Badanie twardości Rockwella kompozytów polimerowych PEEK

PEEK (polieteroeteroketon) to wysokowydajny materiał kompozytowy powstający w wyniku połączenia żywicy PEEK z materiałami wzmacniającymi, takimi jak włókno węglowe, włókno szklane i ceramika. Materiały PEEK o wyższej twardości charakteryzują się lepszą odpornością na zarysowania i ścieranie, dzięki czemu nadają się do produkcji odpornych na zużycie części i komponentów wymagających wysokiej wytrzymałości. Wysoka twardość PEEK pozwala mu zachować niezmieniony kształt nawet po wystawieniu na naprężenia mechaniczne i długotrwałym użytkowaniu, co pozwala na jego szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak lotnictwo, motoryzacja i opieka medyczna.

W przypadku materiałów PEEK twardość jest ważnym wskaźnikiem odporności materiału na odkształcenia pod wpływem sił zewnętrznych. Twardość ma decydujący wpływ na ich właściwości i zastosowania. Twardość jest zazwyczaj mierzona metodą Rockwella, a zwłaszcza skalą HRR, która jest odpowiednia dla tworzyw sztucznych o średniej twardości. Badanie jest wygodne i powoduje niewielkie uszkodzenia materiału.

W normach badania twardości Rockwella dla materiałów kompozytowych polimerowych Peek powszechnie stosowane są skala R (HRR) i skala M (HRM), przy czym stosunkowo częściej stosowana jest skala R.

W przypadku większości niewzmocnionych lub słabo wzmocnionych materiałów z czystego Peek (np. o zawartości włókna szklanego ≤ 30%), zazwyczaj preferowanym wyborem jest skala R. Wynika to z faktu, że skala R nadaje się do stosunkowo miękkich tworzyw sztucznych, a twardość czystych materiałów Peek zazwyczaj mieści się w zakresie od około HRR110 do HRR120, co mieści się w zakresie pomiarowym skali R, co pozwala na dokładne odzwierciedlenie ich wartości twardości. Ponadto dane z tej skali są bardziej uniwersalne w przemyśle podczas badania twardości takich materiałów.

W przypadku materiałów kompozytowych Peek o wysokiej zawartości zbrojenia (np. z zawartością włókna szklanego/węglowego ≥ 30%), często stosuje się skalę M ze względu na ich wyższą twardość. Skala M stosuje większą siłę testową, co może zmniejszyć wpływ włókien wzmacniających na odciski i zapewnić bardziej stabilne wyniki badań.

Badanie twardości metodą Rockwella kompozytów polimerowych PEEK musi być zgodne z normami ASTM D785 lub ISO 2039-2. Podstawowy proces polega na przyłożeniu określonego obciążenia przez wgłębnik diamentowy i obliczeniu wartości twardości na podstawie głębokości wgłębienia. Podczas badania należy zwrócić szczególną uwagę na kontrolę przygotowania próbki i środowiska badawczego, aby zapewnić dokładność wyników. Podczas badania należy przestrzegać dwóch kluczowych warunków wstępnych:

1. Wymagania dotyczące próbek: Grubość musi wynosić ≥ 6 mm, a chropowatość powierzchni (Ra) ≤ 0,8 μm. Pozwala to uniknąć zniekształceń danych spowodowanych niewystarczającą grubością lub nierówną powierzchnią.

2. Kontrola środowiska: Zaleca się przeprowadzanie testów w środowisku o temperaturze 23 ± 2°C i wilgotności względnej 50 ± 5%. Wahania temperatury mogą znacząco wpływać na odczyty twardości materiałów polimerowych, takich jak Peek.

Różne normy mają nieco odmienne postanowienia dotyczące procedur testowych, dlatego też poniższe zasady muszą być jasno zdefiniowane w rzeczywistych działaniach.

Twardość niektórych wzmocnionych materiałów kompozytowych PEEK może przekraczać nawet 50 HRC. Konieczne jest badanie ich właściwości mechanicznych poprzez badanie takich wskaźników, jak wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na zginanie i udarność. Aby zapewnić stabilność jakości i właściwości użytkowych, a także zagwarantować bezpieczeństwo i niezawodność zastosowań w odpowiednich dziedzinach, należy przeprowadzać znormalizowane testy zgodnie z normami międzynarodowymi, takimi jak ISO i ASTM.