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Home > 기술정보 > 물성측정방법 > 충격강도

  • 충격강도(Impact strength)
    • 일반적으로 플라스틱은 금속과는 달리 빠르고 강한 충격에는 깨어지기가 쉽다.
      이러한 특성은 어떠한 부품의 한 소재로서 선정하는 경우 매우 중요한 인자가 되며 재질에 따라 충격강도가 다양하여 용도선택의 폭이 크다. 충격강도의 측정법에는 여러가지가 있으나 우리가 실제로 자주 접하는 방법은 4가지 정도로 아이조드(Izod), 샤르피(Charpy), 낙추(Falling weight or dart), 그리고 인장(Tensile) 충격강도가 있다.
      특히 물성관리를 위해 손쉽게 측정하는 방법은 아이조드 충격강도 방법이 널리 이용된다. 그러나 아이조드 충격강도는 인위적으로 노치(Notch)를 만들어 측정하는 방법으로 실제 제품의 충격강도와는 약간 거리가 있다. 그리하여 망치와 쇠볼을 이용한 시험 및 실제 제품을 일정한 높이에서 떨어뜨려 실제 충격강도 특성과 유사한 결과 예측방법으로 낙추충격강도 방법이 이용되며, 쉬트(Sheet) 물성으로는 인장충격강도 방법이 이용된다.
      노치시험결과는 실제 충격강도와 완전히 비례관계에 있지 못하며 아이조드와 샤르피는 동일 수지의 비슷한 조성을 갖는 수지 또는 컴파운딩 제품들의 품질관리용으로 적합한 시험 방법이다. 다른 수지 및 다른 조성의 제품에서 아이조드 및 샤르피의 충격강도를 상호 비교하는 것은 곤란하다.
      이와 같은 여러 충격강도 측정방법을 개괄적으로 묘사하면 그림 1과 같으며, 충격강도는 가공방법, 두께, 온도 등 여러 환경에 의존하게 된다. 그리고 시험규정에 따라 시편의 크기 및 시험기기의 요구조건이 약간씩 다르다. 충격강도에 대한 규정은 ASTM D256, ISO 179 & 180, KS M3055 & 3056 등에 정의되어 있다.

      그림 1. 대표적인 충격강도 측정방법
  • 아이조드 충격강도(Izod impact strength)
    • 아이조드 충격강도 시험은 일정한 무게의 추(Pendulum)을 이용한 방법으로 시편에 추를 가격하여 회전시 돌아가는 높이로 얻어지는 흡수에너지를 시편 노치부의 단면적으로 나누어 주어 충격강도를 얻는다. ASTM 시편규격 그림은 그림 2와 같다.
      이러한 노치는 반경의 증가에 따라 아이조드 충격강도는 증가한다.(그림3)

      그림 2. ASTM 아이조드 충격강도 시편 규격 / 그림 3. 아이조드 충격강도 vs. 노치부 반지름
    • 그림 4. 아이조드 충격강도 시험기
      물론 수지의 종류에 따라 노치의 민감도가 다를 수 있으나 여하튼 모든 수지는 노치부의 반지름에 영향을 받으므로 반드시 규격화된 노치를 만들어 측정하여야 한다. 노치부는 일반적으로 기계가공에 의하여 시편이 평행방향 충격이 되도록 만들며 노치의 바닥 모양 또는 마무리에 따라 중요한 역할을 미치므로 매끄럽게 만들어야 한다. 사출시편 금형부에 노치가 설계되어 있어 따로 노치 제작이 필요가 없는 경우의 충격강도는 기계가공에 의한 것보다 높은데, 이는 노치 부위가 매끄러워 크랙 개시에 필요한 에너지가 매우 높기 때문이다. 충격시험은 크랙개시와 크랙진행에 필요한 에너지를 측정하는 것으로 노치 도입은 크랙개시에 필요한 에너지를 크게 감소시킨다. 또한 경질 PVC, PC, POM, Nylon 등은 노치에 매우 민감하다. 이러한 고분자의 자체 성질에 따라 파단 메카니즘이 다르므로 노치 시험으로 고분자의 전체 충격 물성을 평가하는 것은 곤란하다. 아이조드 시험장비는 그림 4와 같으며 ASTM에서 진자(Pendulum)의 길이는 325∼406mm 사이이고 타격높이는 610mm이며 충격속도는 약 3.46 m/sec의 속도를 갖는다. 그리고 타격시 에너지가 2.7∼21.6J 사이의 해머를 사용한다.
    • 충격강도는 시편의 형상에 의존하고 가공방법 및 조건에도 의존한다. 사출성형 또는 압축성형에 따라 시편의 수지의 흐름방향이 존재하거나 등방성(Isotropic)을 갖게 된다. 따라서 충격 에너지 진행방향에 따라 충격강도의 차이가 클 수 있으며 이방성이 있는 판상을 재료를 시험하는 경우에는 세로 방향 및 가로 방향으로부터 각각 시험편을 만든다. 충격강도에 영향을 주는 가공조건으로는 사출압, 사출속도, 금형형상, 금형온도 등이 있다.
  • 샤르피 충격강도(Charpy impact strength)

    • 그림 5. 샤르피 충격강도의 시험편 규격 / 그림 6. 샤르피 충격강도 시험기 샤르피 시험은 아이조드 시험과 유사하지만 많은 차이가 있어 결과치에 상호 연관성은 없다. 샤르피 방식은 수평 빔 양쪽이 지지된 상태에서 추가 노치 반대쪽 정가운데를 가격하여 파괴시 충격강도를 측정하는 것이다. 그림 5는 샤르피 충격강도의 시험편 규격이다.
      샤르피의 시험기기는 그림 6과 같다. 시험기기의 진자길이, 해머높이, 충격속도 등의 조건들은 아이조드와 동일하다. 이러한 샤르피 시험은 인장력이 크게 작용하므로 고강도 복합재료의 Inter-laminar shear 및 Bonding force를 측정하는데 유리하다.
    • 플라스틱 아이조드(J/m) 샤르피(kJ/m2)
      ABS 108∼431 3∼30
      Nylon 6 32∼81 3∼NB
      Nylon 66 27∼64 2∼20
      PC 637∼962 20∼60
      HDPE 30∼167 -
      경질 PVC 34∼85 2∼5
      MPPO 267∼534 15
      PP 30∼805 -
      PBT 43∼840 -
      SAN 21∼32 3∼4
      표 1. 여러가지 플라스틱의 상온 충격강도