ISO 527 มากกว่าการดึงชิ้นงานให้ขาด ข้อกำหนดสำคัญที่ Work Instruction มักไม่ได้บอก

ISO 527 เป็นชุดมาตรฐานสำหรับหาสมบัติแรงดึงของพลาสติก โดย ISO 527-1 วางหลักการทั่วไปที่ใช้ร่วมกันทุกส่วน ได้แก่ นิยามของค่าต่าง ๆ ข้อกำหนดของเครื่องทดสอบ ขั้นตอนการทดสอบ และการคำนวณ ส่วนเงื่อนไขเฉพาะของวัสดุแต่ละประเภทอยู่ในส่วนย่อยถัดไป เช่น ISO 527-2 สำหรับพลาสติกขึ้นรูปและพลาสติกอัดรีด และ ISO 527-4 สำหรับคอมโพสิตเสริมเส้นใยแบบไอโซทรอปิกและออร์โธทรอปิก ในทางปฏิบัติ Work Instruction ของโรงงานมักย่อมาตรฐานเหล่านี้ให้เหลือเพียงลำดับขั้นตอน ซึ่งเพียงพอสำหรับการทดสอบประจำวัน แต่ไม่ได้อธิบายว่าเหตุใดค่าที่วัดได้ โดยเฉพาะมอดุลัสแรงดึง (tensile modulus) จึงคลาดเคลื่อนได้ง่าย บทความนี้สรุปข้อกำหนดที่มีผลต่อความถูกต้องของผลทดสอบโดยตรง

ชิ้นงานและการเตรียมก่อนทดสอบ

ISO 527-2 กำหนดชิ้นงานรูปดัมเบลเป็นหลัก ชนิด 1A ใช้กับชิ้นงานอเนกประสงค์ที่ฉีดขึ้นรูปโดยตรง ส่วนชนิด 1B ใช้กับชิ้นงานที่ได้จากการกัดหรือตัดแต่ง ทั้งสองชนิดมีส่วนแคบกว้าง 10 mm ความหนาที่แนะนำ 4 mm และระยะห่างระหว่างปากจับเริ่มต้น 115 mm (ภาพที่ 1) สำหรับชิ้นงาน 1A ความยาวพิกัด (gauge length) ที่แนะนำคือ 75 mm ส่วน 50 mm ยอมรับได้สำหรับงานควบคุมคุณภาพหรือเมื่อมีการระบุไว้ ขณะที่ชิ้นงาน 1B ใช้ 50 mm ก่อนทดสอบต้องปรับสภาพ (conditioning) ชิ้นงานตามมาตรฐานของวัสดุนั้น หากไม่มีการระบุ ให้เลือกสภาวะจาก ISO 291 โดยใช้เวลาไม่น้อยกว่า 16 ชั่วโมง สภาวะที่แนะนำคือ (23 ± 2) °C และ (50 ± 10) %RH และต้องทดสอบในบรรยากาศเดียวกับที่ใช้ปรับสภาพ การวัดขนาดต้องละเอียดถึง 0.1 mm สำหรับความกว้าง และ 0.01 mm สำหรับความหนา โดยไม่วัดความหนาที่ขอบหรือที่กึ่งกลางหน้าตัดพอดี เนื่องจากชิ้นงานฉีดขึ้นรูปมักมีรอยยุบ (sink mark) ทำให้ความหนาไม่สม่ำเสมอ

ภาพที่ 1 แผนภาพชิ้นงานชนิด 1A พร้อมมิติหลัก (mm, ค่าระบุ) จัดทำจากค่าใน ISO 527-2:2012 ตารางที่ 1

ข้อกำหนดของเครื่องทดสอบและความจำเป็นของการสอบเทียบ

ISO 527-1 กำหนดให้ระบบวัดแรงเป็นไปตาม ISO 7500-1 ระดับ Class 1 และเครื่องวัดการยืด (extensometer) แบบสัมผัสเป็นไปตาม ISO 9513 ระดับ Class 1 ตลอดช่วงความเครียดที่ใช้วัดจริง ส่วนเครื่องวัดแบบไม่สัมผัสใช้ได้หากให้ความแม่นเท่ากัน สำหรับการหามอดุลัสมีข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่านั้น คือต้องวัดการเปลี่ยนแปลงความยาวพิกัดได้แม่นถึง 1 % ของค่าที่วัด ซึ่งเท่ากับ ±1.5 µm ที่ความยาวพิกัด 75 mm และ ±1 µm ที่ 50 mm ส่วนความยาวพิกัดระหว่าง 20–50 mm ใช้เกณฑ์ ±1 µm คงที่ ภาคผนวก C ของ ISO 527-1 ซึ่งเป็นข้อกำหนดบังคับ (normative) กำหนดให้ตรวจสอบเพิ่มเติมที่ระยะยืด 0.05 % และ 0.25 % ของความยาวพิกัด ด้วยเครื่องสอบเทียบที่มีความแม่นระดับ Class 0.2 ตาม ISO 9513 ดังนั้น ใบรับรองการสอบเทียบ extensometer ที่ระบุเพียง Class 1 ตาม ISO 9513 อาจยังไม่เพียงพอสำหรับการรายงานค่ามอดุลัส ผู้ใช้ควรตรวจสอบว่าใบรับรองการสอบเทียบของทั้งระบบวัดแรงและ extensometer ครอบคลุมช่วงที่ใช้งานจริง และอ้างถึง ISO 527-1 Annex C เมื่อต้องรายงานค่ามอดุลัส

มอดุลัสแรงดึงและความเร็วทดสอบ

มอดุลัสแรงดึง (Eₜ) นิยามเป็นความชันของกราฟความเค้น–ความเครียดในช่วง ε₁ = 0.05 % ถึง ε₂ = 0.25 % (ภาพที่ 2) คำนวณได้สองวิธี คือความชันของเส้นตรงที่ลากระหว่างสองจุดนี้ (chord) หรือความชันจากการถดถอยเชิงเส้นแบบกำลังสองน้อยที่สุด (regression) ของข้อมูลทั้งหมดในช่วงนี้ ซึ่งเหมาะกับเครื่องที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ สำหรับชิ้นงาน 1A และ 1B ISO 527-2 กำหนดความเร็วทดสอบขณะหามอดุลัสไว้ที่ 1 mm/min ซึ่งให้อัตราความเครียดประมาณ 1 % ต่อนาที หลังจากหามอดุลัสแล้ว สามารถทดสอบชิ้นงานเดิมต่อที่ความเร็วสูงขึ้นได้ โดยแนะนำให้ปลดแรงก่อน หากเปลี่ยนความเร็วโดยไม่ปลดแรง ต้องเปลี่ยนที่ความเครียดไม่เกิน 0.3 % ส่วนการทดสอบเพื่อวัตถุประสงค์อื่นที่ใช้ความเร็วต่างกัน ต้องใช้ชิ้นงานแยกกัน

ภาพที่ 2 กราฟความเค้น–ความเครียดเชิงแผนภาพ แสดงช่วงความเครียดที่ใช้คำนวณมอดุลัสแรงดึงตาม ISO 527-1:2019 ข้อ 3.9 (ไม่ใช่ข้อมูลจากการวัดจริง)

จำนวนชิ้นงานและผลที่ต้องตัดทิ้ง

ต้องทดสอบชิ้นงานอย่างน้อย 5 ชิ้นต่อทิศทางที่ต้องการ และเพิ่มจำนวนได้หากต้องการความเที่ยงของค่าเฉลี่ยสูงขึ้น ชิ้นงานรูปดัมเบลที่ขาดหรือลื่นภายในปากจับต้องตัดทิ้งแล้วทดสอบชิ้นใหม่แทน สำหรับคอมโพสิตตาม ISO 527-4 เกณฑ์นี้ครอบคลุมถึงชิ้นงานที่ขาดบริเวณขอบปากจับด้วย ผลที่รายงานต้องประกอบด้วยค่าเฉลี่ยเลขคณิต และเมื่อมีการกำหนด ให้รายงานส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานและช่วงความเชื่อมั่น 95 % ของค่าเฉลี่ยตาม ISO 2602 นอกจากนี้ รายงานผลต้องระบุระดับความแม่นของเครื่องทดสอบและ extensometer ด้วย เพื่อให้ผู้อ่านรายงานประเมินได้ว่าผลที่ได้น่าเชื่อถือเพียงใด

เลือกเครื่องทดสอบให้รองรับข้อกำหนดตั้งแต่ต้น

ข้อกำหนดข้างต้นแสดงให้เห็นว่า ความถูกต้องของผลทดสอบตาม ISO 527 ขึ้นกับความสามารถของระบบทดสอบทั้งชุด ทั้งโหลดเซลล์ extensometer อุปกรณ์จับยึด และซอฟต์แวร์ที่คำนวณค่าตามนิยามของมาตรฐาน เครื่องทดสอบแรงอเนกประสงค์ (Universal Testing Machine) ของ ZwickRoell ที่ SCS Instruments จัดจำหน่าย ออกแบบเป็นระบบโมดูลาร์ที่ปรับให้เข้ากับมาตรฐานและวัสดุที่ทดสอบได้ ครอบคลุมตั้งแต่งานควบคุมคุณภาพประจำวัน ไปจนถึงงานเฉพาะทาง เช่น การทดสอบที่อุณหภูมิสูง ผู้ที่ต้องการทบทวนว่าเครื่องที่ใช้อยู่ตรงตามข้อกำหนดของ ISO 527 หรือไม่ หรือกำลังวางแผนจัดหาเครื่องใหม่ สามารถดูรายละเอียดผลิตภัณฑ์เพิ่มเติมได้ที่หน้า Universal Testing Machine ของเว็บไซต์

ภาพที่ 3 เครื่องทดสอบแรงอเนกประสงค์ ZwickRoell (ภาพจาก SCS Instruments)

เอกสารอ้างอิง

1. ISO 527-1:2019, Plastics — Determination of tensile properties — Part 1: General principles.
2. ISO 527-2:2012, Plastics — Determination of tensile properties — Part 2: Test conditions for moulding and extrusion plastics.
3. ISO 527-4:2023, Plastics — Determination of tensile properties — Part 4: Test conditions for isotropic and orthotropic fibre-reinforced plastic composites.
4. ISO 7500-1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1: Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system.
5. ISO 9513:2012, Metallic materials — Calibration of extensometer systems used in uniaxial testing.
6. ISO 291, Plastics — Standard atmospheres for conditioning and testing.
7. ISO 2602, Statistical interpretation of test results — Estimation of the mean — Confidence interval.

ภาพที่ 1 และภาพที่ 2 จัดทำขึ้นใหม่เพื่อประกอบบทความนี้ โดยอ้างอิงค่าจากมาตรฐานข้างต้น