Испытание на твердость по Роквеллу полимерных композитов PEEK

Полиэфирэфиркетон (PEEK) — это высокоэффективный композитный материал, получаемый путем соединения смолы PEEK с армирующими материалами, такими как углеродное волокно, стекловолокно и керамика. Материалы PEEK с более высокой твердостью обладают лучшей устойчивостью к царапинам и истиранию, что делает их пригодными для изготовления износостойких деталей и компонентов, требующих высокой прочности. Высокая твердость PEEK позволяет ему сохранять свою форму даже после механического воздействия и длительной эксплуатации, что обеспечивает его широкое применение в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и медицина.

Для материалов PEEK твердость является важным показателем способности материала сопротивляться деформации под воздействием внешних сил. Твердость оказывает решающее влияние на их эксплуатационные характеристики и области применения. Твердость обычно измеряется по шкале Роквелла, особенно по шкале HRR, которая подходит для пластмасс средней твердости. Этот метод удобен и наносит материалу минимальный ущерб.

В стандартах измерения твердости по Роквеллу для полимерных композитных материалов на основе PeEK широко используются шкалы R (HRR) и M (HRM), при этом шкала R применяется относительно чаще.

Для большинства неармированных или слабоармированных материалов на основе чистого полиэфирэфиркетона (например, с содержанием стекловолокна ≤ 30%) обычно предпочтительнее использовать шкалу R. Это связано с тем, что шкала R подходит для относительно мягких пластиков, твердость материалов на основе чистого полиэфирэфиркетона обычно колеблется от приблизительно HRR110 до HRR120, что находится в пределах диапазона измерения шкалы R, позволяя точно отразить их значения твердости. Кроме того, данные, полученные по этой шкале, обладают большей универсальностью в отрасли при тестировании твердости таких материалов.

Для композитных материалов на основе полиэфиркетона (PEEK) с высоким содержанием армирующих волокон (например, стекловолокно/углеродное волокно ≥ 30%) часто используется шкала М из-за их более высокой твердости. Шкала М предполагает приложение большей силы при испытании, что может уменьшить влияние армирующих волокон на вдавливание и привести к более стабильным данным испытаний.

Испытание полимерных композитов PEEK на твердость по Роквеллу должно соответствовать стандартам ASTM D785 или ISO 2039-2. Основной процесс включает в себя приложение определенной нагрузки с помощью алмазного индентора и расчет значения твердости на основе глубины вдавливания. В процессе испытания необходимо уделять особое внимание контролю подготовки образца и условий проведения испытания для обеспечения точности результата. При проведении испытаний необходимо соблюдать два ключевых условия:

1. Требования к образцу: Толщина должна быть ≥ 6 мм, а шероховатость поверхности (Ra) — ≤ 0,8 мкм. Это позволит избежать искажения данных, вызванного недостаточной толщиной или неровной поверхностью.

2. Контроль окружающей среды: Рекомендуется проводить испытания в условиях температуры 23±2℃ и относительной влажности 50±5%. Колебания температуры могут существенно повлиять на показания твердости полимерных материалов, таких как Peek.

Различные стандарты содержат несколько отличающиеся положения относительно процедур тестирования, поэтому нижеизложенные принципы, которым следует руководствоваться, должны быть четко определены в ходе реальной эксплуатации.

Твердость некоторых армированных композитных материалов на основе PEEK может даже превышать HRC 50. Необходимо проверять их механические свойства, исследуя такие показатели, как прочность на растяжение, прочность на изгиб и ударная вязкость. Стандартизированные испытания должны проводиться в соответствии с международными стандартами, такими как ISO и ASTM, чтобы обеспечить стабильность их качества и характеристик, а также гарантировать безопасность и надежность их применения в соответствующих областях.