引張試験機の実際の測定範囲を規定する5つのパラメータ

引張試験機の見積もりは、容量、速度範囲、ソフトウェアなど、見た目はほとんど同じでも、実際に測定できる範囲は3倍も異なる場合がある。その差は、表向きの数値にはほとんど現れない。

この記事では、機械が貴社の材料ポートフォリオに適合するかどうかを判断する5つのパラメータを、テスト結果に影響を与える順序で解説します。この記事は、複数の提案を比較検討する購入者、および社内で購入を正当化する必要のあるエンジニアを対象としています。

発行する必要のあるレポートから始めましょう

機械仕様書は比較されることを目的として作成され、試験報告書は承認されることを目的として作成されます。したがって、今後の報告書の最終ページ、つまりどの規格、どの値、どの許容誤差が明記されているかを確認することが、有益な出発点となります。

ASTM D882 に準拠したプラスチックフィルムの破断伸度、ASTM D3330 に準拠したテープの剥離接着性、EN ISO 13934-1 に準拠した織物のストリップ引張試験を行うラボでは、3 つとも「引張試験」であるにもかかわらず、実際には 3 種類の全く異なる機械が必要になります。引張試験機3つすべてを網羅することは可能ですが、そのためには以下の5つのパラメータが同時に指定されている必要があります。

1. 容量は数値ではなく範囲です

5kNの測定器は、5kNの精度を保証するものではありません。精度は容量の一定割合で検証されるため、最大荷重に合わせて設計されたロードセルは、フィルムやテープが実際にテストされる力の領域では、徐々に信頼性が低下していきます。

最大荷重と実効荷重は、同じ桁数になることはほとんどありません。例えば、柔らかい包装フィルムは30Nで破断するかもしれませんが、同じ研究所の織布袋は2kNの荷重を必要とする場合があります。1つのセンサーで両方をカバーできる場合、低荷重テストは測定範囲の下限付近に位置し、分解能が最も悪く、曲線にノイズフロアが現れます。

ほとんどの研究所における実際的なルールは、日常的な検査はセンサーの測定範囲のほぼ上限付近に抑え、薄い材料用に容量の小さい別のセンサーを用意しておくことです。製品を比較検討する際は、最大測定範囲ではなく、使用可能な測定範囲を尋ねてください。

2. スピードコントロールは、データが比較可能かどうかを決定します

ポリマー、フィルム、接着剤は粘弾性体であり、その強度は引っ張る速度によって変化します。クロスヘッドの速度を変えると、材料自体に変化がなくても、剥離強度、伸び、弾性率がすべて変化します。

これが、規格が平均速度ではなく一定のひずみ速度を規定する理由であり、コンピュータ制御サーボ引張試験機これは、比較可能なデータを発行するあらゆる研究所の基準となるものです。固定速度または単速のドライブでは数値は出せますが、妥当な数値は出せません。

サーボ制御は、一定応力、一定ひずみ、クリープ、緩和といったマルチループモードを可能にします。これは、一定速度でしか動作できない機械では不可能なことです。ガスケット、シール、ジオテキスタイルなどの製品群をお持ちの場合は、これはオプションではなく必須要件となります。

3. グリップによってテストできる内容が決まる

フレームは汎用的なものですが、治具やグリップによって、布、フィルム、テープ、ゴム、紙など、様々な素材に適した機械に仕上がります。同じ機械でもグリップセットが異なれば、同じ素材でも2つの研究室で異なる結果が得られるでしょう。

よくある破損箇所は試験片ではなく、把持部です。ウェッジグリップは応力を集中させ、薄膜の場合、把持部付近で早期に破断を引き起こします。一方、圧力制御式の空気圧グリップは応力をより均等に分散させます。発泡体やエラストマーには、切断しない把持部が必要です。繊維片試験では、試験片の幅全体を滑りなく保持できる十分な幅の把持部が必要です。

剥離試験においては、力だけでなく形状も重要です。90°剥離と180°剥離は異なる試験であり、角度は機械ではなく治具によって決まります。機械のみを記載し、グリップセットを記載していない見積もりは、システムの半分しか提供していない見積もりと言えるでしょう。

4. サンプリングレートとソフトウェアがエクスポートできるもの

最大荷重は一点に集約されます。弾性率、降伏挙動、破壊曲線の形状はすべて、データのサンプリング密度と、ソフトウェアが規格で要求される導出値を計算できるかどうかに依存します。

実用的な確認事項は2つあります。1つ目は、ソフトウェアが導出結果（指定された応力における伸び、割線弾性率、破断エネルギーなど）をネイティブに計算できるかどうか、あるいはオペレーターがスプレッドシートで後処理を行う必要があるかどうかです。後者の場合、トレーサビリティが静かに失われてしまいます。2つ目は、生データを曲線情報を含めたままエクスポートできるかどうかです。顧客がバッチに異議を申し立てた場合、判定結果のみを示すレポートでは弁護が困難になるためです。

5. フレームの剛性とアライメント

A万能試験機荷重がかかるとたわむフレームは、試料だけでなくフレーム自体も測定しています。剛性の高い試料では誤差は小さいですが、高伸長性フィルムや細い繊維では、クロスヘッドのたわみやカラムのアライメント不良によって、バッチ間の検出しようとしている差異よりも大きな誤差が生じる可能性があります。

仕様書ではアライメントは見えないため、フレーム図面ではなく検証レポートを要求する価値があります。日常的な品質管理では要件は控えめですが、認定データを発行する研究所では、ISO 7500-1力表示の等級検証は、平面度とアライメントのチェックと併せて、第三者が実際に確認する証拠となる。

ほとんどの引用文に欠けている3つのこと

• 校正証明書とその基準標準。「精度±0.5%」という表示は、何に対して、どの範囲で検証されたのかが分からなければ、ほとんど意味をなさない。
• グリップ機材一式が含まれます。必要な機材を除いた価格は、低価格とは言えません。
• ソフトウェアのライセンスおよびアップグレードに関する条件。2台目のワークステーションライセンスは、オペレーター1人体制と機能的な品質システムとの大きな違いとなることがよくあります。

簡単な購入チェックリスト

• 研究所が報告しなければならないすべての規格をリストアップし、それぞれを力の範囲、速度、およびグリップの種類に対応付けてください。
• 材料の破壊力が約1桁以上異なる場合は、センサーを2つ指定してください。
• サーボ制御を必須とし、マルチループモードがオプションではなく、標準機能として含まれていることを確認してください。
• 標準的な鋼材サンプルではなく、ご自身の材料を使った実演を依頼してください。
• レポートテンプレートが、顧客または認定機関が求める形式と一致していることを確認してください。

よくある質問