Δοκιμή σκληρότητας Rockwell για σύνθετα πολυμερή PEEK

Το PEEK (πολυαιθεροαιθεροκετόνη) είναι ένα σύνθετο υλικό υψηλής απόδοσης που κατασκευάζεται με συνδυασμό ρητίνης PEEK με ενισχυτικά υλικά όπως ίνες άνθρακα, ίνες γυαλιού και κεραμικά. Τα υλικά PEEK με υψηλότερη σκληρότητα έχουν καλύτερη αντοχή στις γρατζουνιές και την τριβή, καθιστώντας τα κατάλληλα για την κατασκευή ανθεκτικών στη φθορά εξαρτημάτων και εξαρτημάτων που απαιτούν στήριξη υψηλής αντοχής. Η υψηλή σκληρότητα του PEEK του επιτρέπει να διατηρεί το σχήμα του αμετάβλητο ακόμη και μετά από αντοχή σε μηχανική καταπόνηση και μακροχρόνια χρήση, γεγονός που του επιτρέπει να χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία και η ιατρική περίθαλψη.

Για τα υλικά PEEK, η σκληρότητα είναι ένας σημαντικός δείκτης της ικανότητας του υλικού να αντιστέκεται στην παραμόρφωση υπό εξωτερικές δυνάμεις. Η σκληρότητά του έχει καθοριστικό αντίκτυπο στην απόδοση και τις εφαρμογές τους. Η σκληρότητα μετριέται συνήθως με τη σκληρότητα Rockwell, ειδικά με την κλίμακα HRR, η οποία είναι κατάλληλη για πλαστικά μέσης σκληρότητας. Η δοκιμή είναι βολική και προκαλεί μικρή ζημιά στο υλικό.

Στα πρότυπα δοκιμών σκληρότητας Rockwell για σύνθετα πολυμερή υλικά Peek, χρησιμοποιούνται ευρέως η κλίμακα R (HRR) και η κλίμακα M (HRM), μεταξύ των οποίων η κλίμακα R εφαρμόζεται σχετικά συχνότερα.

Για τα περισσότερα μη ενισχυμένα ή χαμηλής ενίσχυσης καθαρά υλικά Peek (π.χ., περιεκτικότητα σε υαλοβάμβακα ≤ 30%), η κλίμακα R είναι συνήθως η προτιμώμενη επιλογή. Αυτό συμβαίνει επειδή η κλίμακα R είναι κατάλληλη για σχετικά μαλακά πλαστικά, η σκληρότητα των καθαρών υλικών Peek κυμαίνεται γενικά από περίπου HRR110 έως HRR120, η οποία εμπίπτει στο εύρος μέτρησης της κλίμακας R, επιτρέποντας την ακριβή απεικόνιση των τιμών σκληρότητάς τους. Επιπλέον, τα δεδομένα από αυτήν την κλίμακα έχουν ισχυρότερη καθολικότητα στον κλάδο κατά τον έλεγχο της σκληρότητας τέτοιων υλικών.

Για σύνθετα υλικά Peek υψηλής ενίσχυσης (π.χ., περιεκτικότητα σε ίνες γυαλιού/ίνες άνθρακα ≥ 30%), η κλίμακα M χρησιμοποιείται συχνά λόγω της υψηλότερης σκληρότητάς τους. Η κλίμακα M εφαρμόζει μεγαλύτερη δύναμη δοκιμής, η οποία μπορεί να μειώσει την επίδραση των ινών ενίσχυσης στις εσοχές και να οδηγήσει σε πιο σταθερά δεδομένα δοκιμών.

Η δοκιμή σκληρότητας Rockwell των σύνθετων πολυμερών PEEK πρέπει να συμμορφώνεται με τα πρότυπα ASTM D785 ή ISO 2039-2. Η βασική διαδικασία περιλαμβάνει την εφαρμογή ενός συγκεκριμένου φορτίου μέσω ενός διαμαντένιου εγκοπτήρα και τον υπολογισμό της τιμής σκληρότητας με βάση το βάθος εσοχής. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας δοκιμής, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στον έλεγχο της προετοιμασίας του δείγματος και του περιβάλλοντος δοκιμής για να διασφαλιστεί η ακρίβεια της τιμής αποτελέσματος. Δύο βασικές προϋποθέσεις πρέπει να σημειωθούν κατά τη διάρκεια της δοκιμής:

1. Απαιτήσεις Δείγματος: Το πάχος πρέπει να είναι ≥ 6 mm και η τραχύτητα της επιφάνειας (Ra) πρέπει να είναι ≤ 0,8 μm. Αυτό αποτρέπει την παραμόρφωση των δεδομένων που προκαλείται από ανεπαρκές πάχος ή ανώμαλη επιφάνεια.

2. Περιβαλλοντικός έλεγχος: Συνιστάται η διεξαγωγή δοκιμών σε περιβάλλον με θερμοκρασία 23±2℃ και σχετική υγρασία 50±5%. Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τις μετρήσεις σκληρότητας πολυμερών υλικών όπως το Peek.

Διαφορετικά πρότυπα έχουν ελαφρώς διαφορετικές διατάξεις για τις διαδικασίες δοκιμών, επομένως οι παρακάτω βάσεις που πρέπει να ακολουθούνται πρέπει να ορίζονται με σαφήνεια σε πραγματικές λειτουργίες.

Η σκληρότητα ορισμένων ενισχυμένων σύνθετων υλικών PEEK μπορεί ακόμη και να υπερβεί το HRC 50. Είναι απαραίτητο να ελέγχονται οι μηχανικές τους ιδιότητες εξετάζοντας δείκτες όπως η αντοχή σε εφελκυσμό, η αντοχή σε κάμψη και η αντοχή σε κρούση. Θα πρέπει να διεξάγονται τυποποιημένες δοκιμές σύμφωνα με διεθνή πρότυπα όπως το ISO και το ASTM για να διασφαλίζεται η σταθερότητα της ποιότητας και της απόδοσής τους, καθώς και για να εγγυάται η ασφάλεια και η αξιοπιστία των εφαρμογών τους σε σχετικούς τομείς.