Rockwell-Härteprüfung von PEEK-Polymerverbundwerkstoffen

PEEK (Polyetheretherketon) ist ein Hochleistungswerkstoff, der aus PEEK-Harz und Verstärkungsmaterialien wie Kohlenstofffasern, Glasfasern und Keramik hergestellt wird. PEEK-Werkstoffe mit hoher Härte weisen eine bessere Kratz- und Abriebfestigkeit auf und eignen sich daher für die Fertigung verschleißfester Teile und Komponenten, die eine hohe Festigkeit erfordern. Dank seiner hohen Härte behält PEEK seine Form auch nach mechanischer Belastung und langjähriger Nutzung bei, wodurch es in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik breite Anwendung findet.

Bei PEEK-Werkstoffen ist die Härte ein wichtiger Indikator für die Verformungsbeständigkeit unter äußerer Krafteinwirkung. Sie hat entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten. Die Härte wird üblicherweise nach der Rockwell-Härte, insbesondere nach der HRR-Skala, gemessen, die sich für mittelharte Kunststoffe eignet. Das Prüfverfahren ist einfach und schonend für das Material.

Bei den Rockwell-Härteprüfnormen für PEEK-Polymer-Verbundwerkstoffe werden häufig die R-Skala (HRR) und die M-Skala (HRM) verwendet, wobei die R-Skala relativ häufiger Anwendung findet.

Für die meisten unverstärkten oder nur schwach verstärkten reinen PEEK-Werkstoffe (z. B. Glasfaseranteil ≤ 30 %) ist die R-Skala in der Regel die bevorzugte Wahl. Dies liegt daran, dass die R-Skala für relativ weiche Kunststoffe geeignet ist. Die Härte reiner PEEK-Werkstoffe liegt im Allgemeinen zwischen etwa HRR 110 und HRR 120 und damit innerhalb des Messbereichs der R-Skala – wodurch ihre Härtewerte präzise erfasst werden können. Darüber hinaus sind die Daten dieser Skala in der Industrie bei der Härteprüfung solcher Werkstoffe weit verbreitet.

Bei hochverstärkten PEEK-Verbundwerkstoffen (z. B. Glasfaser-/Kohlenstofffaseranteil ≥ 30 %) wird aufgrund ihrer höheren Härte häufig die M-Skala verwendet. Die M-Skala wendet eine größere Prüfkraft an, wodurch der Einfluss der Verstärkungsfasern auf die Eindrücke reduziert und stabilere Prüfdaten erzielt werden können.

Die Rockwell-Härteprüfung von PEEK-Polymerverbundwerkstoffen muss den Normen ASTM D785 oder ISO 2039-2 entsprechen. Das Kernverfahren besteht darin, eine bestimmte Last mittels eines Diamant-Eindringkörpers aufzubringen und den Härtewert anhand der Eindringtiefe zu berechnen. Während des Prüfvorgangs muss besonderes Augenmerk auf die Probenvorbereitung und die Prüfumgebung gelegt werden, um die Genauigkeit des Messergebnisses zu gewährleisten. Zwei wichtige Voraussetzungen sind bei der Prüfung zu beachten:

1. Anforderungen an die Probe: Die Dicke muss mindestens 6 mm betragen und die Oberflächenrauheit (Ra) ≤ 0,8 μm. Dadurch werden Datenverzerrungen aufgrund unzureichender Dicke oder unebener Oberfläche vermieden.

2. Umgebungsbedingungen: Es wird empfohlen, die Prüfungen in einer Umgebung mit einer Temperatur von 23 ± 2 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 ± 5 % durchzuführen. Temperaturschwankungen können die Härtemessungen von Polymerwerkstoffen wie PEEK erheblich beeinflussen.

Die verschiedenen Normen enthalten leicht unterschiedliche Bestimmungen für die Prüfverfahren, daher muss im praktischen Betrieb klar definiert werden, welche Grundlagen zu befolgen sind.

Die Härte bestimmter verstärkter PEEK-Verbundwerkstoffe kann sogar HRC 50 überschreiten. Daher ist es notwendig, ihre mechanischen Eigenschaften anhand von Indikatoren wie Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Schlagzähigkeit zu prüfen. Standardisierte Prüfungen sollten gemäß internationalen Normen wie ISO und ASTM durchgeführt werden, um die Stabilität ihrer Qualität und Leistungsfähigkeit sowie die Sicherheit und Zuverlässigkeit ihrer Anwendungen in den jeweiligen Bereichen zu gewährleisten.