Chap.4.3 Testing Mode 2010.11.08 201050414 Hyun-ju Oh

Contents 4.3 Conventional Mechanical Testing 4.4 HARDNESS 4.3.2.4 Torsion 4.3.2.5 Shear 4.3.2.6 Tear 4.3.2.7 Biaxial Stress 4.4 HARDNESS 4.4.1 Rockwell Hardness 4.4.2 Shore Hardness Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab

Testing Mode compression tension torsion shear 원기둥의 한 끝을 고정시키고 다른 끝의 중심축 둘레에 짝힘(couple)을 가하면 원기둥은 비틀리어 평형을 이룬다. 비틀림의 크기는 원기둥의 반지름이 회전한 각도, 즉 비틀림각으로 나타낸다. 원기둥이 균질(均質)·등방(等方:물리적 성질이 물질 안의 방향에 따라 달라지지 않는 것)일 경우 비틀림각은 고정시킨 끝에서부터의 길이에 비례한다. 즉 원기둥의 길이를 l, 상단에서의 비틀림각을 θ라 하면, 높이가 x인 면에서의 비틀림각은 φ=xθ/l이다. 평형을 이룬 상태에서 상단면의 중심축 둘레에 작용하는 짝힘모멘트를 비틀림모멘트라고 하는데, 비틀림각은 비틀림모멘트 N에 비례한다 [출처] 비틀림 [torsion ] | 네이버 백과사전 Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.ides.com/

4.3.2.4 Torsion torsion ▪ 기둥모양을 물체를 비틀었을때의 변형으로, 비틀때 평형을 이룬때의 비틀림 각으로 Figure 4.8 Torsion testing [C] Circular cross-section; [R] Rectangular cross-section (C’) (C) Clamp (S) Test specimen 기둥 모양의 물체를 비틀었을 경우의 변형을 가리킨다. 비틀림의 크기는 원기둥의 반지름이 회전한 각도인 비틀림각으로 나타낸다. 비틀림각은 평형상태에서 중심축 둘레에 작용하는 짝힘모멘트인 비틀림모멘트에 비례한다. [출처] 비틀림 [torsion ] | 네이버 백과사전 원기둥의 한 끝을 고정시키고 다른 끝의 중심축 둘레에 짝힘(couple)을 가하면 원기둥은 비틀리어 평형을 이룬다. 비틀림의 크기는 원기둥의 반지름이 회전한 각도, 즉 비틀림각으로 나타낸다. 원기둥이 균질(均質)·등방(等方:물리적 성질이 물질 안의 방향에 따라 달라지지 않는 것)일 경우 비틀림각은 고정시킨 끝에서부터의 길이에 비례한다. 즉 원기둥의 길이를 l, 상단에서의 비틀림각을 θ라 하면, 높이가 x인 면에서의 비틀림각은 φ=xθ/l이다. 평형을 이룬 상태에서 상단면의 중심축 둘레에 작용하는 짝힘모멘트를 비틀림모멘트라고 하는데, 비틀림각은 비틀림모멘트 N에 비례한다 [출처] 비틀림 [torsion ] | 네이버 백과사전 ▪ 기둥모양을 물체를 비틀었을때의 변형으로, 비틀때 평형을 이룬때의 비틀림 각으로 비틀림의 크기를 얻음 ▪ Shear modulus, G can be determind from a torsion test ▪ Torsion testing is a convenient way of assessing the effect of temperature on the Modulus (stiffness, rigidity) of polymeric materials and their dynamic properties. Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.ides.com/ 2. http://100.naver.com/

4.3.2.5 Shear shear ▪ Shear 면이 절단 될 때 Shear strength 를 측정 Figure 4.9 Punch shear test [U] Unloaded; [S] After shearing; (P) Circular punch; (C’) Upper clamp (S) Test specimen; (C) Lower clamp (H) Hole (E) 1 CM scale (E’) 1 in scale ▪ Shear 면이 절단 될 때 Shear strength 를 측정 ▪ Disk-shaped test specimens ▪ Ex) engineering plastics – 40~50 MPa (6~8 kpsi) Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.jsce.co.kr/

4.3.2.5 Shear 접착제와 접착된 표면간의 강도를 잴 수 있음 측정하는 Single, Double plate 모두 대칭구조라서 간단하게 측정 가능함 Figure 4.10 Lap shear test [S] Single lap; [D] Double lap; (P) Stationary plate ; (S) Test specimen; (P’) Moving plate ▪ Assess the strength of adhesive bonds between adherent subatrates. ▪ Single/Double plate(Convenient because of the symmetry) Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.google.co.kr/

4.3.2.5 Shear ▪ Cylinderical bars test specimens Figure 4.10 Double shear test [U] Unloaded; [S] After shearing; (B) Holding block; (S) Test specimen; (P) Shear plate ▪ Cylinderical bars test specimens Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.google.co.kr/

4.3.2.6 Tear ▪ 인열 강도란 인열에 대한 저항 즉, 직물을 찢는 데 필요한 힘 Figure 4.12 Tear test [C] Edge cut; [C’] Center cut; [A] Angle tear; [N] Crescent tear [T] Trouser tear (C) Cut (A) Sharp corner (N) Nick (L) leg (F) Slit (E) 1 CM scale (E’) 1 in scale 인열강도 인열강도란 인열에 대한 저항 즉, 직물을 찢는 데 필요한 힘을 말한다. 인열의 특성은 한 번에 직물의 조그만 부분 즉, 단지 실의 1올, 2올 혹은 3올에 급격한 힘이 집중되는 것이다. 인열강도는 옷감 내에서의 실의 움직임과 밀접한 관련이 있다. 조직점의 수와 경사 위사의 밀도와 관련이 있다. 실이 한올 한올 찢어지므로 조직점이 느슨할수록 인열강도가 크다. 평직의 인장강도가 크지만 한올이 찢어지면 조직이 치밀해 한번에 찢어져 버리므로 인열강도는 가장 낮다. 가공을 통해 실의 유동성을 조절하여 직물의 인열강도를 제어할 수 있다. Elmendorf 인열강도는 기본적으로 인열의 전파(propagation of tear)에 대한 저항성으로 표시되며 시험편의 가로 방향과 세로 방향에 대해 측정한다 [출처] 실험_인열강도|작성자 tlsekd52 ▪ 인열 강도란 인열에 대한 저항 즉, 직물을 찢는 데 필요한 힘 → 실의 한 올,한 올에 급격한 힘 집중 됨(실의 움직임/조직점의 수/경사, 위사의 밀도가 영향을 줌) ▪ 한 올씩 찢어지므로 조직점이 느슨하면 인장강도는 낮지만 인열 강도가 크고 ,반대로 조직이 치밀 하면 인장강도는 크나, 인열 강도가 낮음 ▪ 인열 강도 : 인열의 전파(propagation of tear) 에 대한 저항성으로 표시 (시험편의 가로방향/세로 방향에 대해 측정) Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://100.naver.com/

4.3.2.6 Tear Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Trouser Tear Specimen Figure 4.12 Tear test [A] Angle tear; [N] Crescent tear [T] Trouser tear [T] Trouser tear Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.google.co.kr/

4.3.2.7 Biaxial Stress ▪ 압력에 의해 시료가 파괴가 될 때의 stress를 나타냄 Figure 4.13 Biaxial stress test [D] Pressurized diaphragm; [C] Pressurized cylinder; [A] Annular clamp; (S) Flat test specimen (P) Pressure (S’) Tubular test specimen (B) End caps ▪ 압력에 의해 시료가 파괴가 될 때의 stress를 나타냄 ▪ Developed when a circular diaphragm, pipe, or container is subjected to pressure ▪ Basis for quick-burst tests /pipe Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://100.naver.com/

4.4 HARDNESS ▪ 광물 표면이 외부의 힘에 대해 얼마나 단단한가를 숫자로 표현한 것이 굳기 두 광물을 서로 문질렀을 때 긁히는 쪽이 무른 광물이며, 양쪽 다 긁히면 굳은 정도가 같은 것이다. 광물의 굳기는 종류에 따라 다르므로 광물을 식별하는 중요한 자료로 쓰인다. 광물의 굳기는 Mohs scale 을 기준으로 사용한다. ▪ Mohs scale의 순서 1.활석, 2.석고, 3.방해석, 4.형석, 5.인회석, 6.정장석, 7.석영, 8.황옥, 9.강옥, 10.금강석 그외에 손톱은 2.5, 동전 3, 못 4.5, 창유리 5.5 등이 사용된다. ▪ Hardness is dependent on ductility, elasticity, plasticity, strain, strength, toughness, viscoelasticity 유연성,탄성,가연성,스트레인, What is Hardness? Hardness is the property of a material that enables it to resist plastic deformation, usually by penetration. However, the term hardness may also refer to resistance to bending, scratching, abrasion or cutting. Measurement of Hardness: Hardness is not an intrinsic material property dictated by precise definitions in terms of fundamental units of mass, length and time. A hardness property value is the result of a defined measurement procedure. Hardness of materials has probably long been assessed by resistance to scratching or cutting. An example would be material B scratches material C, but not material A. Alternatively, material A scratches material B slightly and scratches material C heavily. Relative hardness of minerals can be assessed by reference to the Mohs Scale that ranks the ability of materials to resist scratching by another material. Similar methods of relative hardness assessment are still commonly used today. An example is the file test where a file tempered to a desired hardness is rubbed on the test material surface. If the file slides without biting or marking the surface, the test material would be considered harder than the file. If the file bites or marks the surface, the test material would be considered softer than the file. The above relative hardness tests are limited in practical use and do not provide accurate numeric data or scales particularly for modern day metals and materials. The usual method to achieve a hardness value is to measure the depth or area of an indentation left by an indenter of a specific shape, with a specific force applied for a specific time. There are three principal standard test methods for expressing the relationship between hardness and the size of the impression, these being Brinell, Vickers, and Rockwell. For practical and calibration reasons, each of these methods is divided into a range of scales, defined by a combination of applied load and indenter geometry. Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://100.naver.com/ 2. http://en.wikipedia.org/

4.4.1 Rockwell Hardness Figure 4.20 Hardness test indentors [R] Rockwell; [H] Ball; [B] Brinell; [V] Vickers; [K] Knoop-tukon; (R) Rockwell R indentor (M) Rockwell M indentor (E) 1 CM scale (E’) 1 in scale ▪ 1919년에 S.P. Rockwell 이 베어링의 Race 굳기를 측정하기 위해 고안한 것을 C.H.윌슨이 시험기를 제작함으로써 실용화 됨 ▪ 시험편 위에 일정한 하중으로 indentor를 세게 눌러, 움푹 팬 깊이를 측정하고, 10kg의 기준 하중으로 눌렀을 때의 값과의 차를 구한다. Steel ball또는 Diamond 원추로 실험편에 힘을 가했을 떄 생기는 움푹 패인 깊이로 나타낸다. Rockwell Hardness ΗR는 ΗR＝Α－500 h 깊이:h mm ▪ B Scale : Soft material , using Steel ball(Α＝130, 하중 100kg, 지름 4.23mm) ▪ C Scale : Harder material , using Diamond indentor(Α＝100, 하중 150kg, 꼭지각 120 °, 선단(先端) 반지름 0.2mm의 원뿔형 다이아몬드로 된 압자를 사용) 강구(鋼球) 또는 다이아몬드제(製)의 원추를 시험편(試驗片:test piece)에 압입(押入)할 때 생기는 압흔(壓痕)의 깊이로 나타낸다. 1919년에 S.P.록웰이 베어링의 레이스(race) 굳기를 측정하기 위해 고안한 것을 C.H.윌슨이 시험기를 제작함으로써 실용화되었다. 시험편 위에 일정한 하중으로 압자(壓子)를 세게 눌러, 움푹 팬 깊이를 측정하고, 10kg의 기준 하중으로 눌렀을 때의 값과의 차를 구한다. 깊이를 h mm라고 하면 록웰굳기 ΗR는 ΗR＝Α－500 h 이다. 여기에서 A는 정수인데 다이아몬드 압자일 경우는 Α＝100, 강구일 경우는 Α＝130이 된다. 단단한 재료일 때에는 하중 150kg, 꼭지각 120 °, 선단(先端) 반지름 0.2mm의 원뿔형 다이아몬드로 된 압자를 사용하고, 연한 재료일 때에는 하중 100kg, 지름 4.23mm의 강구로 된 압자를 사용하는데, 전자를 C 스케일, 후자를 B 스케일이라고 한다. 이 밖에 시험하중(試驗荷重) ·기준하중(基準荷重)이 다른 시험 방법도 있다. 록웰굳기의 수치는 모두 시험기의 눈금으로 지시되는 간편한 측정법이므로 공업적인 많은 제품의 신속한 측정이나 시험에 널리 사용된다.  로크웰경도시험기(Rockwell Hardness Tester)는 물질의 단단함과 무른 정도를 나타내는 것을 경도(Hardness)라고도 하며 이것을 나타내는 기기를 경도시험기(Hardness Tester)라한다. 로크웰 경도(Rockwell Hardness)는 지름이 1.588 mm인 강구를 누르는 방법과 꼭지각[頂角]이 120 °, 선단의 반지름 0.2 mm인 원뿔형 다이아몬드를 누르는 방법의 2가지가 있다. 전자를 로크웰 경도치 B스케일(HRB), 후자를 로크웰 경도치 C스케일(HRC)이라고 한다. 이 양쪽의 경도 수가 직접 시험기의 다이얼에 지시된다. 로크웰 경도시험기(Rockwell Hardness Tester)는 열처리, 합금강, 공구강, 금형강 등 연질 및 경질재료의 금속에 폭넓게 사용되며 작동이 간편하고 고정도를 유지하는 시험기로서 신속한 시험을 할 수 있는 측정기이다. F0 = preliminary minor load in kgf F1 = additional major load in kgf F = total load in kgf e = permanent increase in depth of penetration due to major load F1 measured in units of 0.002 mm E = a constant depending on form of indenter: 100 units for diamond indenter, 130 units for steel ball indenter HR = Rockwell hardness number D = diameter of steel ball Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://100.naver.com/

4.4.1 Rockwell Hardness Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab [K] Knoop indentor Figure 4.20 Hardness test indentors [R] Rockwell; [H] Ball; [B] Brinell; [V] Vickers; [K] Knoop-tukon; (R) Rockwell R indentor (M) Rockwell M indentor (E) 1 CM scale (E’) 1 in scale [H] Ball 강구(鋼球) 또는 다이아몬드제(製)의 원추를 시험편(試驗片:test piece)에 압입(押入)할 때 생기는 압흔(壓痕)의 깊이로 나타낸다. 1919년에 S.P.록웰이 베어링의 레이스(race) 굳기를 측정하기 위해 고안한 것을 C.H.윌슨이 시험기를 제작함으로써 실용화되었다. 시험편 위에 일정한 하중으로 압자(壓子)를 세게 눌러, 움푹 팬 깊이를 측정하고, 10kg의 기준 하중으로 눌렀을 때의 값과의 차를 구한다. 깊이를 h mm라고 하면 록웰굳기 ΗR는 ΗR＝Α－500 h 이다. 여기에서 A는 정수인데 다이아몬드 압자일 경우는 Α＝100, 강구일 경우는 Α＝130이 된다. 단단한 재료일 때에는 하중 150kg, 꼭지각 120 °, 선단(先端) 반지름 0.2mm의 원뿔형 다이아몬드로 된 압자를 사용하고, 연한 재료일 때에는 하중 100kg, 지름 4.23mm의 강구로 된 압자를 사용하는데, 전자를 C 스케일, 후자를 B 스케일이라고 한다. 이 밖에 시험하중(試驗荷重) ·기준하중(基準荷重)이 다른 시험 방법도 있다. 록웰굳기의 수치는 모두 시험기의 눈금으로 지시되는 간편한 측정법이므로 공업적인 많은 제품의 신속한 측정이나 시험에 널리 사용된다.  로크웰경도시험기(Rockwell Hardness Tester)는 물질의 단단함과 무른 정도를 나타내는 것을 경도(Hardness)라고도 하며 이것을 나타내는 기기를 경도시험기(Hardness Tester)라한다. 로크웰 경도(Rockwell Hardness)는 지름이 1.588 mm인 강구를 누르는 방법과 꼭지각[頂角]이 120 °, 선단의 반지름 0.2 mm인 원뿔형 다이아몬드를 누르는 방법의 2가지가 있다. 전자를 로크웰 경도치 B스케일(HRB), 후자를 로크웰 경도치 C스케일(HRC)이라고 한다. 이 양쪽의 경도 수가 직접 시험기의 다이얼에 지시된다. 로크웰 경도시험기(Rockwell Hardness Tester)는 열처리, 합금강, 공구강, 금형강 등 연질 및 경질재료의 금속에 폭넓게 사용되며 작동이 간편하고 고정도를 유지하는 시험기로서 신속한 시험을 할 수 있는 측정기이다. F0 = preliminary minor load in kgf F1 = additional major load in kgf F = total load in kgf e = permanent increase in depth of penetration due to major load F1 measured in units of 0.002 mm E = a constant depending on form of indenter: 100 units for diamond indenter, 130 units for steel ball indenter HR = Rockwell hardness number D = diameter of steel ball [B] Brinell [V] Vickers Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.google.co.kr/

4.4.1 Rockwell Hardness Typical Application of Rockwell Hardness Scales Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.gordonengland.co.uk/hardness

4.4.2 Shore Hardness ▪ Shore hardness Test(ASTM D2240) – Durometer instrument Pin-shaped indentors of two types(A or D) ▪ A scale Soft material - blunt indentor (elastomer) : Range 20A-95A ▪ D scale Harder material – soft plastic ; Range 40D-90D (40D 90A) ▪ Range Soft rubbers: 20A~30A Tire treads: 55A~70A , Typewriter rolls: 90A Soft plastic(LDPE): 45D , high density PE or other medium stiffness plastic: 65D Bowling balls -90D Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab

4.4.2 Shore Hardness Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Figure 4.21 Hardness test indentors [S]Shore; [B] Barcol; [I] IRHD; (A) Shore A indentor, (D) Shore D indentor, (S) IRHD standard indentor, (M) IRHD micro indentor (E) 1 mm scale, (E’) 0.1 in scale [B] Barcol [S]Shore [I] IRHD Organic/Inorganic Nanomaterials Research Lab Ref. 1. http://www.google.co.kr/

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