 된다. 실제로는 이와같은 시험법도 실시되고 있지만 보통 역학적 성질 등을 주로하여 침전조건을 부차적으로 표현하는 것이 많다. 이것을 내약품성에 대해서도 동일한 양상이다. 흡수율 시험도 규격에 따라서는 휨, 균열 등 외고나 변화를 관찰하는 것이 규정되고 있는 경우도 있고 또 예를들면 내후성도 외관을 관찰하는 경우가 많으므로 여기에서는 내수성이라는 말에 지나치게 구애받지 않는 것으로 한다.

그리고 흡수율은 일정 치수의 시험편을 미리 상태조절하여 건조하고 23℃의 증류수에 담가두어 규정시간이 지난 후 꺼내어 표면을 불어낸 다음 침전전후의 중량으로 부터 흡수율(%)을 게산한다. 침전시간은 24hr이라는 규정이 있지만 ASTM에서는 이경우에 2hr, 2hr과 24hr, 양쪽 1주일 및 2주일 마다의 침전 등이 있다.

흡수율은 중량 변화율로서 측정되어 지지만 시험편 표면적의 크기가 문제시되고 시험편의 치수 혹은 표면적의 크기가 문제시되고 시험편의 치수 혹은 기타 조건은 전체규격으로 행하지 않는 것으로 범용성의 어떤 데이타로도 할 수 없다.

비등한 물에 침전하는 시험법도 있으며 침전 시간은 2hr과 3min이 있다. 또 ASTM에서는 50℃의 증류수에 48hr 침전시키는 방법도 규정하고 있다. 이들 방법은 외관의 흡수율을 구하기도 하고 혹은 시료가 수용성일 경우 시료에 흡착한 수량(증분)과 물에 용해된 양(감분)과의 차이로 나타내고 전자의 경우가 작은 값이면 흡수율은 부(-)값을 표시한다. 그러나 흡수율이 正(+)일지라도 후자의 값이 0(제로)로는 한정하지 않는다. 그래서 만일 그와같은 것을 고려해야만 될 때에는 흡수율의 측정을 끝내고 다시 상태조절을 같은조건으로 건조하여 중량변화를 구하면 좋다.

내 약품성도 기본적으로 앞의 흡수율과 동일하게 고려한다. 실용조건으로는 보통 다종다양한 약품 혹은 용제가 고려되고 때로는 액체로 되며 고체나 기체도 문제가 된다. 약품류도 반드 단일 종류의 것으로 제한하지 않는다. 수종류의 혼합이 고려되어져 이들의 공동효과를 주시하지 않는 경우도 있다.

측정한 용도의 경우 품질규격으로는 독자적인 침전액을 규정하고 있는 경우가 있지만 시험법 규격으로는 특수한 약품까지 규정하는 것은 당연하고 비교적 보편성 있는 대표적인 약품이나 용제가 ASTM에는 자주 사용되고 있는 시험법이라면 JIS나 ISO에도 시험법이 제정되어 있다. 그러나 그것들은 모두 액체 중에 침전시키는 방법으로 고체나 액체와의 접촉에 대하여 규정한 규격은 거의 없다.

ASTM에 나타난 표준약품에는 진한 황산 3% 및 30%의 유황, 진한 초산, 10% 및 40%의 초산, 진한 염산, 10%의 염산, 40% 크론산, 40% 붕산, 10% 및 60%의 수산화 나트륨 진한 암모니아, 3% 및 28%의 과산화수소, 10% 염화 나트륨, 4~6% 차아염소산 나트륨, 증류수, 메틸알코올, 50% 및 95%의 에틸 알코올, 빙초산, 5% 초산, 올레익산, 10% 구연산, 5% 페놀, 아닐린 디 에틸 에테르, 초산 에틸, 세파신산 2 에틸 헥실 에스테르, 4% 염화 탄소, 에틸렌 디 클로라이드, 광물유, 변압기유, 테레빈유, 면실유, 올리브유, 0.025% 세정제, 1% 석수이다.

또한 용제류를 이용한 경우에는 팽윤현상에 의하여 치수가 커지므로 역학적으로 약한 것으로 되는 것이 있으므로 잘 관찰할 필요가 있다.

표준 시약은 ISO에서는 상기의 ASTM과는 다소 다른 것이 나타나 있다. 또 JIS에서는 황화 수소가스를 규정하고 있는 것도 있다. 침전시간은 상온에서 7일이 일반적이지만 JIS에서는 60℃에서 5hr정도의 방법도 있다.

내 약품성 시험은 목적을 잘 생각해서 실시하는 것이 일반적으로 중요하고 또 데이타를 볼 경우도 시험조건에 유의하지 않으면 잘못된 판단을 범할 위험이 있으므로 매우 주의하여야 한다.

성형품 또는 원료에 함유되어 있는 저불점의 휘발성 물질 예를들면 물 등은 일반적으로 나쁜 영향을 주고 특히 원료에 함유되어 있는 휘발분은 폴리 카보네이트에 보여 주는 것과 같이 성형물의 원인이 되는 것이 있다.


1. 성형품의 휘발분

ASTM에서는 성형품의 휘발분 시험법이 제정되어 있지만 여기에서는 일반적인 휘발분이라기 보다는 차라리 가소제중에 함유되어 있는 휘발분의 경우를 중시하고 있다. 시험방법으로는 직경 50.8mm의 원판상 시험편을 이용해 직경 85.73mm로 용적 470cc의 관에 6~4메쉬(mesh)의 활성판 120cc추가한다. 이 조작을 반복하여 결국 3매의 시험편을 화성탄 사이에 끼워서 전체를 70%의 공기욕 중에 넣는다. 시험편의 두께가 6.35mm 이하이면 40시간, 그 이상의 두께에서는 88시간 가열한 후 데시케이터에서 식혀서 시험편을 꺼내어 중량 감량(%)을 구한다.

FS에도 같은 방법이 있으며 반면에 활성탄을 이용하지 않는 방법도 제정하고 있다. 시험편은 아래의 치수로 결정되어 있으나 절단할 경우에는 섬세한 샌드 페이퍼 등으로 마무리 할 필요가 있다.

ㆍ성형재료 : 직경 50.8mm, 두께 약 3.2mm의 원판
ㆍ판재료 : 25.4 X 76.2의 장방형
ㆍ봉재료 - 직경 25.4mm 이하, 길이 25.4mm의 봉
                - 직경 25.4mm 이상, 길이 12.7mm의 봉
ㆍ원통 - 내경 76.2mm 이하, 길이 25.4mm의 원통
            - 내경 76.2mm 이상 : 원주방향으로 76.2mm측 방향으로 25.4mm의 장방형

이들 시험편을 상태 조절하여 105℃의 공기중에 24시간 방치하여 중량 감소율을 구한다. jis에서는 염화 비닐 방수판이 전자의 방법을 또 공업용 비닐은 후자에 근사한 방법을 사용하고 있으며, 시험편은 덤벨 1호형으로 100℃의 기어 오픈 중에서 6시간 가열한다.

2. 원료수지의 휘발분

성형 가공상 매우 중요한 항목중의 하나이며 시험법은 원료수지(분체)에 관련하는 것이 많아 컴파운드는 더욱 작다. 일반적으로 시료를 측정병(측정병은 충분히 건조하여 일정한 양으로 되어야 한다)에 넣어 공기 건조사의 데시 케이터에서 상온까지 식혀서 건조한 후의 중량부터 구한다. 측정병은 유리제의 것이 대부분 사용되고 있지만 유리에서는 시료가 일반적으로 대전하기 쉽기 때문에 미 분말의 경우는 조작이 번거롭게 되는 일이 있다. 백금, 스테인레스 등의 금속제의 것이나 자석제로 된 단시 등을 사용하는 일이 있으며 용기중량이 커지면 강도저하를 주의할 필요가 있다. 또한 용기는 깊지 않고 넓을 경우에 사용한다. [표 1]에 현재 규격으로 정해져 있는 시험조건을 표시했다.

[ 표1 ] 각종 규격에 따른 시험조건 예

아세틸 셀룰로오스 성형재료는 25.4mm X 76.2mm X 3.13mm의 장방형 시험편을 사출 성형시 이것을 80℃, 72시간 가열하여 감량을 구하는 방법이 있지만 폴리 카보네이트 성형재료의 경우는 성형재료 자체로 측정한다. 다만, 수분의 양을 측정할 경우에 카알피셔법을 사용하고 있다.

성형재료의 휘발분의 측정은 상기 각종의 방법을 참고하여 행하는 일이 생기며, 재료마다 특수한 문제가 있으므로 메이커와 상담해서 조건을 결정할 필요가 있다.

분석은 기기분석이 발전하고 고분자 관계에도 광범위한 연구분야로 되고 있지만 본 절에서는 규격화된 것 중에서 직접 성형가공에 관계되는 분석 혹은 분석적 방법을 기술하는 것으로 한다.


1. 페놀수지의 분석적 시험

(1) 성형품의 아세톤 押出試驗
성형품 혹은 적층품의 아세톤 가용성 성질의 양을 측정하는 방법으로 수지의 큐어도와 직접 관계하는 데이타가 얻어진다. 그러나 데이타에는 충진재, 활제 기타 여러가지 것에 영향이 있으므로 주의할 필요가 있다.

성형품으로 부터 분말시험(될 수 있는한 발열하지 않을 경우 주의하여 예를들면 드릴 등으로 만듬)을 만들어 420μ의 체를 통과하고 120μ를 통과하지 않는 것을 시료로 한다. 시료를 약 3g을 얻어 예를들면 <그림 1>과 같은 장치를 사용하여 아세톤에서 추출한 추출액을 50℃로 건조하여 무게를 잰다.

[ 그림1 ] 압출장치(단위 : ㎜)

(2) 성형재료의 아세톤 축출시험
성형재료의 시험이 있지만 레졸의 경우는 아세톤에 용해되지 않는 것으로 사용할 수 없다. 이 시험법은 성형재료 중의 수지함량을 구하는 것이지만 헥사민의 경우에 활제나 착색제중의 가용물이 포함되어 있는 것에 주의할 필요가 있다.

시표는 성형재료 그대로 사용하지만 프리포움, 후레이크 도는 시트 등은 부수어 분말상태로 하지 않으면 안된다. 시료 약 3g을 <그림 1>의 장치로 축출한다. 축출 나머지를 감압건조해서 측정하고 이 값으로부터 수지 함량을 게산한다.

(3) 기타 시험
성형품중의 유리(遊離)페놀을 요소 적정법(滴定法)에 의하여 반정량적으로 구하는 방법이 ISO에 제정되어 있다. 이 값은 수지의 큐어도에 따라 차이가 난다.

또 성형품중의 유리 암모니아 및 암모늄 화학물의 측정법이 ASTM 등에 제정되어 있다. 이들은 반정량법인 방법이지만 ISO에서는 또 다른 방법을 제정하고 있다. 이것은 극히 간단한 방법으로서 분말로한 시료를 약 1g취해 50cc의 플라스크에 넣어 밀폐시킨다. 시료는 분쇄후 가능한한 신속히 플라스크에 넣어둘 필요가 있다. 뚜껑과 시료사이에 시험지(예를 들어 리트머스 시험지)를 끼워 시료에 직접 접촉되지 않게 한다. 이 상태에서 30분간 놔두고 시험지를 관찰하여 혹시 시험지가 적색(리트머스 시험지는 청색0으로 변하면 유리 암모니아가 혹은 다른 알카리성 휘불분이 존재하는 것을 알 수 있다.

2. 폴리스틸렌의 분석적 시험

(1) 메탄올 축출 시험
GP 폴리 스틸렌 중의 메탄올, 가용물을 측정하는 방법으로 메탄올에 폴리 스틸렌은 용해하지 않으며 단량체(單量體)가 용해하는 것을 이용하는 단량체의 양을 조사하는 것이 목적이지만 활제나 착색제로 부터의 가용물에 주의할 필요가 있다.

0.3~0.5g의 시료를 50cc의 비이커에 넣고 디옥산, 산화 프로필렌 또는 메틸에틸 케논 15~39g을 더해 그대로 놔두고 시료를 완전히 용해시킨다. 증류한 메탄올 200~250cc중에 이 용액을 가하여 폴리 스틸렌을 침전시커 유리필터에 투과하여 65~70℃로 건조해 침전물의 양을 측정하고 가용분(可溶分)(%)을 계산한다.

또 다른 방법으로서 염화 요소에서 폴리 스틸렌 중의 포화도를 측정하고 이것으로 부터 단량체를 측정하는 방법도 있다.


3. 염화비닐수지중의 염소 함량

염화비닐의 단일 및 공중합체 중의 염소의 정량법에 의하여 염소량으로 부터 염화비닐의 양을 알 수 있다. 그러나 염화비닐과 염화 비닐리덴을 구별할 수는 없으므로 혹시 후자의 공중합체라면 염소함량은 알 수 있으며, 염화 비닐 함량은 알 수 없다. ASTM의 방법은 Na₂O2를 이용 분석하여 AgNO₃로 정량하는 방법이 있지만 이외에도 여러가지 방법이 있다.


4. 플라스틱중의 무기물 함량

(1) 무기 충진재를 가한 플라스틱 중의 수지함량
FRP의 유리함량 또는 수지함량의 측정시 사용하는 방법이며, 물론 다른 플라스틱에도 적용할 수 있다.
3g이상의 시험편을 도가니에 넣어 도가니에서 연소한후 타고 남은 재로부터 수지 함량을 구하는 방법이 있지만 무기 충진재중에는 고온에서 중량감소(예를 들면 결정수)를 일으킬 수 있다. FRP의 경우는 625±20℃를 표준으로 한다.

(2) 폴리에틸렌 중의 카본블랙
<그림 2>와 같은 장치를 조립하여 시료를 磁製 포트(pot)에 넣어 질소기류 중에서 열분해하고 타고 남은 재로부터 카본블랙 함량을 구하는 방법이다.

[ 그림2 ] 장치조립도

5. 기타 분석시험법

ASTM에서는 재료별로 분석법을 통합한 규격이 여러가지 있다. 규격번호와 제명을 붙여 통합하여 나타낸다. D 817(아세틸 부틸 셀룰로오스), D 871(아세틸 셀룰로오스), D 914(에틸 셀룰로오스), D 1045(가소제), D 1638(우레탄 포움 원료), D 1715(플라스틱 포움용 팽창제의 가스 발생량), D 2238(1378cm-1에 따른 폴리에틸렌의 메틸기의 흡수)


6. 감별법

플라스틱의 주 원료 수지의 종류를 감별하는 방법은 여러가지가 있다. 예를 들면 연소시 불꽃의 색, 연소방법, 광택 등으로 판정하는 방법과 용제에 대한 용해성, 비중 등이 있다.

일반적으로 플라스틱은 복잡한 배합물이므로 정확한 감정 혹은 각 성분의 배합 등의 정확한 양을 아는것은 특수한 경우를 제외하고는 불가능하다.

비교적 간단하며, 잘 이용되는 감별법은 이른바 Liebermann-Stoch-Marawski 반응이 있으며 이것은 소량의 시료를 무수초산에 될 수 있는 한 용해해서 냉각한 다음 진한 유황 한방울을 더해 磁製의 점방울판 위에서 용액 혹은 수지표면상의 정색반응을 약 30분 본 다음 [표 2]를 참고하여 판단한다.

[ 표2 ] Liebermann-Stroch-Morawski 시험

비중은 동일한 온도와 동일한 부피의 시료 무게와 물의 중량과의 비이고, 밀도는 단위 체적당 중량으로 단위는 g/ml이다. ASTM에서는 23℃를 표준으로하고, 비중은 23/23℃이다. 또 밀도(D)와 비중(S)의 관계는
D = S(23/23℃) X 0.99756
단 D23B : 23℃에서의 밀도(g/ml)

S(23/23℃) : 23℃에서의 비중 고체의 비중 및 밀도의 측정법은 여러가지 있고 규격화되고 있는 방법으로는 수중 치환법, 피크노 메타법, 적정법 및 밀도 구배관법 등이 있다. ASTM에 의하면 플라스틱 고체는 수중 치환법 성형분, 펠렛트 및 프레이크는 피크노 메타법을 추정하고 있지만 최근에는 밀도 구배관법이 잘 사용되고 있다. 또 액상수지의 경우는 비중병법이 사용되고 있다.

성형재료의 겉보기 밀도는 두세가지의 방법이 있으며, 이는 용기의 치수가 달라질뿐 기본적인 겉보기 밀도는 동일하다. JIS의 방법은 <그림 3>의 장치를 사용하여 시험한다. 잘 섞은 시료 약 120cc를 깔대기로 넣어 재빨리 뎀퍼를 끌어내어 용기의 시료를 자유낙하 시킨다. 공기에 담은 시료를 유리봉으로 떨어뜨려 무게를 0.1g까지 정확하게 재고 다음의 식으로부터 겉보기 밀도를 구한다.

[ 그림3 ] 겉보기 밀도측정장치

Da = (C-A) / B
Da : 겉보기 밀도(g/ml)
A : 용기의 두께
B : 용기의 내용적(ml)
C : 시료를 넣은 후 용기의 무게(g)

점도는 대별하면 희박용액의 점도와 액상수지의 점도로 대별된다. 전자는 주로 고분자 재료의 평균 분자량에 중점을 두고, 후자는 액상 수지의 작업성에 중점을 두고 있다.

희박용액의 점도를 측정하는 것은 주로 웁베로우데 또는 오스트 웰드 점도계와 같은 모관형 점도계에 따르고 있다. 농도, 용제, 측정온도 등은 각각의 전문서에 상세하게 있으며, 규격화된 것으로는 폴리 비닐 알콜(JOS K6726), 염화 비닐 수지(JIS K6721), 초산 비닐 수지(JIS K 6725), 폴리 에틸렌(ASTM D 1601), 폴리 아미드(ASTM D789) 등이 있다.

액상 수지에 대해서는 볼록 필드형 점도게와 시간 점도계가 있고 또 플라스틱 졸과 올루가노졸용으로 Caster-Servers점도계가 있다.

1. 투습율 및 기체 투과율

필름, 특히 포장용 필름 등에서 아주 중요한 의미를 갖는 성질이 있다. 투습율은 수증기의 투과를 대상으로 하여 기체 투과율 혹은 투과율은 수증기 이외의 기체의 투과를 대상으로 할 때 다르고 기본적으로 같지만 측정법이 다르다.

(1) 투습율
JIS 등에 시험법이 규정되어 있지만 <그림 4>와 같은 알루미늄 또는 황동제의 투습컵을 이용, 컵중에 건조제를 넣고 필름을 고정하여 규정의 항온 항습장치 중에 준다. 습기는 필름 통하여 건조제에 흡수되므로 반대로 컵내에 물을 넣으면 컵 중량은 감소하므로 그 값이 구해진다.

[ 그림4 ] 투습컵(JIS Z 0208)

투습율은 일정면적의 필름을 일정시간 내에 투과한 수분의 무게로 나타낸다. 단위는 g/m2, 24hr로 표시한다.

(2) 기체 투과율
탄산가스, 산소 외의 가스가 대상에 따라 예를들면 <그림 5>와 같은 장치에 시료 필름을 세트로하여 필름의 한쪽(그림에서는 상부)에 1~2기압의 시험용 가스를 가하고 다른 쪽을 진공으로 해두고 가스가 투과할 경우 당연히 진공도가 감소하여 저압측의 압력변화로 부터 기체 투과율을 추진할 수 있다.

[ 그림5 ] 기체투과셀(산공시법)

[ 표1 ] 폼 폴리스틸렌이 품질

[ 그림1 ] 호름폴리스틸렌의 내압시험

2. 경질 폼 러버 보온제(JIS A9513)

천연 또는 합성고무를 다량포화시켜 봉나이트화하여 만든 경질 폼 러버 보온판에 관한 규격으로 치수 및 치수 허용차 외에 [표 2]에 표시한 바와 같이 시험항목과 품질이 규정되어 있다. 또한 폼 폴리스틸렌 보온재의 최고 안전 사용 온도가 약 70℃인 것에 대하여 이 재료는 약 50℃이다.

[ 표2 ] 경질 폼 러버의 품질

3. 폼 러버(JIS K6382)

천연 및 합성고무, 라텍스 또는 이들 혼합물로 부터 만들어진 폼레버에 관한 규격으로 코아(core)가 있는 것(1종)과 없는 것(2종)으로 분류되어져 있고, 경도에 따라서 각각 ES, S, M, F의 4종류로 세분되어 있다.

본 규격은 치수의 허용차 외에 [표 3]과 같이 시험항목과 품질을 규정하고 있다.

[ 표3 ] 폼러버의 품질

경도시험은 [그림 2]와 같은 장치를 사용하여 행하고 있지만, 제품을 그대로 시험시료로 한다. 공기를 피하기 쉽게 하기 위해서 규정치수의 작은 구멍을 여러개 뚫어 평평한 곳에 놓고 직경 200mm의 원형 가압판을 시료 위에 얹어 전하중을 0.5kg으로 할 때의 두께를 처음의 두께로 한다. 원형 가압판을 10mm/sec 이하의 속도로 시료에 압입하고 처음 두께의 25%의 거리가 되는 정도에서 20sec 정지하여 그 때의 하중을 읽고 이것을 경도(kg)로 한다.

[ 그림2 ] 호름러버를 이용한 경도 시험기의 일례

또한 시험편의 면적이 원향 가압판의 면적보다도 적은 경우의 시험방법도 본 규격에서는 규정하고 있다.

노화시험은 기어식(gear type) 노화 시험기로 100±1℃에서 연속 22시간 촉진노화하고 노화시험후의 경도의 변화율로 나타낸다.

압출 영구 변형시험은 알루미늄제의 압축판으로 시험편 두께의 50%로 압출 고정하고 70±1℃에 연속 22시간 가열하여 시료를 취한 다음 가열시험 전후의 두께의 변화로 부터 구한다.

반복 압출 시험은 <그림 3>에 한 예를 나타낸바와 같은 장치를 사용하여 행하며, 시험편의 두께를 측정하기 위해 시험기의 평행 평면판의 사이에 끼운다.

[ 그림3 ] 호름레버를 이용한 조판 압축시험기의 일례

상온에서 매분 60회의 속도로 시험편의 두께의 50%로 연속 25X104회 반복 압축하여, 시험전후의 두께의 변화를 구한다.

4. 쿠션용 연질우레탄 폼(JIS K6401)

침구, 가구, 차량 등 쿠션용에 사용되는 연질 우레탄 폼에 관한 규격으로 슬라브 방식(1종)과 몰드방식(2종)으로 분류되고 있다.

본 규격은 치수의 허용차외에 [표 4]와 같이 시험항목과 품질 또는 허용차가 규정되어 있다. 또한 시험방법은 9.1.5항과 같지만 [표 4]의 항목외에 참고시험으로서 습열 노화시험과 반발탄성 시험방법이 표시되어 있다.

[ 표4 ] 쿠션용 연질 우레탄 폼의 품질

5. 의료용 연질우레탄 폼(JIS K6402)

의료용에 사용되고 있는 연질 우레탄 폼에 관한 규격으로 라미네이트용과 컬팅(guilting)용으로 분류되고 각각 에스테르 폼과 에테르 폼으로 규정되어 있다.

[ 표5 ] 의료용 연질 우레탄 폼의 품질

셀수는 확대경을 사용하여 직선상의 기포의 수를 세어 길이 25mm사이의 기포수로 표시한다. 또 인장시험은 일반적인 방법으로 행하지만 시험편의 치수는 <그림 4>와 같이 연질 플라스틱 또는 고무의 시험편에 비해서 다소 큰 것이 특징이다. 인장속도는 300~500mm/min이다.

[ 그림4 ] 의료용경질우레판 호움의 인장 시험편

또한, 참고시험으로 하이트 루우프법에 의한 腰의 강도 <그림 5> 및 컨틸레버법에 의한 경도, 유연도의 시험법이 표시되어 있다.

[ 그림5 ] 하이들프법에 의한 비듬 강도시험

6. 폴리에틸렌폼 시험방법 및 그외의 시험방법

폴리에틸렌 폼 시험방법은 현재 진행중에 있지만 부피밀도, 인장강도, 연식, 압축강도, 압축 영구변형, 압축 크리이프, 반복 압축 영구변형, 인열강도, 가열 치수 변화 및 흡수율이 검사되고 있다.

발포 폴리에틸렌 시험법에 평균 기포지름이 방위청규격, 포장용 폴리스틸렌 폼 완충재 NDSㆍXZ-0504에 분진도가 규정되어 있다. 또 JIS 원안에서는 포장용 완충재료의 동적 시험방법에 충격 특성이, 또 폼 플라스틱의 연소성시험 방법에 연소성이 검사되고 있다.

현재 ISO의 추천규격으로서 제정되어 있는 것은 R 844, 경질 폼재의 압축시험, R 845 경질 폼재의 겉보기 밀도의 2건이 있지만 그외 기타의 각 시험법은 현재 Draft Proposal, Draft ISO Recommendation 등으로 심의되어오고, 멀지않아서 추천규격이 다수 제정되어질 것 같다.

또 ASTM에는 다음의 각건이 제정되고 있다.

(1) ASTM의 품질규격
ㆍD 1565 - 66 : 염화비닐의 중합체 또는 공중체로부터 만들어졌던 연질폼(시험법 포함)
ㆍD 2125 - 65T : 폴리 스틸렌 폼
ㆍD 2341 - 65T : 경질 우레탄 폼
ㆍD 1786 - 66 : 톨루엔 이소시아네이트와 폴리 옥시 프로필렌 글리콜

(2) ASTM의 시험법 규격
ㆍD 1564 - 64T : 슬라브상 연질 우레탄 폼 시험법
ㆍD 1621 - 64 : 경질 플라스틱 폼의 압축강도
ㆍD 1622 - 63 : 경질 플라스틱 폼의 겉보기 강도
ㆍD 1623 - 64 : 경질 플라스틱 폼의 인장 특성
ㆍD 1638 - 67T : 우레탄 폼의 원료
ㆍD 1673 - 61 : 전기 절연 재료로서 사용되는 플라스틱 폼의 유전율과 역율
ㆍD 1692 - 59T : 플라스틱 폼과 시트의 내염성
ㆍD 1940 - 62T : 경질 플라스틱 폼의 가공율
ㆍD 2126 - 66 : 경질 플라스틱 폼의 내환경 조건
ㆍD 2127 - 62T : 경질 플라스틱 폼의 흡수율
ㆍD 2237 - 64T : 우레탄 발포 시스템의 용적 증가속도
ㆍD 2326 - 64T : Probe(針) 법에 의한 플라스틱 폼의 열 전도율
ㆍD 2326 - 64TZ : 폴리 스틸렌 폼 원료의 전휘발분

(3) ASTM의 샌드위치(Sandwich)구조의 시험법 규격
ㆍC 271 - 61 : 샌드위치 구조용 심재의 밀도
ㆍC 272 - 53 : 샌드위치 구조용 심재의 밀도 흡수율
ㆍC 273 - 61 : 평편한 샌드위치 구조 혹은 샌드위치 심재의 플랫(flat)와이즈면의 전단시험
ㆍC 297 - 61 : 평편한 샌드위치 구조의 플랫 와이즈면의 인장시험
ㆍC 363 - 57
ㆍC 364 - 61 : 평편한 샌드위치 구조의 엣지 와이즈 압축강도
ㆍC 365 - 57 : 샌드위치 심재의 전단피로
ㆍC 480 - 62 : 샌드위치 심재의 굽힘 크리이프
ㆍC 481 - 62 : 샌드위치 심재의 실험실적 노화
ㆍD 1781 - 62 : Limbing Drum에 의한 접착부의 분리시험

1. 외관, 치수

내외면의 육안검사에 따라 움푹패임, 돌기, 내면의 정도, 성형기술(스파이더 라인)이 판정된다.

치수의 내부, 내경은 측정하기 어렵고 또 성형방식으로 부터 상당히 정도가 좋은 것으로 후술의 최대, 최소 허용치 만이 문제가 된다. 외경은 2가지의 측정으로 규정되어 있다. 파이프는 진원으로 만들기 어려운 것이므로 타원형의 장축과 단축을 측정하여 그 최대직경, 최소지름의 범위가 규정치내에 들어오는 것을 확인하는 것이 "최대ㆍ최소 허용하"이다. 그러나 대부분의 파이프는 작업상의 조작에 따라서 진원에 근사하게 만들어지므로 편평(偏平)을 문제시 않은 것으로도 좋은 것이 않으므로 π눈금줄자로 평균외경을 측정하는 방법도 있다. 이 경우 "평균허용차"가 규정되어지고 있다. 다만 가는 물체(40mmφ 이하)에서는 최소, 최대외경의 평균치를 이용하여도 좋다.


2. 강도

간단한 것으로는 파이프에서 축 방향으로 덤벨상의 시험편을 끊어 인장시험이 행하여진다. 그러나 내압이 걸리는 파이프에서는 주등력(hoop stress)쪽이 축응력(axial stress)의 2배이고 따라서 상기의 데이타는 설계지침으로는 안된다.

물론, 실용적인 시험으로서는 파이프에 내압을 가하는 시험이 행하여질 때 내압을 P, 주응력을 δ, 두께를 t, 내경을 d, 외경을 D라하면 다음식이 성립된다.

δ = pd / 2t (1)
δ = p(D-t) / 2t (2)

얇은 두께일 경우는 식(1)을 사용하고, 두께가 증가하면(정확하게는 t/d가 커지면) 2차가 일어나므로 식(2)가 사용된다.

<그림 6> (a)의 경우에 단독으로 양단을 막고 가압하면 주응력외에 축응력이 작용하므로 그것을 피하기 위해서 <그림 6> (b), (c)와 같이 중앙에 강제 스핀을 통하여, 이것으로 축력을 방지하고 파이프에는 주응력만이 작용하도록 하여 시험한다.

[ 그림6 ] 파이프의 내압시험

관의 길이는 3D 이상으로 최소 500mm(ISO에서는 250mm)로 하여 ±1℃로 조정핀 수조내에 미리 1시간 유지하고 상태조절을 행하여 시험한다. 가압은 보통 수압펌프를 사용하며 1분이내에 소정의 압력까지 올려두지 않으면 안된다.

내압시험에는 장시간 시험과 단시간 시험이 있다. 장시간 시험은 보통 수십년간을 목표로 하고 있다. 그러나 실제로 수십년간의 시험을 행하는 것은 아니고 내압에 따라 크리이프와 시간과의 관계가 양 대수 방안지상에 직선이 되도록 가정하여 단시간 시험의 결과로 부터 알아내는 것이다. 이 경우 압력원으로서 질소를 사용하고 또한 장시간 시험중의 크리이프에 의한 내압감소는 자동적으로 보정되도록 하고 있다.

단시간 내압시험은 규정압력에 1분정도 유지하여 이상 유무를 조사하는 것으로 일종의 수취(受取) 검사이다. 그때의 압력이 크기는 JISK 6741에서는 파리수압의 약 1/2이지만 수도관에서는 사용압력의 2.5~3배이다.

이상 외에도 외압시험, 편평시험, 충격시험 등이 있다.

3. 열적시험

보통 고려해야할 변형시험이나 내염성 시험외에, 이음매시험으로서 노내 가열시험이 있다. 이것은 이음매를 150±4℃의 노중에서 1시간 가열하고 이음매의 용접선의 벌어짐을 조절한다. 이 외에 무가소성일 경우에 침입도시험 혹은 비이커 시험이 행해지고 있다.

4. 기타시험

솔벤트 크랙킹성이 중요시되어 특히 가스관용으로서 생각할 경우 벤젠에 대한 저항, 혹은 농약 등에 대한 저항이 시험된다. 이들은 약품을 넣어 일정 시간이 경과한 후 편평시험을 행하는 것에 의해 평가하는 것이 보통이다.

또 수도용 파이프에서는 수중에 해로운 화합물이 녹아나오지 않는 것이 시험된다.

적층품은 플라스틱 중에서는 물론 대표적인 이방성 복합재료이고, 오랜 역사를 갖는 페놀계 적층품과 금후 공업재료 혹은 구조재료로서 비약적 발전을 이룩하여 기대된 FRP가 대표적인 것이다.

적층품의 독특한 특성으로부터 다른 플라스틱에서 사용되지 않는 독자적인 시험법 혹은 동일한 시험법을 사용할 지라도, 예를들면 방향성이든가 보강재와 매트릭스 경계면의 성질을 고려하는 것과 같은 시험법으로 많은 공부가 되어지고 있다. 또 적층재료로서는 전술과 같은 소위 적층품 외에 다른 재료를 병용한 복잡한 구조를 지닌 재료가 광범위하게 응용되고 있다.

그런데 이들 가운데 규격화되었던 것으로는 종래부터 있는 페놀계를 중심으로 한 적층품이 있지만 이들은 주로 전기절연재료로 있는 것이며, 규격도 그와 같은 생각으로 짜여져 있다. [표 6]에 규격화된 시험항목을 나열했다.

[ 표6 ] 열 경화성 수지 적층품의 시험항목

FRP 및 복합구조의 재료는 아직 역사도 비교적 새롭지만, 요구되는 성능이 꽤 고차원의 것이 많고, 현재 연군 혹은 개발중에 있는 것이 대부분 이므로 규격화되어 있는 것은 없다. 또한 이들은 제품규격의 비교가 선행되고 있다. 다만 일종의 복합구조인 염화 비닐수지 금속 적층판을 JIS K 6744에 규정되어 있고 형상, 치수, 외관, 접착성(분리시험)과 에릭슨 시험, 굽힘성, 내한성, 내비등성, 자소성, 내약품성, 내광성, 가공성 및 난연성이 규정되어 있다.

1. 필름

(1) 치수와 면적당 중량
길이와 폭을 측정하는 것은 평평하고 단단한 테이블 위에 놓고 장력이 걸리지 않을 때 측정해야 한다. 두께는 원칙적으로 다이얼 게이지(0.001mm)로 측정하고 측정압의 영향때문에 규격에 정해진 장치를 사용하는 것이 필요하다. 더구나 엔복스핀 필름의 경우는 면적당 중량을 비중으로 나누고 평균두께로서 구하게 된다. 면적당 중량은 100cm2의 시험편의 중량을 측정하여 g/cm2로 나타낸다.

(2) 인장시험
보통 쇼파형 인장 시험기를 사용한다.
시험편을 덤벨형이 있다. 방향닝을 고려하여 필름을 가로 및 세로방향으로 행한다.

(3) 인장시험
인장 시험기에 의한 방법과 엘루멘돌프 인열시험기에 의한 방법이 있다. 방향성을 고려해야할 점은 인장시험법과 같다.

(4) 휘발감량
고온시에 있어서 가소제의 손실을 시험하는 방법으로 일정시간, 일정온도로 시험편을 유지하여 시험전후의 중량으로 부터 구한다. 기어 오픈방법과 활성탄법이 있다.

(5) 치수변화
정방형의 시험편을 시험편보다도 큰 2매의 종이사이에 끼워두고 종이를 클립으로 묶어 오픈하여 일정시간이 경과 후 실온으로 방치하고 시험편의 가로 및 세로의 길이를 측정한다.

(6) 내한성
저온에 있어서 신율을 측정하는 방법과 저온 충격 파괴에 의한 방법, 혹은 유연 온도에 의한 방법 등이 있다.

(7) 기타 시험
특수한 용도에 대하여 투습성 혹은 투기성 및 내후성, 연소성, 수압출 등의 시험이 있다.

2. 레더

(1) 치수외 중량
길이와 폭은 필름과 같은 방법으로 측정한다. 두께는 다이얼 게이지에 의하고 주름이 있는 경우, 주름의 산부에서 측정하고 주름의 깊이는 고려하지 않는다.

무게는 일정면적의 무게로서 측정되지만 전 중량을 측정한 것에서 규정방법으로 도장막을 제거하고 포의 무게를 구한다. 또 전 중량과 포의 중량의 차에서 도장막의 중량을 구한다.

(2) 강도시험
(a) 인장시험
시험편은 폭 30mm, 길이 250mm의 약간 두툼한 상태이며, 쇼파형 인장 시험기를 사용하고 200mm/min로 시험한다.

(b) 인장시험
시험편의 폭 40mm, 길이 150mm의 약간 두툼한 상태의 것으로 시험편의 짧은 변의 중앙에서 긴변에 평행으로 길이 50mm의 조각을 덧붙인 것을 사용하고 있고, 이것을 쇼파형 인장 시험기에 붙여서 시험한다.

(c) 파장시험
뮤젠형 파열강도 시험기에 의해서 시험한다.

(d) 비빔시험
스코타형 비빔 시험기에 의해서 시험한다. JIS K 6772에 의하면 하중 1kg, 이동거리 50mm, 사이클 120rpm으로 비벼 조작을 행함으로써 막면의 인열, 손상, 또는 포와막의 분리상태를 조사한다.

(3) 내구성
시험편을 기어식 노화시험기로 가열한 다음 비빔시험을 행하고 또 BS 규격에서는 <그림 7>의 용기를 사용해서 활성탄법에 의한 노화시험을 규정하고 있다.

[ 그림7 ] 노화시험장치

(4) 변색 및 퇴색
(a) 마찰색 떨굼시험
<그림 8>의 시험기를 이용, 레더막면의 규정의 흰포(白布)와 상호마찰을 시킬 때 휜로의 착색정도를 조사한다. 마찰시험에는 건조시험과 습식시험의 2종류이고, 전자는 흰포를 60~65%RH로 3시간 이상 방치하여 사용, 후자는 증류수에 담근 후 가볍게 짠 후 사용한다.

[ 그림8 ] 확진형마찰시험기

(b) 유화물 오염 시험
구두가죽으로서 고무바닥과 접착하여 황을 더할 경우 혹은 폼러버, 기타 황을 포함한 물질과 접착해서 사용하게 될 경우에 황화물에 의한 변색의 유무를 조사하기 위한 시험이다. 시험편을 황화수소 포화용액에 침전시켜 변색의 유무를 본다.

(c) 내광시험
일광 또는 인공광선에 노출되어 퇴색의 정도를 조사한다.

(5) 점착시험
레더(Leather)의 표면이 블로킹을 일으키는지를 조사하기 위한 시험으로 시험편 2매를 막의 면을 향하게 합쳐서 유리판의 사이에 삽입하여 추를 얹어두고 공기조 중에서 온도를 높여서 방냉할 때부터 막면을 그대로 두어 손상 등의 이상 유무를 조사한다.

플라스틱 건재에는 여러종류가 있지만 여기서는 시험법으로서 종합적이며, 건재 특유의 시험법이 규정되어 있는 파형판 및 욕조만을 다루고 물받이 등은 플라스틱관, 이음매와 유사한 부분이 많으므로 생략한다.

(1) 파형판
현재 상품으로 출하되는 파형판의 대부분은 FRP와 경질PVC이고 JIS도 이 2가지에 대해서 규정하고 있다.

ㆍJIS A 5701 : 유리섬유 강화 폴리에스테를 파형판
ㆍJIS A 5702 : 경질 염화 비닐 파형판

파형판의 품질시험은 굽힘, 충격 및 난연성에 대하여 행하는 것으로 되어 있고, 방법은 JIS A 5701, A 5702는 동일하고, 요구치가 약간 달라지는 정도이다.

굽힘시험은 3점 굽힘으로하고 스탠(Span)은 파형판의 종류(파수)에 따라 40kg 또는 60kg으로 한다. 종류와 품질(A, B, C)에 따라서 휨의 최대한계가 부여되고 있으나 이 값은 FRP의 경우가 PVC보다 작다.

충격시험은 낙하방식을 채용하고 파형판을 굽힘시험과 같은 스팬(span)으로 두고 그 중앙 또는 파형의 정상부에 맞출 경우에 <그림 9>와 같은 가지형 중추(1kg)을 150cm 또는 120cm의 높이에서 떨어 뜨린다. 판정은 파형판의 이면으로 통하는 구멍을 발생하지 않는 것을 합격으로 한다. 높이 150cm는 A종의 FRP 파형판에 적용되는 것이고 B, C종의 FRP 파형판 및 PVC 파형판은 120cm이다. 난연성 시험은 JIS A이고, JIS A 1321이 적용된다.

[ 그림9 ]

(2) 溶槽
JIS A 5704 「유리섬유 강화 폴리 에스테르 욕조」
이 규격은 약간 엄격한 점도 있지만 이후의 플라스틱 용기류의 규격 등의 지침을 주는 점이 중요하다. 우선 외관 검사로는 FRP의 표면에 나타나는 여러가지의 결점을 다음과 같이 분류, 정의하고 약 60cm 떨어진 곳에서 육안으로 약 100cm2의 정방형으로 둘러싸인 면내에 대해서 각각 결점의 유무를 검사한다.

결점에 관한 용어는
ㆍ핀 호울 : 표면에 나타나는 크기 1mm이내의 구멍을 말함.
ㆍ小冗 : 표면에 나타나는 크기 1mm 이상의 구멍을 말함.
ㆍ색얼룩 : 착색재료의 분산분량, 젤코트층의 두께의 불균일 또는 윤기에 따라 색얼룩이 있는 부분을 말함.
ㆍ유리섬유 얼룩 : 유리섬유의 분산분량에 의한 얼룩의 부분 말함.
ㆍ物入 : 혼입한 다른 물질을 말함.
ㆍ금이 감 : 표면에 금이 간 것을 말함.
ㆍ요철 : 표면의 파형에 기타 형상이 생기는 것을 말함.
ㆍ변형(變形) : 제품의 형상이 바뀌는 것을 말함.
ㆍ거품 : 표면 가까이에 존재하는 공기 거품을 말함.
ㆍ함침 불량 : 유리섬유와 불포화 폴리에스테르 수지와의 함침도의 불량한 것을 말함.
ㆍ보수跡 : 작은 결점을 제거하기 위해 깍아낸 흔적 또는 보수한 흔적을 말함.
ㆍ흠집 : 표면의 결손부를 말함.
ㆍ기스 : 유해한 절단 흠, 끌어당길 때 생기는 결점을 말함.
ㆍ集合欠點 : 1 검사면에 의해 핀 호울 물입 및 보수적이 각각 5개 이상 또는 합계 5이상이 있는 것을 말함.
등이 있다.

겔코드 층을 갖는 욕조에서는 겔코드층에 금이 가는 것을 오토 크리이프로 인성을 강구 낙하시험(100g X 200cm)으로 각각 시험한다.

욕조의 강성 평가는 만수시의 변형 측정에 의하여 행하고 예를 들면 <그림 10>과 같이 테이블 위에 욕조를 얹어 물을 채워서 그 변형을 1/100mm 정밀도로 측정한다.

[ 그림10 ]

변형시험으로서 砂袋충격 시험이 있다. 이것은 중량 20kg의 모래 주머니를 200cm의 높이에서 떨어뜨려 금이 가는지의 유무를 조사한다. 이때에 중추 충격시험도 부과되고 이것은 <그림 9>에 준한 1kg의 가지형 중추를 욕조바닥보다 200cm의 높이에서 낙하하여 누수의 유무를 조사하는 것이다.

이 경우에 인장시험, 파콜 경도시험기에 의한 표면 경도시험, 흡수시험, 내 끓임성 시험 등이 행하게 된다. 내 끊임성 시험도 욕조 특유의 시험으로 5X5HP 또는 3cmφ 이상의 시험편을 사용하여 약 100℃의 열탕중에서 약 7시간 끊인 후 상온 공기중에서 17시간 이상 방치한다. 이것을 사이클로서 15사이클 이상 반복하여 표면에 금이 가기도 하고 현저한 변, 퇴색이 일어나는 지의 유무를 검사한다.

건재의 시험은 실용성능(performance)을 될 수 있는한 실험실에서 행할 경우에 단순화한 것이 많ㅇ므로 어느 규격의 시험방법을 다른 물품에 적용(준용)할 때는 충분히 그 가부(可否)를 검사하고 나서 행해야 한다.

(1) 전기 절연 도료용 100% 유용성 페놀 수지의 열 경화 시간 측정법 시료 수지의 열 경화 시간 측정법 시료 약 0.1g을 수지마다 정해진 온도로 가열한 <그림 11>과 같은 열판위의 움푹패인 부분에 두어 신속히 직경 약 20mm의 원 형상으로 넓게 용융시킨다. <그림 12>의 바늘 끝으로 매분 60±5호의 소도로 끊인다. 시료가 경화하여 바늘 끝에 접착하지 않는 때를 종점으로 하여 시료를 열판위에 배치할 때부터의 시간을 열 경화시간이라고 한다.

[ 그림11 ] 열경화시간측정장치

[ 그림12 ] 열경화시간측정용침

(2) 전기용 점착테이프 점착력 시험방법
접합법, 분리법, 감기법 및 하중 현수법이 있다.

접합법은 <그림 13>과 같이 2매의 시험법을 각 테이프의 규격에 정해진 길이로 접합하며, 그 면적에 5kg의 하중을 15분간 가하여 압착하는 것, 간격을 150mm로 해서 200~250mm/min의 속도를 인장하여 떨어질 때의 하중을 구한다.

[ 그림13 ] 겹침법 시험법

분리법의 압축은 로울러를 이용하고 폭 79mm, 길이 250mm의 시험편에 압착시 쇼파식, 전자형 시험기류로 분리하여 점착력을 측정한다. 또한 하중현수법은 <그림 14>와 같은 시험편을 45도로 기울여 각 테이프마다 정하여진 하중을 매달아 標線隔 700mm를 분리하는데 필요한 시간을 측정하는데 이를 현수 정착력으로 한다.

[ 그림14 ] 하중 현수법

(3) 전기 절연용 규소 수지 적층판의 열팽창율 측정방법
시험편을 <그림 15>에 나타낸 것과 같은 석영관에 넣어 다이얼 게이지의 零點을 합한 후 가열한다. 온도 상승속도는 약 7시간으로 실온으로 부터 100%까지 상승할 정도로서 적당한 온도 간격에서 다이얼 게이지를 읽고 200℃까지로 시험을 종료한다. 시험편은 적층판의 층에 수직 방향의 팽창을 측정할 경우는 본 두께대로 길이 및 폭 각각 약 7mm로 자른 것을 도는 층에 평행 방향의 팽창을 측정할 경우는 100mm로 폭 및 두께에 대해서는 대각선의 길이가 약 10mm의 정방향으로 절단한 것을 사용한다.

[ 그림15 ] 열팽장율 시험장치

(4) 端劑抵抗試驗
전기용 폴리 에스테르 필름 가공지 전기용 폴리 에스테르 필름 등의 단제저항을 시험하는 방법으로 폭 20mm 혹은 250mm의 시험편을 <그림 16>과 같은 단열용 금속기구를 사용하여 쇼파식 진자형 시험기류로 약 200mm/min의 속도로 인장하여 인열될 때의 최대 하중을 구하는 것이다.

[ 그림16 ] 단제용 금구

(5) 절연용 비민 튜브의 가열변형 시험방법
길이 약 30mm의 튜브 3개로 외경과 통하는 게이지의 직경의 차를 구하여 가열전의 두께로 한다. 이 시험편을 <그림 17>과 같이 2매의 평판사이에 끼워 120±3℃로 인정한 하중을 가한 후 그 각각의 상태에서 두께를 측정하여 다음 식으로 감소율을 구한다.

[ 그림17 ] 절연용 비닐튜브의 가열변형시험

플라스틱 재료의 시험법으로 JIS에 규정되어 있는 것중 특수한 시험방법에 대해서 기술한다.

1. 투온도 시험방법

투습도가 포장재료에 대해서 중요한 특성치로 되는 것은 설명할 필요도 없다. 시험방법에 대해서는 8.8.1항(1)을 참조하기 바란다.


2. 가공지의 내한도

저온으로 유지한 항온조(JIS Z 1514는 -20±20℃, JIS Z 1515는 0±1℃)에 시험편을 꺽고 다음에 수지면을 외측으로하여 같은 방법으로 꺽어 반대로 접는다. 이 시험편을 펼쳐 투습도 시험을 행한다.


3. 가공지의 블로킹시험

내 블로킹은 가공지의 부착면이 규정의 온도, 압력 및 습도로 할 경우 상용상 상해가 되는 정박성에 대한 저항성이다.

시험방법은 100mm X 100mm의 시험편 2매를 1조로 하고 수지면을 내측으로 합하여 평활한 금속판의 위에 놓고 그 위에 평활한 알루미늄판을 놓고 그 위에 다시 1조의 시험편과 알루미늄판을 쌓는다. 이와같이 2~3조를 포개로 가장 위의 규정 중량에 금속 블럭을 얹어 놓는다.

전체를 규정 온도로 유지한 항온장치에 규정시간 만큼 넣고난 후 상온에서 30분간 식혀서 손으로 시험편의 귀퉁이 부터 손으로 잡아당겨 수지면의 점착 유ㆍ무를 조사한다.

시험조건은 [표 7]과 같다.

[ 표7 ] 시험조건

4. 내유도

JIS Z 1515에 내유도의 규정이 있다.

100mm X 100mm의 시험편을 내한도 시험의 경우와 같이 수지면을 내측으로 꺽어 저어 이것을 열어 시험편보다 큰 종잉 위에 놓고 꺽어 보이는 교점을 원심으로서 규정 금속판을 놓는다. 그 다음 그 중심에 유리관(내경 25mm, 높이 25mm)을 두고 유리관 중에 海砂 5g을 넣고 유리관을 제거하고 海砂위에 다음의 시약을 피팻으로 1.5cc정도로 떨어뜨린 후 규정된 무게를 그 중심이 꺽인 교점과 합해지도록 놓고 2시간 하중을 가한다. 무게를 실은대로 시약을 매시 0.5cc정도 6회 떨어뜨려 유리관을 제거해서 부터 20시간 경과한 후 시험편을 여과지 위에 비켜놓고 여과지의 오염을 조사한다. 이 후는 1시간 마다 동일 조작을 반복하여 여과지면에 더러워져 보일때까지의 시간 수로서 뇌유도를 나타낸다.

시약으로서 테레빈(terebene)油 100cc에 무수(無水) CacL2 5g과 수용성 적색염료 1g을 가하여 흔들어 10시간 이상 방치한 후 여과한 여과액 100g에 글리이스(적점 162.8℃, 조도 260~310) 25g의 비율로 추가한 혼하액을 사용한다.


5. 열봉합강도

폴리 에틸렌 필름을 핫 시일(Heat seal)할 때의 봉합부분의 박리하기에 필요한 인장하중을 말하고 시험편의 폭을 15mm로 잡을 때의 최대하중(g)으로 나타낸다.

시험편은 JIS Z 1514에서 <그림 18>과 같이 큰 시료를 수지면을 내측으로 하여 중앙부터 구부려 꺽을 눈금에 따라서 20mm의 폭으로 열 봉합하고 180mm의 변을 정확히 12등분으로 절단한다. JIS Z 1526에는 구부릴 눈금으로 부터 1cm 분리하여 5~26mm의 폭으로 열봉합하고 시험기의 용량에 따라서 15mm, 20mm, 25mm의 폭으로 절단하여 시험편을 만든다.

[ 그림18 ] 열봉켄 강도시험편

열봉함은 약 1kg/cm2의 압력하에서 JIS Z 1514에는 온도 150±10℃, JIS Z 1526에는 130~140로 약 3초간 가열하여 행하게 된다. 시험편의 양단을 인장 시험기의 집계에 끼워 인장속도 300±20mm/min으로 박리할 때의 최대 하중(g)을 구한다. 시험편의 폭이 15mm 이외일 때는 15mm 폭으로 환산하여 값을 구한다.

6. 벗겨짐

접착 테이프를 떼어낼 때에 아래층의 외면에 접착제가 변하는 점을 조사하는 시점으로 JIS Z 1522 및 JIS Z 1525에 이 규정이 있다.


7. 점착력

JIS Z 1522 및 JIS Z 1525에 규정이 있다. 점착력은 상태 점착력과 노화 시험후 점착력 등이 있다. 이 시험방법은 JIS C 2107에 규정되어 있는 방법과 동일하다.

(1) 상태 점착력(狀態 粘着力)
시험편은 폭 24mm 이상의 테이프에서는 폭 24mm로 절단하고 24mm 미만의 테이프에서는 시료 각각의 폭으로 하여 길이 약 250mm로 한다. 달리 시험편으로서 두께 1.5~2.0mm의 강판을 폭 50mm, 길이 125mm로 절단하여 그 표면을 내수연마지에 길이의 방향으로 연마한다.

우선 시험판의 표면을 휘발유 등의 용제로 세착하여 건조시켜서 깨끗한 마른 천으로 닦는다. 시험판의 표면 폭 중앙에 시험편의 내면을 아래 측으로 하여 그 한 쪽 끝을 시험편에 정돈하여 포개로 그 나머지 약 125mm의 내면에 탤크(talc)를 뿌리거나 또는 종이를 포갠다.

다음에 시험편의 위로부터 규정의 로울러를 사용하여 압착한다. 압착 장치를 <그림 19>에 표시했다.
압착이 끝난 시험편은 20분 이상 경과한 후 떨어진 부분을 180℃로 되집어 꺽어 그 부분을 다시 한번 시험관의 끝에서 약 25mm떼어 이것을 쇼바식 진자형 인장 시험기에 붙여서 당겨 떼낼때의 하중을 구한다.

[ 그림19 ] 압착장치

1매의 시험편에 대하여 약 20mm의 간격으로 4회 연속하여 벗겨내어 각 하중을 읽는다. 시험은 3매의 시험편에 대하여 측정한 12회 값의 평균치를 구하여 이것을 시험편 10mm 폭으로 환산하여 점착력이라 한다.

(2) 노화 시험후 점착력(老化試驗後 粘着力)
JIS Z 1522에서는 테이프를 로울 형상대로 온도 65±2℃, 80±5% RH의 항온 항습 용기 중에 24시간 넣었다가 꺼내어 온도 20±2℃, 65±5% RH의 실내에 4시간 이상 두어 전항의 방법으로 시험한다.

JIS Z 1525에서는 시험편 6매 중 3매를 적당하게 크고 깨끗한 유리판에 시험편의 내면을 아래로 하여 시험편이 서로 무겁게 되지 않게하여 포개어 붙인다. 나머지 3매를 그 3매의 위에 정확하게 정돈해 포개고 그 위에 앞의 유리판과 같은 큰 유리판을 포개어 무게 약 2kg의 추를 매달아 70±2℃항온 용기중에 4시간 둔다. 이것을 온도 20±2℃, 65±5% RH의 실내에 30분 이상 두고 위에 포갠 3매를 조용히 벗겨내어 저항의 방법으로 시험을 행한다.

8. 스트레스 크래킹시험

JIS Z 1703과 JIS Z 1706에 규정이 있다.

(1) JIS Z 1703의 시험방법
병의 측면의 가로 및 세로방향으로 부터 각각 38mm X 13mm의 시험편을 5개로 나누어 이 시험편의 중앙의 긴 변에 평행한 길이 19mm, 깊이 0.5~0.6mm의 절단 눈금을 기입한 <그림 20> 절단 눈금을 외측으로서 절단눈금이 횡으로 되도록 구부려 황동제 시험편 홀더 <그림 20>에 순차적으로 10개를 붙인다. 시험편 홀도를 규정 경질 유리제 시험관의 중간에 넣어 홀더의 상단보다 약 10mm의 높이까지 시약을 주입하여 이것을 온도 50±0.5℃로 유지한 항은 수조중에 넣어 둔다.

[ 그림20 ] 스트레스 크랙킹 시험장치

시약은 당사자간의 협정에 의해 선정한다. 시험편 10개 중에서 5개의 시험편이 인열이 발생할 때까지의 시간을 스트레스 크래킹 시험치라 한다.

(2) JIS Z 1706의 시험방법
병(pot)에 20±5℃의 페놀 페녹시 폴리 에탄올 5% 수용액을 병에 실용량으로 넣어 마개로 막아 60±5℃로 유지하여 72시간 방치한 후 잔금으로 되는 유무를 조사한다.

JIS B 9901, B 9903, B 9907, M 7608에 규정되어 있는 특수 시험법에 대해서 기술한다.

1. 내열시험

① 온도 80±1℃의 항온조에 시험편을 8시간 두고 점착성, 파손, 인열을 조사한다. (JIS B 9901, 9903)
② 帽體頂部를 포함한 부분 또는 두께의 가장 얇은 부분부터 폭 25mm, 길이 125mm의 시험편을 절단하여 온도 80℃의 항온조에 <그림 21>과 같이 지지하여 지름 15mm, 무게 30g의 추를 올려 2시간 놓아두고 시험편의 변형을 조사한다. 시험편의 양 지점을 묶어 직선이하로 내려서는 안된다.(JIS M 7608)

[ 그림21 ] 내열시험편

2. 내한시험

① 적당히 큰 시험편을 온도 -109±2℃의 냉매 중에 5분간 두어 파단, 인열의 유무를 조사한다. (JIS B 9901, 9903)
② 폭 25 X 길이 125mm의 시험편을 온도 -20℃의 항온조 중에 2시간 놓아둔 후 꺼내어 <그림 22>와 같이 굽혀 파단을 조사한다. (JIS B 9907, JIS M 7608)

[ 그림22 ] 내한시험

3. 모체의 강도시험

(JIS B 9907, JIS M 7608)
착장체를 전부 취하여 떼어낸 모체에 대해서 시험한다. 모체의 정상부 내측이 머리형 모형 (그림 23)의 정점에 직접 다다를 경우에 장착하여 이것을 정반위에 놓는 1.8kg의 강제 스트라이커를 <그림 24> 및 <그림 25>에 나타내었다.

[ 그림23 ] 인두막형

[ 그림24 ] 폭체의 강도시험용 동체스트레이카

[ 그림25 ] 모체의 강도시험장치도

JIS S 2029, S 2032, S 2040, S 2041, S 2044, T 9112에 규정되어 있는 특수 시험법에 대해서 기술한다.

1. 위생시험

식품의 용기 포장에 사용하는 플라스틱은 모두 후생성 고시 제434호의 다음 규격 기준에 적합하여야 한다.

「합성 수지제의 기구 또는 용기 포장은 다음의 시험법에 따른 시험에 적합하지 않으면 안된다. 이 경우 시험에 사용하는 물은 증류수로 한다.」

(1) 시험 용액의 조제(調劑)
시료를 물로 세척하여 각 시험법에 규정되어 있는 침출 용액을 이용하여 다음과 같이 조작하여 만든다. 액체를 채울 수 있는 시료에 대해서는 60℃로 가열한 침출 용액을 채워서 덮개를 씌워 60℃로 유지하면서 때때로 휘저어 30분간 놓아둔다. 액체를 채울 수 있는 시료에 대해서는 표면적 1cm2에 대한 2ml의 비율로 60℃로 가열한 침출 용액을 얻어 시료를 침전시킨 후 덮개를 씌워서 60℃로 유지하며 때때로 휘어져 30분간 놓아둔다.

2. 시험(試驗)

① 페놀
침출 용액으로 물을 사용하여 만든 시험용액에 대해서 다음의 시험을 한다. 시험용액을 5ml로 하고 질소 시액 5방울을 가하여 1시간 방치할 때 황백색띠의 침전을 발생해서는 안된다.

② 포름 알데히드
침출 용액으로서 물을 사용하여 만든 시험용액에 대해서 다음의 시험을 행한다. 시험용육 100ml에 20% 특급인산 1ml을 가한 후 200ml의 메스 실린더에 물 5~10ml를 넣고 냉각기의 어댑터(adapter)가 물에 잠기도록 하여 수증기 증류를 행한다. 증류액이 약 190ml로 될 때 증류를 중지하고 물을 더하여 200ml로 한다. 25ml를 내경 약 1.5ml의 시험관에 아세틸 아세톤 시액 5ml를 더해 혼합하여서 수욕중에서 10분간 가열한다. 별도로 물 5ml를 내경 약 1.5ml를 넣어 혼합하고 수욕 중에서 10분간 가열한 것을 대조액으로 한다.

양액을 백색을 배경으로하여 옆에서 관찰할 때 시험용액의 색은 대조액의 색보다 짙어서는 안된다.

③ 중금속
침출용액으로 4%의 특급 초산을 사용해서 만든 시험용액에 대해서 다음의 시험을 행한다. 시험용액 200ml를 네슬러관에 넣고 물을 넣어 50ml로 한다. 별도로 납 표준 용액 2ml를 네슬러판에 넣어 4% 초산 20ml 및 물을 넣어 50ml로 하고 이를 비교 표준 용액이라 한다. 양 액에 황화 나트륨 시액 두 방울 정도를 넣어 잘 혼합하여 5분간 방치한 다음 양판을 백색을 배경으로 위 방향 및 측 방향에서 관찰할 때 시험용액의 색은 비교 표준액의 색보다 짙어서는 안된다.

④ 증발 잔유물
침출 용액으로서 4%의 특급 초산을 사용하여 만든 시험 용액에 대해서 다음의 시험을 행한다. 시험용액 200~300ml를 미리 150℃로 건조한 백금제 또는 석영제의 증발접시에 수욕상에서 증발 건조한다. 그 다음에 105℃로 2시간 건조한 후 데시케이터 중에서 열을 식힌 다음 저울로 증발 접시 전후의 중량차 a(mg)을 구하여 다음 식으로 증발 잔유물의 양을 구할 때 그 양은 30ppm 이하로 되어야만 한다.

증발 잔유물(ppm) = (a-b)X100 / 시험용액의 채취량

단, b = 시험용액과 같은 양의 4% 초산에 대해서 얻은 空試驗置(mg)

⑤ 과망간산 칼륨 소비량
침출 용액으로 물을 사용하여 만든 시험용액에 대해서 다음의 시험을 행한다. 삼각 플라스크에 물 100ml 묽은 황산(1→3) 5ml 및 0.01N 과망간산 칼륨 용액 10ml를 가하여 탈색한 후 0.01N 과망간산 칼륨용액으로 연한 홍색이 없어지지 않고 남을 때까지 방울을 정한다.

별도 같은 방법으로 공시험을 행하여 다음 식으로 과망간산 칼륨 소비량을 구하면 그 양은 10ppm 이하로 되야 한다.

(aXb) X 1,000 / 100 X 0.316
단 a = 본 시험의 0.01N 과망간산 칼륨의 양(ml)
b = 공 시험의 0.01N 과망간산 칼륨의 양(ml)

[비고] 이 시험에서 검출된 포름알ㄷ히드의 양은 약 4ppm, 중금속의 양(pv)은 1ppm이다.

2. 내 비등 시험

다음이 내 비둥성 시험에 따라 내 비등성을 4가지(A, B, C, D)로 구분한다.

① 시료를 비등수 중에서 30분간 비등한 것으로 취하여 실온에서 약 1시간 둔다. 이 조작을 10회 반복한 후 이상유무를 조사하여 이상이 없는 것은 구분 A로 한다.

② ①과 동일한 시험을 1회 행하여 이상이 없는 것은 구분 B로 한다.

③ 시료에 비등수를 채워 10분 경과 후 물을 버려 이상의 유무를 조사한다. 이상이 없는 것을 구분 C로 있는 것은 구분 D로 한다.


3. 충격시험

평평한 마루 위에 배치된 두께 3cm 이상의 판 위에 실를 놓고 규정의 큰 강구(JIS B 1501)를 규정의 높이에서 낙하시켜 분할 유무를 조사하는 방법과 규정 중량의 모래자루를 낙하시켜 분할의 유무를 조사하는 방법이 있다. 시험조건은 [표 8]과 같다.

[ 표8 ] 시험조건

4. 낙하시험(JIS S 2044)

수통에 20±5℃의 물을 가득 채운 추를 사용하여 1m의 높이에서 콘크리트 바닥 위에 수통의 바닥면이 닿도록 낙하시킨다. 다른 측면에 대해서도 행하여 파손의 유무 및 물의 누설을 조사한다.


5. 하중시험(JIS S 2032)

직경 3mm 이하의 납덩어리의 규정량을 바켓(양동이)에 넣어 고요하게 매달아 띄운 상태에서 5분 이상 손잡이와 본체의 파손을 조사한다.


6. 매달점 변형율

JIS S 2030은 바켓에 60±3℃의 물을 욕기의 호징 용량 50%까지 넣어 시험한다.

외경(손잡이에 대해서 직각방향) l1을 측정하고 매달아 올린 상태에서 5분 경과 후의 동일 외경 l2을 측정하고 (l2 - l1)/l1으로 현수 변형을 계산한다.

JIS S 2041에서는 40±3℃의 물을 규정 용량으로 넣어 시험한다.


7. 내 노화성 시험

플라스틱제 우유병을 비등수 중에서 20분간, 빙수중에서 20분간 교대로 침전시킨다. 이것을 10회 반복하여 용량변화(1%이내) 및 투명도(광선 투과율 80% 이상)를 조사한다.


8. 내 가압 변형시험
<그림 26>과 같이 압축 지그를 이용하여 2kg의 압축 하중을 가할 때의 이 부분의 후비율을측정하여 휨을(10% 이하)을 계산한다. 측정 온도는 25±3℃로 한다.
지름의 휨율

[ 그림26 ] 압축지그

식품의 용기 포장에 사용하는 플라스틱은 모두 후생성 고시 제434호의 다음 규격 기준에 적합하여야 한다.

「합성 수지제의 기구 또는 용기 포장은 다음의 시험법에 따른 시험에 적합하지 않으면 안된다. 이 경우 시험에 사용하는 물은 증류수로 한다.」

1. 시험 용액의 조제(調劑)

시료를 물로 세척하여 각 시험법에 규정되어 있는 침출 용액을 이용하여 다음과 같이 조작하여 만든다. 액체를 채울 수 있는 시료에 대해서는 60℃로 가열한 침출 용액을 채워서 덮개를 씌워 60℃로 유지하면서 때때로 휘저어 30분간 놓아둔다. 액체를 채울 수 있는 시료에 대해서는 표면적 1cm2에 대한 2ml의 비율로 60℃로 가열한 침출 용액을 얻어 시료를 침전시킨 후 덮개를 씌워서 60℃로 유지하며 때때로 휘어져 30분간 놓아둔다.

2. 시험(試驗)

① 페놀
침출 용액으로 물을 사용하여 만든 시험용액에 대해서 다음의 시험을 한다. 시험용액을 5ml로 하고 질소 시액 5방울을 가하여 1시간 방치할 때 황백색띠의 침전을 발생해서는 안된다.

② 포름 알데히드
침출 용액으로서 물을 사용하여 만든 시험용액에 대해서 다음의 시험을 행한다. 시험용육 100ml에 20% 특급인산 1ml을 가한 후 200ml의 메스 실린더에 물 5~10ml를 넣고 냉각기의 어댑터(adapter)가 물에 잠기도록 하여 수증기 증류를 행한다. 증류액이 약 190ml로 될 때 증류를 중지하고 물을 더하여 200ml로 한다. 25ml를 내경 약 1.5ml의 시험관에 아세틸 아세톤 시액 5ml를 더해 혼합하여서 수욕중에서 10분간 가열한다. 별도로 물 5ml를 내경 약 1.5ml를 넣어 혼합하고 수욕 중에서 10분간 가열한 것을 대조액으로 한다.

양액을 백색을 배경으로하여 옆에서 관찰할 때 시험용액의 색은 대조액의 색보다 짙어서는 안된다.

③ 중금속
침출용액으로 4%의 특급 초산을 사용해서 만든 시험용액에 대해서 다음의 시험을 행한다. 시험용액 200ml를 네슬러관에 넣고 물을 넣어 50ml로 한다. 별도로 납 표준 용액 2ml를 네슬러판에 넣어 4% 초산 20ml 및 물을 넣어 50ml로 하고 이를 비교 표준 용액이라 한다. 양 액에 황화 나트륨 시액 두 방울 정도를 넣어 잘 혼합하여 5분간 방치한 다음 양판을 백색을 배경으로 위 방향 및 측 방향에서 관찰할 때 시험용액의 색은 비교 표준액의 색보다 짙어서는 안된다.

④ 증발 잔유물
침출 용액으로서 4%의 특급 초산을 사용하여 만든 시험 용액에 대해서 다음의 시험을 행한다. 시험용액 200~300ml를 미리 150℃로 건조한 백금제 또는 석영제의 증발접시에 수욕상에서 증발 건조한다. 그 다음에 105℃로 2시간 건조한 후 데시케이터 중에서 열을 식힌 다음 저울로 증발 접시 전후의 중량차 a(mg)을 구하여 다음 식으로 증발 잔유물의 양을 구할 때 그 양은 30ppm 이하로 되어야만 한다.

단, b = 시험용액과 같은 양의 4% 초산에 대해서 얻은 空試驗置(mg)

⑤ 과망간산 칼륨 소비량
침출 용액으로 물을 사용하여 만든 시험용액에 대해서 다음의 시험을 행한다. 삼각 플라스크에 물 100ml 묽은 황산(1→3) 5ml 및 0.01N 과망간산 칼륨 용액 10ml를 가하여 탈색한 후 0.01N 과망간산 칼륨용액으로 연한 홍색이 없어지지 않고 남을 때까지 방울을 정한다.

별도 같은 방법으로 공시험을 행하여 다음 식으로 과망간산 칼륨 소비량을 구하면 그 양은 10ppm 이하로 되야 한다.


단 a = 본 시험의 0.01N 과망간산 칼륨의 양(ml)
b = 공 시험의 0.01N 과망간산 칼륨의 양(ml)
[비고] 이 시험에서 검출된 포름알데히드의 양은 약 4ppm, 중금속의 양(pv)은 1ppm이다.


3. 시험용액의 조정


4. 시험

플라스틱제 일용품, 잡화관계의 JIS 규격의 경우 특별한 시험방법을 기술한다.

1. 석유 연소기구용 플라스틱제 주유 펌프(JIS S 2037)

(1) 접합 시험(接合 試驗)
펌프의 접촉부를 <그림 27>과 같이 고정하고 규정의 정하중을 걸어 5초간 매달아 노아 접속부의 누락을 조사한다.

[ 그림27 ] 접합시험

(2) 피조 시험
흡수와 배출효수를 수조에 넣고 작동통을 매분 약 45회의 속도로 연속 1,000회 작동한 후 시동 시험 및 유량시험을 행하여 규정성능을 유지하고 있는 가를 조사한다.

(3) 굽힘 시험
흡입 호스 및 배출 호스를 <그림 28>과 같은 형에 붙여서 굽혀 부숴지는 유무를 육안으로 조사한다.

[ 그림28 ] 굽힘 시험용형

2. 합성수지제 담배케이스(JIS S 4011)

(1) 도막 시험
선단에 신파이어(sapphire : 청옥)를 지닌 동침을 도장면에 두어 침에 80g의 하중을 걸어 횡으로 당길때 생기는 조건의 유무를 조사한다.

(2) 내압력 시험
공시품을 시험기(<그림 29>의 정반위)에 놓고 시료의 중앙부에 직경 20mm의 반구형 금속공구를 접촉시켜서 800g의 하중을 서서히 가하여 찌그러짐을 조사한다(1mm 이하).

[ 그림29 ] 내압력시험장치

3. 비닐수지(JIS S 5071)

(1) 바닥의 굴절 시험
동일 개소로 180도의 각도로 반복 굴절시 5회 왕복 굴절해서 인열 또는 절손의 유무를 조사한다.

(2) 바닥의 가열시험
길이 40mm의 조붓한 시험편을 100±2℃의 공기 항온조 중에 6시간 보유한 후 가열감량을 구한다.

(3) 피혁의 내한시험
-20±2℃로 유지된 용기중에 시험편을 1시간 둔 후 용기중에서 시험편의 동일개소를 180도의 각도로 5회 구부려 굽힘, 갈라짐 등의 이상을 조사한다.


4. 경질염화비닐제 문방구 및 용기 (JIS S 6014)

(1) DUSGHK DHSEH
두께 약 1mm의 <그림 30>과 같은 시험편을 이용 크래쉬 벌그 유연 온도 시험기에 의하여 연화온도(유연온도)를 측정한다.(4.4.3항 참조)

[ 그림30 ] 시험편

(2) 열변형 시험
<그림 29>의 시험기를 이용한 구의 선단압력 50g으로 되도록 하여 제품에 접촉시켜 공기 건조기중에 넣고 35℃로 약 10분간 유지한 후 1분동안 1℃의 증가로 50℃로 될 때까지 가열하여 변형을 조사한다. 두께 0.2mm 미만의 제품에 대해서는 하중을 가하지 않고서 시험한다.

(3) 건조변형 시험
35℃의 진공 건조기(수은주 20±5mm) 중에서 2시간 건조해서 휨 또는 이상이 생기는 지를 조사한다.

5. 합성수지제 정규(定規) (JIS S6032)

(1) 열 변형 시험
자(scale)를 목제섬 위에 수평으로 하고 50±2℃로 조정한 공기 건조기중에서 1시간 가열한 후 꺼내어 치수의 이상 유무를 조사한다.

(2) 충격시험
높이 850mm부터 콘크리트 바닥에 자를 수평으로 3회 낙하시킨다. 실내온도 25±10℃에서 실험한다.

6. 일반공작용 접착제(JIS S 6040)

(1) 압축 전단 시험
시펌편 재료는 수분 15% 이하, 비중 0.5이상의 덮개의 곧은 재질을 사용하고 그 주요 섬유방향이 재료축과 평행되도록 하여 접착면을 대패로 마무리 한다. 시험편 재료의 각 접착면에 접착제를 약 100~200/cm2를 바르고 규정의 건조시간이 지난 후 붙여서 5~10kg/cm2의 하중으로 10분 이내로 압착하고 제각기 20±5℃로 24시간 둔다. 압력을 없앤후 48시간 유지한 다음 <그림 31>에 보이는 형상 방법으로 절단하여 시험편으로 한다. 하중 속도는 매분 약 1,000kg 또는 시험편의 붙임 속도를 매분 3±0.15mm로 하여 시험체관 파괴할 때의 최대 하중(kg)을 측정, 접착 면적(cm2)으로 나눈 것을 접착력으로 한다.

[ 그림31 ] 압축전단시험편

(2) 汾離
염화 비닐계 접착제(2종 B) 및 합성고무계 접착제(4종)에 대해서 행한다.

2종 B에서는 시험편 재료로서 두께 2mm의 경질 PVC판 1종 2호 및 두께 0.3mm의 연질 PVC필름(염화비닐 100인 DOP 40, 카드뮴 스테알라이드 1.5, 바륨 스테알데 알라이드 1.5:P=1,00~1,300으로 정성된 것)을 이용한다.

시험편 재료에 시료 약 150g/m2을 치하여 지정 건조시간 동안에 충분히 접합하여 핸드 로울러로 기포의 생성이 없도록 압착한다. 그대로 20±5℃에서 7일간 방치후 <그림 32>와 형상 치수로 자른다. 시편의 접착부 한 끝을 미리 약 20mm 박리시켜 한쪽을 시험기의 죔공구에 붙이고 다른 쪽은 구부려서 다른 시험기의 조임구에 붙인다. <그림 33> 조임구의 속도는 매분 50.0±2.5mm, 실내온도 20±5℃로 시험한다. 시험체를 박리할 때의 인장 하중 곡선을 그래프에 그려 그의 파상부의 각 정점(높은 쪽)의 평균치를 구한다.

[ 그림32] 박리시험편

[ 그림33 ] 박리시험장치

(3) 인장 전단 시험
에폭시 수지계 접착제(5종)에 대해서 행한다. 시험편 재료는 JIS G 3310(기 압연 강판) 1종의 두께 1.6mm의 판을 이용 접착면을 규정의 연마로 충분히 문질러 톨루엔(toluene)으로 씻어 건조한 것을 이용한다. 시료 약 150g/m2을 시험편 재료에 칠하고 10분 이내에 접합시켜 단단하게 눌러 20±5℃의 온도에서 24시간 방치한다. 압력을 제거한 후 다시 48시간 지나서 <그림 34>에 표시하는 형상치수를 절단하여 이를 시험편으로 한다.

[ 그림34 ] 인장전단시험편

시험편의 끝 38mm의 부분을 지지체(시험편 재료와 같은 강판)와 함께 시험기의 조임부에 부착하여 조임부의 속도는 매 분 약 2.5mm 또는 하중 속도 매분 약 500g으로 20±5℃의 실내에서 시험한다. 시험체의 파괴시 최대 하중(kg)을 접착 면적(cm2)으로 나눈 것을 접착력 이라 한다.

7. 플라스틱 흑판용 표면제 (JIS S 6046)

(1) 耐 汚染性 시험
시료에서 적당히 큰 시험편을 2매 잘라내어 그 표면을 내수 연마지에서 습윤 마찰로 광택을 제거한 후 2면을 중성세제로 씻어 마른 수건으로 수분을 닦아 제거한다. 2매의 시험편 표면에 <표 11>과 같은 시약을 몇 방울 가하고 또는 부착시켜 1매의 시험편을 시계 접시로 덮고 다른 시험편을 덮개 없이 상온에서 16시간 방치한다. 다음에 2매의 시험편을 물, 메틸 알코올의 눈으로 씻어 마른 수건으로 닦아서 1시간 방치한다. 표준강도 C(JIS Z 8723)로 80℃~1,00lux 아래에서 육안으로 표면의 오염을 조사한다.

[ 표11 ] 시약

(2) 내굴곡성 시험
폭 30mm X 길이 150mm의 시험편을 외경 25mm의 파이프에 시험편의 표면을 외측으로 하여 감을 경우 표면의 인열금이 가는 것을 육안으로 조사한다.

8. 염화비닐의 (JIS S 9019)

(1) 정착시험
길이 90mm, 폭 60mm의 시험편으로 시트의 표면과 표면 내면과 내면을 합하여 길이 60mm, 폭 60mm인 2매의 유리판 사이에 끼워 500g의 무게를 가해 70±1℃로 1시간 가열하여 식힌 후 정압으로 담겨둔 채 저착상태 주름 및 프린트의 이상을 조사한다.

(2) 접착부 강도
고주파 접착부의 수직 방향에 덤벨형 시험편을 구멍 뚫고 이때 접착부가 시험편의 중앙에 오도록 한다. 시험편을 25±3℃로 1시간 이상 보유한 후 인장 시험기를 사용하여 매 분 20mm의 속도로 인장할 때 전단 하중(kg)을 접착부 하중으로 한다.


9. 셀룰로이드 제품의 강도 시험법(JIS Z 7996)

(1) 耐壓度 시험
공시품을 내압도 시험기 <그림 29>의 정반에 올려놓고 전 부위중 최대 얇은 부분(入形에서는 복부 玉에 있어서는 접합한 반구의 정점)에 대해서 다이얼게이지의 선단에 붙여 직경 20mm의 반구의 금속기구가 수직으로 접촉할 경우에 의해 시험기 상부에 더욱 더 하중을 가하여 측정 개소가 항복점에 달할 때의 하중(g)을 내 압력 이라한다.

1. 염화비닐수지

시험방법은 JIS K 6721, 수지는 JIS K 6720에 제정되어 있다. 전자로 규정되어 있는 것은 비점도, 휘발분 및 체적비중 세가지 방법이 있다. JIS K 6720은 수지의 분류를 규정한 것으로 용도별로는 일반용(G)와 플라스틱졸용(P)의 두종류, 조성별로는 단독중합체(H)와 공중합체(C)의 두 종류로 분류되고 있다. 성질에 따른 분류는 [표 1]에 있으며 시험법은 JIS K 6721에 따른다.

[ 표1 ] 염화비닐수지의 물리적 성질에 의한 불류

2. 연질염화비닐 컴파운드

JIS K 6723에 제정되어 있는 컴파운드의 종류는 3가지가 있고, 제1종 1호가 600V 전선용, 동2호가 기구용 코드용, 제2종이 케이블용이다. 품질은 [표 2]와 같다. 또 시험편은 최적 조건으로 하여 규정 두께의 시트로 압착한 것을 사용한다.

[ 표2 ] 연질염화비닐 컴파운드의 품질

3. 염화비닐덴 수지

시험방법이 JIS K 6722에 제정되어 있다. 내용은 취발분과 체적비중의 3가지 방법이 있다.

4. 폴리초산비닐

시험방법이 JIS K 6725에 제정되어 있다. 내용은 불휘발분, 평균, 중합도 유지산 및 나머지 단량체의 4가지가 있다.


5. 초산비닐수지에멀션

시험방법이 JIS K 6828에 제정되어 있다. 내용은 외판, 증발잔류분, 점도, PH, 안정성(동결융해 안정성, 고온, 안정성 및 희석 안정성), 입자직경, 잔존단량체, 회분 및 조막성의 11가지 방법이 에멀전에 관한 것으로 그 경우에 피막의 시험법으로 물방울 시험과 물가용분시험의 2가지 방법이 있다. 또 초산비닐수지의 중합도에 따라서 참고시허이 나타나고 있다.


6. 폴리비닐알코올

시험방법이 JIS K 6726에 제정되어 있다. 이 규격은 경화도가 약 80% 이상의 것에 적용된다. 내용은 휘발분, 경화도, 초산나트륨, 평균 중합도, 회분, 수분, 입도, 점도, 투명도 및 PH의 10가지 법이 있다.


7. 폴리비닐부틸알

시험방법이 JIS K 6728에 제정되어 있다. 이 규격은 아세탈화도 약 50% 이상의 것에 적용되고 내용은 휘발분, 수분, 산가, 조성(초산비닐, 비닐부틸알 및 비닐알콜), 평균 중합도, 점도, 투명도(비슬러관법과 광전광도계법)의 11가지 법이 있다.

1. 폴리에틸렌

시험법 규격이 JIS K 6760에 제정되어 있다. 내용은 멜트인덱스, 비중 및 밀도(수중치환법, 피크노메타법, 적정법 및 밀도구배관법) 및 인장 시험의 6가지 법이 있다. 멜트인덱스 이외의 시험편은 베랙트, 호울이음을 행한것, 혹은 분말을 이용하여 시트상에 압출성형하고 다음에 어니일한 것을 이용한다. 성형조건과 어니일의 조건은 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌과 약간 다른다.


2. 폴리프로필렌

시험방법이 JIS K 6758에 제정되어 있다. 내용을 멜트블로우 인덱스, 비중 및 밀도(수중치환법, 빅므노메타법, 적정법 및 밀도구배관법) 및 인장시험의 6가지법이고 항목으로는 폴리에틸렌과 같지만 내용 혹은 조건이 다소 차이가 나는 점이 있으므로 폴리에틸렌의 방법을 그대로 사용할 수 는 없다. 시료는 레랙트이지만 멜크불로우인덱스이외에는 시트상으로 압축성형한 것을 사용한다.

성형 재료의 시험방법은 JIS K 6871, 성형 재료는 JIS K 6870에 제정되어 있다. 전자에 규정되어 있는 것은 비중(수중 치환법 및 빅크로메나법), 인장강도 및 신장, 충격강도(아이조드식) 및 가열변형온도의 6가지법이 있다. 그러나 JIS K 6870에 의하면 이들방법은 전부 참고치의 시험험에 따르며 규격치는 빅커드 연화점과 멜트블로우 인덱스에 의한 성형 재료의 종류는 [표 3]과 같은 3종류로 분류되고, 품질은 [표 4]와 같다.

[ 표3 ] 스틸롤수지 성형재료의 종류

[ 표4 ] 스티롤수지 성형재료의 품질

1. 메타크릴수지

성형 재료는 JIS K 6717에 제정되어 있다. 오래된 규격으로 제정할 필요가 있다고 생각된다. 종류는 2종류가 있고, 1종이 사출성형재료, 2종이 가압성형 재료이다. 품질은 [표 5]와 같다.
또 시험편은 가압성형법에 의하여 성형된다.

[ 표5 ] 메타크릴수지 성형재료의 품질

2. 폴리아미드수지(나일론6)성형재료

시험방법이 JIS K6810에 제정되어 있다. 내용은 수분, 상대점도(황산 용액법 및 인산 용액법) 및 단량체와 저분자 중합체의 함유율의 4가지 법이 있다. 시료는 3X3X3mm 이하의 페랙트상으로 한정되고 분말 및 용액상의 것은 적용되지 않는다.


3. 폴리카보네이트 성형재료

JIS L 6719에 제정되어 있다. 성형재료의 종류는 [표 6]과 같이 6가지로 분류되고, 품질은 [표 7]과 같다.

[ 표6 ] 폴리카아보네이트 성형재료

[ 표7 ] 폴리카아보네이트 성형재료의 품질

4. 아세틸셀룰로오스

성형재료는 JIS K 6971에 제정되어 있다. 종류는 1종과 2종의 두종류가 있으며, 멜트블로우 인덱스에 따라 분류되고 있다. 예를 들면, 멜트블로우 인덱스가 0.1~1.5인 것이 1종, 1.6~5.0의 것이 2종이 있다. 품질은 [표 8]과 같다.

[ 표8 ] 아세틸 셀룰로오스 성형재료의 품질

5. 4불화 에틸렌 수지

성형분의 시험방법은 JIS K 6891m 압출성형분의 시험방법은 JIS K 6892에 제정되어 있지 있다.

(1) 4분화 에틸렌수지 성형분
압출성형과 압출성형용의 성형분의 시험법이고, 패이스트 압출성형분에 대해서는 다음에 설명하는 시험법에 의한다. 또 여기에서 말하는 성형분에는 충진재나 안료를 포함하는 것은 제외되고 있다. 내용은 외관, 겉보기 밀도, 입도분포, 수분 및 고휘발분, 융점, 비중, 인장강도의 신장 및 절연파괴전압의 8가지 방법이 있다. 시험편 소재의 제작 방법으로는 프리팩 킹에 의한 판 및 테이프, 포트코이닝에 의한 테이프 소재의 제법이 규정되어 있다.

(2) 4불화 에틸렌수지 패이스트 압출성형분
본 법은 충진재나 안료를 포함한 것은 제외시키고 있다. 내용은 외관, 겉보기 밀도, 수분 및 고온 휘발분, 융점, 치수변화율, 비중, 인장강도와 신장 및 내전압의 9가지 방법이 있다.시험편을 압출성형에 의하면 예비성형, 압출성형 및 소성의 각 조건이 규정되어 있다.

JIS K 6911을 열경화성 플라스틱의 시험법을 규정한 것이라 하지만 내용은 성형재료와 적층재(판, 봉 및 관)이고 주형재 그외에는 포함하지 않는다. 또 전체의 열경화성 플라스틱을 망라하고 있는 것은 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지, 그외 주된 전기 절연 재료 혹은 일용자화품 등을 중심으로한 생각하는 방법의 경우이다.

본 장에서 대상으로 되는 것은 열경화성 플라스틱의 성형재료이지만 JIS K 6911에 제정되어 있는 시험항목을 적층재료와 겸해서 [표 9]에 나열한다.

[ 표9 ] JIS K6911에 제정된 시험항목

성형재료는 JIS K 6915에 제정되어 있고, 시험법은 전술의 JIS K 6911에 따르고 있다. 또 이것과는 달리 연삭저석용 페놀수지와 쉘몰드용 분말페놀수지에 대해서 시험법이 각각 JIS K 6909와 JIS K 6910에 제정되어 있다.

(1) 페놀수지 성형재료
종류와 구분은 [표 10]에 또 품질은 [표 11]에 나타내고 있다.

[ 표10 ] 페놀수지 성형재료의 종류, 구분 및 기호

[ 표11 ] 페놀수지 성형재료의 품질

[ 표12 ] 페놀수지 성형재료의 내전압시험에 따른 전위경도

[ 표13 ] 페놀수지성형재료의 내열성 시험에 따른 시험온도

(2) 연삭 숫돌용 페놀수지
분상수지에 대해서는 외관, 걸름잔여분, 수분, 융점, 겔화시간, 소성강도 및 유량의 7가지법이 액상수에 대해서는 외관, 비붕, 점도, 겔화 시간 및 불휘발분의 5가지법이 각각 제정되어 있다.

(3) 쉘몰드용 분말 페놀수지
스분, 흡수율, 회분, 걸름잔여분, 연화점, 유량, 겔화시간 및 굽힘강도의 8가지 법이 제정되어 있다.

1. 우레아수지 성형재료

JIS K 6916에 제정되어 있다. 종류는 [표 14]와 같은 3가지 종류가 있으며, 품질은 [표 15]에 나타난 것과 같다. 시험편의 제작방법이나 시험방법 등을 JIS K 6911과 같다.

[ 표14 ] 우레아수지 성형재료의 종류 및 기호

[ 표15 ] 우레아수지 성형재료의 품질

2. 멜라민수지 성형재료

JIS K 6917에 제정되어 있다. 종류는 [표 16]에 나타낸 2종류이고, 품질은 [표 17]에 있다. 시험편의 제작방법이나 시험방법 등은 JIS K 6911과 같다.

[ 표16 ] 멜라민수지 성형재료의 종류 및 기호

[ 표17 ] 멜라민수지 성형재료의 품질

3. 디아릴프탈레이트수지 성형재료

JIS K 6918에 제정되어 있다. 종류는 [표 18]에 표시한 15종류이며, 품질은 [표 19]와 같으며, 시험방법은 JIS K 6911에 따른다.

[ 표18 ] 디아릴프탈레이트수지 성형재료의 종류

[ 표19 ] 디아릴 프탈레이트수지 성형재료이 품질

4. 액상불포화 폴리니스테르수지

시험법이 JIS K 6901에 제정되어 있다. 내용은 액상에 관한 시험법이고, 경화물 혹은 FRP로서의 시험법은 아니다.

비중(부동법, 하파아드비중법 및 와든비중병법(색수(하이센섹수 및 가드너색수), 산가 점도(플러플드형 점도계 및 거품점도계), 요변도, 고온 경황특성 및 상온 겔화시간의 12가지법이 제정되어 있다.

모노머에 대해서는 JIS K 6716(메타크릴 산메틸), K 6724(초산 비닐단량체), K 6727(스티렌), K 6759(아클리로니트릴시험방법), 가소제에 대해서는 JIS K 6750(인산트리클레실), K 6751(프탈산에스테르시험방법), K 6757(프탈산디부탈), K 6753(프탈산 디옥실), K 6754(프탈산 디노르말옥틸), 안료에 대해서는 시험방법이 JIS K 51이, 각종 안료는 JIS K 5102으로 제정되어 있다.

[표 1]에 인장강도, 신장, 종탄성률, 압축강도, 휨강도, 전단력 등을 나타냈다. 플라스틱 재료는 과단까지 항복점을 표시하는 것과 않는것이 있다.

항복점을 나타내는 것에 대해서는 항복 강도와 파단강도 중의 큰 값을 채용하고 있지만 신장은 파단시의 값을 따르고 있다. 적층판은 현저하게 방향성을 표시하여, 인장 및 굽힘값을 섬유방향(Lengthwise)의 값을, 또 압축강도는 원칙적으로 플랙트와이즈의 값이 있다. 또 종탄성률의 값을 표시하였다.

플라스틱의 성질은 전술의 경우에 시험조건에 따라서 상당한 영향을 받는다. 여기에 표시한 값은 어떤것도 ASTM의 시험방법에 따른 것이지만 엣지 와이즈의 압축 시험은 FS의 시험방법에 따른 것이다.

경도는 원칙적으로 로크웰 경도를 표시하고 있다. 플라스틱의 로크웰 경도는 [표 2]와 같으며, 4종의 스케일을 사용하고 [표 1]에는 각각의 스케일을 명시하고 있다. 단지 S.D 혹은 S.A라는 것은 쇼어의 듀로메타에 따른 값으로 전자는 D형, 후자는 A형에 따른 값이다.

[ 표2 ] 로크웰 경도의 스케일과 시험조건

소위 FRTP(폴리카보네이트 및 나이론)는 유리섬유로 강이라는 표현으로 나타냈지만, 이들은 분말상 유리섬유 40% 함유한 것이다. 또 FW는 필라멘트, 와인딩의 약잘 여기에 표시한 값은 일본에 대한 일예이지만, 일방향강화재(섬유를 일방향으로 배열한 것)르소의 데이타이다. GC는 유리함유량의 기호이다.

<그림 1-4>은 [표 1]의 인장강도, 탄성률 및 비중의 값을 이용하여 작성한 것이다.

[ 그림1 ] 각종재료의 인장강도

[ 그림2 ] 각종재료의 탄성율

[ 그림3 ] 각종재료의 비 인장강도

[ 그림4 ] 각종재료의 비 탄성율

다른 재료와 비교할 때에 플라스틱은 연질 플라스틱 외에 다른 그룹으로 분류하여 나타내었다. 예를들면 연질플라스틱은, 폴리에틸렌, 연질염화비닐 등이고, 일반 성형품이라는 것은 압축, 사출, 압출, 기타 일반적인 성형법에 따른 플라스틱 재료, FRTP는 폴리 카아닐데이트와 나이론에 관한 것, 적층품은 FRTP 이외의 것이다.

그림은 이들의 각 그룹을 포움, 고무, 알루미늄, 주철 및 콘크리트와 대비 시켜 나타내고 있다. 또 비인장강도와 비탄성율이라는 것은 각각 인장 강도 및 탄성율을 비중에서 없앤 값이다. 구조에서 경량화 메리트의 비고를 할 경우에는 [표 3]의 경 구조 메리트에 따라서 행하는 일이 생기고 대표적인 예를 [표 4]에 표시한다.

[ 표3 ] 경구조재 메리트

[ 표4 ] 각종 재료의 강도 및 강성

각종 플라스틱의 샤르피식 및 아이조드식 충격치의 한예를 [표 5]에 표시한다. 여기에서 플라스틱의 충격특성을 평가할 경우 특히 주의를 해야할 점은

[ 표5 ] 각종 플라스틱의 충격치

① 현행의 샤르피식 및 아이조드식 충격시험기는 메이커에 따라 어느정도 사양의 차이가 있다. 플라스틱의 충격치는 시험편의 성형조건(예를들면 사출성형의 경우 게이트의 위치), 가공기술에서 보면 시험기 및 시험기술에 따라서도 현저한 분산을 표시한다. 예를들면, 페놀수지 적층판에는 그정도는 아니지만 경질 염화비닐판 등의 경우는 비록 동일재료 일지라도 시험장소에 따라서 평균치±50% 정도의 분산을 나타내는 것이 있고, 극히 정도가 낮은(강도는 높다)값이 될 것.

② 샤프피식의 아이조드식에서도 이들에 따른 충격치는 실용적인 내충격성과 일반적으로 상관하지 않는다

[표 6]은 수종류의 재료의 내충격성을 비교한 것이며, 예를들어 샤르피 충격치를 비교하여, FRP는 금속의 1/2, 5~1/10이다. 그러나 충격 에너지를 보통 재료의 변형에너지를 흡수하고 먼지 탄성 변형에너지(potential energy)로서 재료의 내부에 축적시켜 그 일저치(최대탄성 변형에너지-Ue)를 넘으면 영구변형을 일으키게 된다. 또 다시 일정치(최대 변형에너지-Umax)를 넘으면 재료는 파단된다.

[ 표6 ] 각종 재료의 내충격성

나머지 에너지와 해방된 탄성 변형에너지가 운동에너지로 되어 파괴한 부재는 새로운 충격의 원인이 되므로 [표 6]에서 Ue에서는 FRP의 경우가 금속보다 양호하다. 이것은 가벼운 충돌에서는 약한 것을 나타내고 있다. 따라서 인신 사고를 일으킬 수 있는 충돌에서는 FRP의 경우가 금속보다도 안전한 경우라 할 수 있다.

즉, 실용적 충격특성으로는 샤르피식 혹은 아이로드식 충격치 보다도 오히려 낙구 충격시험치의 경우가 적당하다.

구조나 부품에 이용하고 있는 대표적인 플라스틱 재료의 피로강도(양진평면 굽힘)를 [표 7]에 나타낸다. 또 대표적인 예로 FRP 및 폴리에스텔 주형판의 S-N곡선(S : 응력진폭, N : 과단까지의 반복회수)을 <그림 5>에 표시하고 플라스틱의 피로특성의 특징을 들면

[ 표7 ] 각종 플라스틱 재료의 피로강도(양진굽힘)

[ 그림5 ] 평면굽힘의 S-N 곡선

① 일반적으로 107회 반복한 수에 달해도 S-N곡선은 수평으로 되지 않는다. 이른바 피로 한도가 존재하지 않는다

② 피로 시험중에 강성저하가 일어나기 쉬워 금속 등에서 사용된 변형 진폭 일정형의 피로시험기를 이용하는 경우에는 강성의 일정 저하량을 결정하여 그 점에 달할때를 파괴로 간주할 경우 주의가 필요하다.

③ 시험속도의 영향은 특히 N＜= 106의 시간 강도의 역역에서 현저하고, N=107 부근에서는작다.

④ S-N 곡선이 ①의 곡선으로 되어 어느전이점을 경계로서 좌우 ②의 곡선으로 나타내는 경우가 있다.

⑤ FRP에 대해서의 응력집중의 영향은 구멍에 대하여 금속보다 일반적으로 둔하지만 V형 노치를 붙일경우는 금속정도의 노치계수를 표시한다. 즉 <그림 6>과 같은 노치에 대해서 노치계수βK (노치가 없는 시험편의 피로강도와 노치가 입는 시험편의 피로강도의 비)는 다음과 같다.

[ 그림6 ] 절연(노치)와 인사이드

[ 그림7 ] FRP의 수정선도

플라스틱 재료는 금속에 비해서 상온에 있어서도 크리이프 하기 쉽다. 예를들면 경질염화비닐판의 크리이프 한도는 인장강도 5.5~6.5kg/mm2이라는 값이 표시되어 있다.

일반적으로 크립프랙쳐와 시간의 관계는 식 (1)과 같다.


여기에서 σr ; t시간 크립프랙쳐, σo : 1시간 크립프랙쳐
M : 정수
크레이프 시간 및 응력의관계는 식 (2)와 같다.



여기에서 εt : 시간의 크리이프 변형, t=시간 σ : 응력(kg/mm2) ε', σm, FRP에 대해서는 식(1) 및 식(2) 중의 정수는 [표 8]에 나타냈다.

[ 그림8 ] FRP에 관한식(1)및 식(2)중이 정수

또한 수종의 재료에 대해서는 식(2)의 정수로서 [표 9]에 나타냈다.

[ 표9 ] 수종의 플라스틱에 관한 식(2)중의 정수

1. 비열, 선팽창계수 및 열전도율

이들의 갑은 전이점을 경계로서 변화한다. 또 선팽창계수나 열전도율은 시료에 따라 현저한 방향성을 나타내는 일이 있지만 대개의 치수를 줄 목적에서 [표 10]에 각각의범위에 대한 수치를 나타냈다. 또 참고로 2~3개의 다른 재료에 관한 값을 표중에 비교 하였다.

[ 표10 ] 열적 기초 특성

2. 유리 전이점과 융점

각종 고분자 화합물의 유리 전이점을 [표 11 ]에 또는 [표 12]에 표시하였다.

[ 표11 ] 유리 전이점

[ 표12 ] 융점

3. 시험온도와 역학적 성질

<그림 8> 및 <그림 9>는 폴리카보네이트 필름 및 아세틸 셀룰로오스 필름에 대해서, 시험온도와 인장특성의 관계를 나타낸 것이다. 또한 <그림 10> 및 <그림 11>에 항공기용 메타크릴 수지판, 공업용 연질염화비닐수지판, 아세탈, 코폴리머 및 폴리프로필렌에 대해서 시험온도와 굽힘 특성의 관계를 나타냈다.

[ 그림8 ] 필름의 인장강상상 응력의 온도

[ 그림9 ] 필름의 인장탄성율의 온도

[ 그림10 ] 판의 굽힘 최대응력과 온도

[ 그림11 ] 판의굽힘 탄성율과 온도

[표 13]에 나타낸 A~F의 구성의 FRP에 대해서 <그림 12~15>에 시험온도와 굽힘특성의 관계를 표시했다.

[ 표13 ] FRP 시험편의 구성

[ 그림12 ] FRP의 시험온도와 굽힘강도

[ 그림13 ] FRP의 시험온도와 굽힘강도

[ 그림14 ] FRP의 시험온도와 굽힘탄성율

[ 그림15 ] FRP의 시험온도와 굽힘탄성율

또 <그림 16~18>은 A~C의 FRP를 100℃, 200℃ 및 300℃로 유지했을 때의 보지시간과 굽힘강도의 관계를 나타낸 것이고 열열화의 현상을 나타낸 것이다.

[ 그림16 ] FRP의 100℃에서의 보지시간과 굽힘강도의 보지율

[ 그림17 ] FRP의 200℃에서의 보지시간과 굽힘강도의 보지율

[ 그림18 ] FRP의 300℃에서의 보지시간과 굽힘강도의 보지율

이 경우 굽힘강도는 각각의 시험온도에서 측정하기 때문에 보지율로 표시하고 있다.

플라스틱은 일반적으로 좋은 절연재료이지만, 자기등과 비교하면 내열성이나, 흡수율이 떨어진다. [표 14]에 대표적인 플라스틱의 전기적 성질을 타재료와 비교하여 나타내었다.

[ 표14 ] 전기적 특성(상온ㆍ상습)

많은 종류의 합성수지에서 폼재가 만들어 지지만 또한 동시에 수종의 합성수지를 혼합하여 기포를 만드는 것으로 Foam재의 종류는 상당히 많다. 그러나 본 절에서는 한편 품질규격이 ASTM에 규정되어 있는 스티로폼과 경질우레탄 폼을 대표적으로 그 성질을 나타냈다.

1. 스티로폼

ASTM D 2125-62T에는 스틸폼을 Type Ⅰ과 Ⅱ로 분류하고 전자는 성형품, 후자는 압출품으로 하고 있다. 또 class Ⅰ과 Ⅱ로 분류하여 전자는 가연성의 것, 후자는 자소성 또는 불연성의 것으로 하고 있다. 또한 겉보기 밀도에 따라 [표 15]와 같이 grade를 세분하하였다.

[ 표15 ] 스티로포움의 그레이드

이와 같이 분류한 스티로폼의 품질은 [표 16]과 같이 규정되어 있다.

[ 표16 ] 스티로포움의 품질(ASTM D 2125)

<그림 19>는 스티로폼의 부피정도와 열전도율의 관계를 나타낸 것이지만 부피밀도 0.035의 범위에 열전도율의 최저 값이다. 이점보다 부피 밀도가 크게되면 플라스틱 자체의 열전도율에 가깝게 되고 작게되면 복사통과보다 열전도율이 증가하여 어떤것도 열전도율은 커진다.

[ 그림19 ] 스치로폼의 겉보기 밀도와 열전도율(측정온도 0℃)

2. 경질 우레탄폼

ASTM D 2341-65T는 품질에 Class를 정한것으로 [표 17]에 나타냈으나, 품질을 최대 12종의 숫자로 표시했다. 즉 12종의 최초의 좋은 겉보기 밀도의 Cell Limit의 번호를 나타내고, 제2행의 숫자는 압축강도의 Cell Limit의 번호를 나타낸다.

[ 표17 ] 경질 우레탄 포움이 품질(ASTM D 2341)

품질은 각각 Cell Limit의 번호에 따라 표시하며, 비록 330605 6490으로 써있다면 겉보기밀도 0.033g/cm2 이하, 압축 강도 1.05kg/cm2 이상, 내열성은 규정이 없고, 독립 Cell 90% 이상, 흡수율은 규정이 없고, 이하동종이다.

우레탄 폼은 한정하지 않고 폼재는 겉보기 밀도에 따라 물성치가 변하지만 일례로서 <그림 20~22>에 경질 우레탄 폼의 겉보기 밀도와 압축강도, 압축 탄성률 및 전단강도의 관계를 나타냈다. 이러한 값은 거품의 방향과 평행하게 부하를 걸게 되지만 만약 수직 방향에 부하를 걸면 값은 상당히 변화하게 된다. 즉 압축강도는 저밀도부에서 일반적으로 30~50% 저하되고 있다.

[ 그림20 ] 경질우레탄폼의 겉보기 밀도와 압축강도(강도는 대수눈금으로, PS단위로 나타내져있고 괄호내의 수치는 ㎏/㎠ 단위값임)

[ 그림21 ] 경질우레탄폼의 겉보기 밀도와 압축탄성율

[ 그림22 ] 경질우레판폼의 겉보기 밀도와 전단강도

플라스틱의 종류는 범용적이며, 수십종류가 있다. 한편 각 Maker의 브랜드 혹은 동일한 브랜드사이의 grade를 생각하면, 아마 일천종류 정도이다.

또한 플라스틱의 응용도 광범위하며, 한편 재료와 응용을 결합하는 성형수단도 여러가지의 Vari ation이 있다.


1. 이점과 결점

플라스틱의 이점과 결점에 대해서는 성형가공면에 대한 문제만을 정리하면 다음과 같다.

(1) 요구성능에서의 재료의 분류
강도, 내열성, 변형, 내약품성으로부터 재료를 우선 분류한다. 예를들면 종탄성율 100kg/mm2 이상이 필요한 용도에서 단위체 플라스틱은 쓸모없고, 복합체(FRP 등)을 사용해야 한다. 100℃를 넘는 부위의 장기사용에 범용 열가소성수지는 사용되지 않는다.

강도보다도 변형이 요구되는 곳에서는 PE, PP 등이 적합하며, 내후성과 강도 및 성형법의 균형은 PVC가 사용된다. 고저온의 안정성에는 실리콘이나 불소수지가 사용되고 있다. 부품의 응용에는 나일론 이지만 피로나 내열성 치수안정성에는 폴리아세탈 등이 좋다. 투명성이 요구되면 PMMA, AS, 불포화 폴리에스테르, 폴리 카보네이트 등에서 선택하게 된다.

이와같이 하여 User에 제공되는 요구에 대해 적당한 재료의 분류를 행할 수 있다. 여기에는 전술의 각종 플라스틱의 품질이 한가지 수단이되는 것이다.

(2) 성형방법에서의 분류
플라스틱 재료를 이용하는 설게에서는 <그림 23>에 나타낸 것과 같이 a) 요구성능 b) 재료 c) 성형방법의 3가지 요인의 균형을 취할 필요가 있다.

[ 그림23 ]

요구성능중에도 강도(강성), 내열성, 치수안정성이 큰 인자이다. 여기에서도 (1)과 같이 대개의 분류가 가능한 것으로서 어떤재료를 사용하는가. 또 어느 성형방법이 좋은 것인가를 알 수 있다. 이때에는 당연히 갯수와 cost가 관계된다.

소물(기계, 전기부품 등)에서는 갯수가 적지않은 것은 우선대상이 되지 않는 것에서 부터, 사출성형일지 아닐지 언급하는 것은 하나의 문제이다.

이것은 열가소성으로 보지않고 최근에는 열경화성이나 고무에도 공통 관련된 문제이다. 물론 목적과 재료에 따라서 압축성형이나 트랜스퍼 성형도 고려해야 할 것이다.

다음의 분류는 성형성의 양부와 치수 안정성이 있다. 그러나 이 두가지 요인은 대부분의 경우 상반적인 것으로 성형성, 즉 유동성이 좋은 수지는 치수안정성이 좋지 않는 것이 많다. 그러나 이단계에서 설계에 필요한 내용을 충분히 검토하여, 과도한 요구를 피할 필요가 있다.

이것과 관련하여 자주 일어나는 실수에는 「금속에서 그 정밀도는 충분히 나타낼 수 있으므로 플라스틱 성형품에서도 할 수 있다.」라는 안이한 생각에서 필요 이상의 정도를 요구하는 일이 있다. 이것은 cost-up의 큰 원인이 되므로 주의해야 한다.

대물(전개면적에서 1~2m2를 초관하는 것)에서 한개당 수지의 사용량이 많으므로 소량생산의 경우에도 충분히 있을 수 있다. 수개가 만들어 지지 않는 경우는 FRP의 hand lay-up이 유리하다. 그러나 매월 1000개 이상이 생산되려면, 가능한 성형법으로는 FRP의 Spray-up, 열가소성 플라스틱(ABS 등)의 진공성형, 사출성형 등이 있다.

이 어떤 경우에서는 요구성능, cost, 설비(기존 혹은 신설)의 방면에서 검토되어야 할 문제이고 보다 강한 것을 보다 안전하게 만들 것을 염두에 두어야 한다.

그러나 이상의 설명은 현상태의 성형법을 전제로 한 것으로 주의가 필요하다.

최근에 있어서 냉간소성 가공, Monomer Cast 등 새로운 성형수단 혹은 그것에 적용된 수지의 개발이 활발하게 행해지고 그 어떤 것은 실용화 되어졌다. 이들의 가공수단을 확립하려면 플라스틱의 성형가공에 대한 생각도 어느정도 금속에 근접한 것이 요구 되어져야 한다.

2. 응용

[표 18]은 플라스틱의 이용으로는 어떤 고도한 분야에 속한 기계구조나 부품에 대해서 대상, 재료, 성형방법을 통합하여 보는 것이다.

[ 표18 ] 응용분야와 재료, 성형방법

[표 18]은 응용의 한 예를 나타냈다. 종래는 새로운 플라스틱의 등장에 따라 각종 응용분야에 있어서 분포가 변했지만 금후는 새로운 성형방법, 특히 냉간소성 가공의 실용화에 따라 응용분야에 있어서 각종 플라스틱의 분포가 변하고 있다.