KR20100019637A - Rubber test sheet and breaking test method using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A rubber specimen for a breaking test and a breaking teat method using the same are provided to understand breakdown of elastomeric materials in consideration of real use condition. CONSTITUTION: A breaking teat method using a rubber specimen comprises following steps. A rubber specimen has fixed size and thickness. A hole which has diameter 0.5mm is formed at the center of a mark distance of the rubber specimen. A bore is formed on the inner diameter of the hole in a breaking direction and a direction at a right angle. Tension of the rubber specimen is tested by maintaining tension deformation rate below 200%. The rupture time of the rubber specimen is measured.

Description

파괴 평가를 위한 고무시험편 및 이를 이용한 파괴 평가 시험방법{Rubber test sheet and breaking test method using the same}Rubber test piece for breaking test and breaking test method using same {Rubber test sheet and breaking test method using the same}

본 발명은 파괴 평가를 위한 고무시험편 및 이를 이용한 파괴 평가 시험방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고무 재료의 파손에 관한 평가 및 해석, 그리고 수명예측을 위한 새로운 시험 방법으로서, 일정한 인장 변형율 상태에서 시간의 경과에 따라 발생하는 파괴현상을 모의한 파괴 평가를 위한 고무시험편 및 이를 이용한 파괴 평가 시험방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber test piece for fracture evaluation and a fracture evaluation test method using the same. More particularly, the present invention provides a new test method for evaluation and analysis of failure of rubber materials, and for predicting the life thereof. The present invention relates to a rubber test piece for the failure evaluation simulating the failure phenomenon occurring with the passage of time and the failure evaluation test method using the same.

일반적으로, 자동차용이나 산업기계용으로 사용되고 있는 고무 재료는, 윤활유, 냉각수, 가스 등의 누출을 방지하기 위한 목적으로 적용되는 씰 고무와 시스템의 진동을 제어하기 위해 사용되는 방진고무 등으로 대별된다.In general, rubber materials used for automobiles or industrial machinery are roughly classified into seal rubbers applied for the purpose of preventing leakage of lubricants, cooling water, and gas, and dustproof rubbers used to control vibration of the system. .

상기 고무 재료는 금속이나 수지 등 타 재료에서는 볼 수 없는 영구변형이 작고 초탄성을 가지고 있다.The rubber material has a small permanent deformation and superelasticity, which cannot be seen in other materials such as metals and resins.

이러한 고무의 재료물성을 평가하는 대표적인 시험으로, 인장시험, 압축영구 줄음율 시험, 경도시험, 내유성시험, 내열성시험, TR시험 등이 있다.Typical tests for evaluating the material properties of these rubbers include tensile test, compression set test, hardness test, oil resistance test, heat resistance test, and TR test.

그러나, 이러한 다양한 물성평가를 거쳐 사용되고 있는 고무 부품이 그 사용중에 파손이 되는 사례들이 발생하고 있는데, 고무 재료의 파괴는 복잡하게 얽혀져 있는 분자 사슬들이 인장변형율에 의해 점진적으로 끊어짐과 동시에 그 결합구조가 변해가면서 발생하게 된다고 알려져 있다.However, there are cases in which rubber parts used through such various property evaluations are damaged during use, and the destruction of rubber material is caused by the gradual breakdown of the intricate molecular chains due to tensile strain and the bonding structure thereof. Is known to occur as it changes.

이에, 고무 재료에 대한 파괴 현상은 일반적인 인장시험을 통해 실제 조건을 고려하여 파악하고 있지만, 인장시험에서 알 수 있는 파단변형율과 실제 사용 변형율 조건은 큰 차이를 보이고 있다.Thus, the failure phenomenon of the rubber material is identified by considering the actual conditions through the general tensile test, but the strain and the actual strain conditions that can be seen in the tensile test shows a big difference.

예를 들어, 인장시험에서는 200%이상의 파단변형율을 나타내는 반면에 실제의 사용조건은 100%에도 훨씬 못 미치는 조건에서 파괴가 발생한다.For example, in tensile tests, failures of more than 200% occur, while failure occurs under conditions of less than 100%.

이러한 이유는 시간에 따른 고무 재료의 내부 분자 사슬의 변화를 동반한 고무의 노화가 가장 큰 영향을 끼친다.This is because the aging of the rubber with the change of the internal molecular chain of the rubber material with time has the greatest effect.

따라서, 고무 재료에 대한 실제 변형율 조건을 파악할 수 있는 시험 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a test method that can grasp the actual strain conditions for rubber materials.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존의 인장시험 방법으로는 평가가 곤란한 고무 재료의 파괴현상에 대해 실제의 사용조건을 고려함과 동시에, 파괴현상을 근본적으로 이해할 수 있고, 실제 고무 제품의 조립상태에서의 변형율 조건을 고려한 설계 수명을 예측할 수 있으며, 고무 재료의 초기상태 및 노화상태에서의 파손 가능성과 파단변형율, 그리고 파단시간의 관계를 명확히 파악할 수 있는 고무재를 위한 파괴 평가 시험방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, and it is possible to fundamentally understand the failure phenomenon while considering the actual use conditions for the failure phenomenon of the rubber material, which is difficult to evaluate by the existing tensile test method. Design life can be predicted considering the strain conditions in the assembled state of rubber products, and the failure evaluation for rubber materials that can clearly identify the relationship between the failure probability, fracture strain, and fracture time in the initial and aging states of rubber materials. The purpose is to provide a test method.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정 크기 및 두께를 갖는 고무 시트를 워터젯 가공기를 이용하여 절단하여 원하는 형상의 고무 시험편을 제작하고, 상기 고무시험편의 한 가운데인 표점거리의 중앙부에 지름 0.5mm의 구멍을 가공 형성하되, 이 구멍의 내경면에 버어(burr)를 남겨둔 것을 특징으로 하는 파괴 평가를 위한 고무시험편을 제공한다.The present invention for achieving the above object is to cut a rubber sheet having a predetermined size and thickness using a waterjet machine to produce a rubber test piece of the desired shape, 0.5mm in diameter at the center of the gage distance in the middle of the rubber test piece Provides a rubber test piece for fracture evaluation, characterized in that the hole is formed by processing, but the burr is left on the inner surface of the hole.

또한, 본 발명은 소정 크기 및 두께를 가지며, 한 가운데인 표점거리의 중앙부에 지름 0.5mm의 구멍이 형성되고, 이 구멍의 내경면에 버어가 남겨진 형태의 고무시험편을 제공하는 단계와; 상기 고무 시험편을 인장변형율을 200% 이하로 유지하여 인장시험을 하되, 그 파단되는 시간을 측정하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고무시험편을 이용한 파괴 평가 시험방법을 제공한다.The present invention also provides a rubber test piece having a predetermined size and thickness, and having a hole having a diameter of 0.5 mm at the center of the mark distance in the center, and having burrs on the inner diameter surface of the hole; Maintaining the rubber test piece at a tensile strain of 200% or less to perform a tensile test, measuring the time it is broken; It provides a failure evaluation test method using a rubber test piece, characterized in that consisting of.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above problem solving means, the present invention provides the following effects.

본 발명에 따르면, 한 가운데인 표점거리의 중앙부에 지름 0.5mm의 구멍이 형성된 구조의 고무시험편을 이용하여, 200% 이하의 인장변형율로 인장시험을 함으 로써, 그 시험 결과를 실제 고무 제품의 조립상태에서의 변형율 조건을 고려한 설계 수명 예측, 고무 재료의 초기상태 및 노화상태에서의 파손 가능성과 파단변형율, 그리고 파단시간의 관계 등을 명확히 파악할 수 있는 데이터로 활용할 수 있다.According to the present invention, by using a rubber test piece having a structure having a hole of 0.5 mm in diameter at the center of the gage distance in the middle, a tensile test is performed at a tensile strain of 200% or less, and the test result is assembled into an actual rubber product. It can be used as data to clearly understand the design life prediction considering the strain conditions in the state, the relationship between the failure probability and the failure rate and the break time in the initial state and the aging state of the rubber material.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 고무 재료의 파괴에 대해 기존의 인장시험으로는 검증할 수 없는 문제점을 해결하기 위한 파괴 시험방법으로서, 고무 부품의 압축율 등 구조적인 설계를 보완함과 동시에 내구성능 및 수명예측을 검증할 수 있는 효과적인 시험법을 제공하고자 한 것이다.The present invention is a failure test method for solving the problems that can not be verified by the existing tensile test for the failure of the rubber material, and complement the structural design, such as compression ratio of the rubber parts, while verifying durability performance and life prediction It is intended to provide effective test methods that can be used.

첨부한 도 1은 일반적인 인장시험에서 사용하는 시험편의 대표적인 형상을 나타내고, 도 2는 본 발명에 적용되는 시험편의 형상을 나타낸다.1 shows a typical shape of a test piece used in a general tensile test, and FIG. 2 shows a shape of a test piece applied to the present invention.

본 발명의 고무시험편은 외형은 도 1의 일반 인장시험용 아령형 시험편과 같이, 표점거리 20mm, 평행부분폭 4mm이고, 두께가 1 mm이지만, 다른 점은 시험편 의 한 가운데인 표점거리의 중앙부에 지름 0.5mm의 구멍이 형성된 점에 특징이 있으며, 상기 구멍은 시험의 용이성을 부가하기 위하여 응력집중부로서 형성한 것이다.The rubber test piece of the present invention has a gage distance of 20 mm, a parallel part width of 4 mm, and a thickness of 1 mm, as shown in the general tensile test dumbbell type test piece of FIG. 1, but the difference is the diameter at the center of the gage distance in the center of the test piece. It is characterized by the fact that a hole of 0.5 mm is formed, which is formed as a stress concentration part in order to add ease of testing.

아래의 표 1은 본 발명의 고무시험편을 제작하는 방법을 나타내고 있다.Table 1 below shows the method for producing the rubber test piece of the present invention.

Figure 112008057241001-PAT00001
Figure 112008057241001-PAT00001

우선, 고무 원재료를 압축성형 혹은 사출성형을 하여, 200mm(가로)×200mm(세로)×1mm(두께)의 고무 시트를 제작한 후, 시험편 형상을 CAD 파일로 설계하여 워터젯 가공기에 입력한다.First, the rubber raw material is compression molded or injection molded to produce a rubber sheet of 200 mm (width) x 200 mm (length) x 1 mm (thickness), and then the test piece shape is designed as a CAD file and input to a waterjet processing machine.

이에, 워터젯 가공기의 노즐로부터 분사되는 물에 의하여 고무 시트가 설계된 형상의 고무 시험편으로 절단 제작되는 바, 이때 노즐의 직경 및 노즐압력은 각각 0.1mm, 3,850kgf/㎠로 적용하고, 연마제는 석류석(평균입경:0.1㎛ 이하)를 포함한 정제수를 사용한다.Accordingly, the rubber sheet is cut into a rubber test piece having a designed shape by water sprayed from the nozzle of the waterjet processing machine, and the diameter and the nozzle pressure of the nozzle are applied at 0.1 mm and 3,850 kgf / cm 2, respectively, and the abrasive is garnet ( Purified water containing an average particle diameter of 0.1 μm or less) is used.

이때, 노즐의 출발점은 도 2에 다이아몬드 마크로 나타낸 바와 같으며, 이에 노즐에 의하여 고무 시트에 물이 분사되면서, 설계된 형상의 고무시험편으로 절단되며 제작된다.At this time, the starting point of the nozzle is as shown by the diamond mark in Figure 2, by water is injected into the rubber sheet by the nozzle, it is cut and manufactured into a rubber test piece of the designed shape.

또한, 상기 고무시험편의 한 가운데인 표점거리의 중앙부에 지름 0.5mm의 구멍을 가공 형성하되, 이 구멍의 내경면에 버어(burr)를 남겨둔다.In addition, a hole having a diameter of 0.5 mm is formed in the center of the gauge distance, which is the center of the rubber test piece, but a burr is left on the inner diameter surface of the hole.

즉, 고무시험편 가공 후, 응력집중부 구멍의 형상을 나타낸 도 3에서 보는 바와 같이, 워터젯 노즐로 고무시험편의 한 가운데인 표점거리의 중앙부에 지름 0.5mm의 구멍을 형성하되, 워터젯 노즐의 출발점을 시작으로 끝나는 지점(인장방향)에 고무시험편의 일부를 제거하지 않음에 따른 버어(도 3의 A로 지시됨)가 형성될 수 있다.That is, after processing the rubber test piece, as shown in FIG. 3 showing the shape of the stress concentration hole, a water jet nozzle forms a hole having a diameter of 0.5 mm at the center of the gauge distance at the center of the rubber test piece. A burr (indicated by A in FIG. 3) may be formed by not removing a portion of the rubber test piece at the end (tension direction) at the beginning.

상기 버어가 형성된 채로 남겨두는 이유는, 시험편을 인장한 상태에서 압축변형율이 발생하는 부위에 버어를 위치시킴으로써, 인장변형율에 의한 고무시험편의 파괴에 미치는 영향을 최소화하기 위해서이며, 파단 후의 시험편 형상 및 그 파단면을 나타내는 도 4에서 보는 바와 같이 상기 응력집중부 구멍의 버어는 고무시험편의 파단면과 직각방향에 위치한다는 것을 알 수 있으며, 결국 버어를 제거할 필요가 없다.The reason for leaving the burr formed is to minimize the effect on the fracture of the rubber test piece due to the tensile strain by placing the burr at the site where the compressive strain occurs in the state where the test piece is tensioned. As shown in Fig. 4 showing the fracture surface, it can be seen that the burr of the stress concentration hole is located at right angles to the fracture surface of the rubber test piece, and thus, it is not necessary to remove the burr.

한편, 본 발명의 시험 방법에 사용할 수 있는 고무재료의 조성은 불소고무를 원료고무로 사용한 조성을 사용하였고, 아래의 표 2에 기재된 바와 같이 모든 일반 고무재료를 대상으로 할 수 있다.On the other hand, the composition of the rubber material that can be used in the test method of the present invention used a composition using fluorine rubber as the raw material rubber, as shown in Table 2 below can be applied to all general rubber materials.

Figure 112008057241001-PAT00002
Figure 112008057241001-PAT00002

상기와 같이 제작된 본 발명의 고무 시험편을 사용하여 일반적인 인장시험을 실시하였는 바, 그 결과는 도 5에 나타낸 바와 같다.General tensile test was conducted using the rubber test piece of the present invention manufactured as described above, and the results are as shown in FIG. 5.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고무시험편은 파단변형율이 약 200%임을 나타내었다.As shown in Figure 5, the rubber test piece of the present invention showed that the strain at break is about 200%.

또한, 본 발명의 고무 시험편을 사용하여 인장변형율을 170%로 유지하고, 그 파단되는 시간을 측정하였는 바, 도 6a는 본 발명의 고무 시험편을 인장변형율 170%로 일정하게 유지하여 방치한 상태에서의 형상을 나타내는 사진이고, 도 6b는 2분 후 파단되기 직전의 형상을 고속도 카메라로 촬영한 화상이다.In addition, the tensile strain was maintained at 170% by using the rubber test piece of the present invention, and the time at which it was broken was measured. FIG. 6A shows that the rubber test piece of the present invention was kept constant at a tensile strain of 170% and left to stand. 6B is an image obtained by photographing a shape immediately before being broken after 2 minutes with a high speed camera.

결과적으로, 일반적인 인장시험 결과, 약 200%의 인장변형율에서 고무 시험편이 파단되었지만, 보다 낮은 170%의 인장변형율 상태에서는 시간의 경과와 함께 파괴 현상이 발생됨을 알 수 있었다.As a result, the general tensile test showed that the rubber specimens were broken at a tensile strain of about 200%, but fracture occurred with time at the lower 170% tensile strain.

또한, 첨부한 도 7은 본 발명의 고무시험편을 이용하여 초기 인장변형율에 따른 파단시간을 실험한 결과로서, 초기 설정된 인장변형율이 작을수록 파단시간이 길어진다는 것을 알 수 있었으며, 이러한 인장변형율과 파단시간의 관계는 고무 제품의 수명을 예측하는데 중요한 데이터로 활용될 수 있다.In addition, Figure 7 is a result of testing the breaking time according to the initial tensile strain using the rubber test piece of the present invention, the smaller the initial tensile strain was found that the longer the breaking time, such tensile strain and fracture The relationship of time can be used as important data to predict the life of rubber products.

도 1은 일반적인 고무시험편의 형상을 나타내는 개략도,1 is a schematic view showing the shape of a general rubber test piece,

도 2는 본 발명에 따른 고무시험편을 나타내는 개략도,2 is a schematic view showing a rubber test piece according to the present invention,

도 3는 본 발명의 고무시험편의 응력집중부 구멍의 형상을 나타내는 사진,3 is a photograph showing the shape of the stress concentration hole in the rubber test piece of the present invention,

도 4는 본 발명의 고무시험편의 파단 후 형상 및 파단면을 나타내는 사진,Figure 4 is a photograph showing the shape and fracture surface after fracture of the rubber test piece of the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 고무시험편에 대한 일반적인 인장시험 결과를 나타내는 그래프, 5 is a graph showing a general tensile test results for the rubber test piece according to the present invention,

도 6a 및 도 6b은 본 발명에 따른 고무시험편에 대한 200% 이하의 일정한 인장변형율 상태에서의 파단과정을 나타낸 사진,6a and 6b are photographs showing the fracture process in a state of a constant tensile strain of less than 200% for the rubber test specimen according to the present invention,

도 7은 본 발명의 고무시험편에 대한 인장변형율과 파단시간의 관계를 나타내는 그래프.7 is a graph showing the relationship between tensile strain and breaking time for the rubber test piece of the present invention.

Claims (2)

소정 크기 및 두께를 갖는 고무 시트를 워터젯 가공기를 이용하여 절단하여 원하는 형상의 고무 시험편을 제작하고, 상기 고무시험편의 한 가운데인 표점거리의 중앙부에 지름 0.5mm의 구멍을 가공 형성하되, 이 구멍의 내경면에 시험편의 파단방향과 직각방향에 버어(burr)를 남겨둔 것을 특징으로 하는 파괴 평가를 위한 고무시험편.A rubber sheet having a predetermined size and thickness is cut using a water jet processing machine to produce a rubber test piece having a desired shape, and a hole having a diameter of 0.5 mm is formed in the center of the gauge distance, which is the center of the rubber test piece, Rubber test piece for failure evaluation, characterized in that the burr is left in the direction perpendicular to the fracture direction of the test piece on the inner diameter surface. 소정 크기 및 두께를 가지며, 한 가운데인 표점거리의 중앙부에 지름 0.5mm의 구멍이 형성되고, 이 구멍의 내경면에서 파단방향과 직각방향에 버어가 남겨진 형태의 고무시험편을 제공하는 단계와;Providing a rubber test piece having a predetermined size and thickness, and having a hole having a diameter of 0.5 mm in the center of the mark distance in the center, and having burrs left in a direction perpendicular to the fracture direction at the inner diameter surface of the hole; 상기 고무 시험편을 인장변형율을 200% 이하로 유지하여 인장시험을 하되, 그 파단되는 시간을 측정하는 단계;Maintaining the rubber test piece at a tensile strain of 200% or less to perform a tensile test, measuring the time it is broken; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고무시험편을 이용한 파괴 평가 시험방법.Fracture evaluation test method using a rubber test piece, characterized in that consisting of.
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