Rockwell-hardheidstesten van PEEK-polymeercomposieten

PEEK (polyetheretherketon) is een hoogwaardig composietmateriaal dat wordt gemaakt door PEEK-hars te combineren met versterkende materialen zoals koolstofvezel, glasvezel en keramiek. PEEK-materialen met een hogere hardheid zijn beter bestand tegen krassen en slijtage, waardoor ze geschikt zijn voor de productie van slijtvaste onderdelen en componenten die een hoge sterkte vereisen. De hoge hardheid van PEEK zorgt ervoor dat het zijn vorm behoudt, zelfs na mechanische belasting en langdurig gebruik, waardoor het breed toepasbaar is in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en de medische sector.

Voor PEEK-materialen is de hardheid een belangrijke indicator voor het vermogen van het materiaal om vervorming onder invloed van externe krachten te weerstaan. De hardheid heeft een doorslaggevende invloed op de prestaties en toepassingen. De hardheid wordt meestal gemeten met de Rockwell-hardheidsschaal, met name de HRR-schaal, die geschikt is voor middelharde kunststoffen. De test is eenvoudig en beschadigt het materiaal nauwelijks.

In de Rockwell-hardheidstestnormen voor PEEK-polymeercomposietmaterialen worden de R-schaal (HRR) en de M-schaal (HRM) veelvuldig gebruikt, waarbij de R-schaal relatief vaker wordt toegepast.

Voor de meeste onversterkte of licht versterkte zuivere PEEK-materialen (bijv. glasvezelgehalte ≤ 30%) is de R-schaal doorgaans de voorkeursmethode. Dit komt omdat de R-schaal geschikt is voor relatief zachte kunststoffen. De hardheid van zuivere PEEK-materialen ligt over het algemeen tussen de HRR110 en HRR120, wat binnen het meetbereik van de R-schaal valt en een nauwkeurige weergave van de hardheidswaarden mogelijk maakt. Bovendien is de data van deze schaal universeel toepasbaar in de industrie bij het testen van de hardheid van dergelijke materialen.

Voor sterk versterkte PEEK-composietmaterialen (bijv. glasvezel-/koolstofvezelgehalte ≥ 30%) wordt vaak de M-schaal gebruikt vanwege hun hogere hardheid. De M-schaal past een grotere testkracht toe, wat de invloed van versterkende vezels op de indrukkingen kan verminderen en resulteert in stabielere testgegevens.

De Rockwell-hardheidstest van PEEK-polymeercomposieten moet voldoen aan de ASTM D785- of ISO 2039-2-normen. Het kernproces omvat het aanbrengen van een specifieke belasting met behulp van een diamantindenter en het berekenen van de hardheidswaarde op basis van de indringdiepte. Tijdens het testproces moet speciale aandacht worden besteed aan de preparatie van het monster en de testomgeving om de nauwkeurigheid van de resultaten te garanderen. Twee belangrijke voorwaarden moeten tijdens de test in acht worden genomen:

1. Monstervereisten: De dikte moet minimaal 6 mm zijn en de oppervlakteruwheid (Ra) maximaal 0,8 μm. Dit voorkomt vertekening van de gegevens door onvoldoende dikte of een oneffen oppervlak.

2. Omgevingscontrole: Het wordt aanbevolen de testen uit te voeren in een omgeving met een temperatuur van 23 ± 2 °C en een relatieve luchtvochtigheid van 50 ± 5%. Temperatuurschommelingen kunnen de hardheidsmetingen van polymere materialen zoals PEEK aanzienlijk beïnvloeden.

Verschillende normen hanteren enigszins verschillende bepalingen voor de testprocedures. Daarom moeten de onderstaande uitgangspunten duidelijk worden gedefinieerd voor de daadwerkelijke uitvoering.

De hardheid van bepaalde versterkte PEEK-composietmaterialen kan zelfs hoger zijn dan HRC 50. Het is daarom noodzakelijk om hun mechanische eigenschappen te testen door indicatoren zoals treksterkte, buigsterkte en slagvastheid te onderzoeken. Gestandaardiseerde tests moeten worden uitgevoerd volgens internationale normen zoals ISO en ASTM om de stabiliteit van hun kwaliteit en prestaties te waarborgen, evenals de veiligheid en betrouwbaarheid van hun toepassingen in de relevante sectoren.