Kiểm tra độ cứng Rockwell của vật liệu composite polymer PEEK

PEEK (polyetheretherketone) là một loại vật liệu composite hiệu suất cao được tạo ra bằng cách kết hợp nhựa PEEK với các vật liệu gia cường như sợi carbon, sợi thủy tinh và gốm sứ. Vật liệu PEEK có độ cứng cao hơn có khả năng chống trầy xước và mài mòn tốt hơn, thích hợp để sản xuất các bộ phận và linh kiện chịu mài mòn cần độ bền cao. Độ cứng cao của PEEK cho phép nó duy trì hình dạng không thay đổi ngay cả sau khi chịu ứng suất cơ học và sử dụng lâu dài, nhờ đó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, ô tô và y tế.

Đối với vật liệu PEEK, độ cứng là một chỉ số quan trọng về khả năng chống biến dạng dưới tác động của lực bên ngoài. Độ cứng có ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất và ứng dụng của chúng. Độ cứng thường được đo bằng độ cứng Rockwell, đặc biệt là thang đo HRR, phù hợp với các loại nhựa có độ cứng trung bình. Phương pháp thử nghiệm này tiện lợi và gây ít hư hại cho vật liệu.

Trong các tiêu chuẩn kiểm tra độ cứng Rockwell đối với vật liệu composite polymer PEEK, thang đo R (HRR) và thang đo M (HRM) được sử dụng rộng rãi, trong đó thang đo R được áp dụng phổ biến hơn.

Đối với hầu hết các vật liệu Peek nguyên chất không gia cường hoặc gia cường thấp (ví dụ: hàm lượng sợi thủy tinh ≤ 30%), thang đo R thường là lựa chọn ưu tiên. Điều này là do thang đo R phù hợp với các loại nhựa tương đối mềm, độ cứng của vật liệu Peek nguyên chất thường nằm trong khoảng từ HRR110 đến HRR120, nằm trong phạm vi đo của thang đo R — cho phép phản ánh chính xác giá trị độ cứng của chúng. Ngoài ra, dữ liệu từ thang đo này có tính phổ quát cao hơn trong ngành khi kiểm tra độ cứng của các vật liệu như vậy.

Đối với vật liệu composite PEEK có độ bền cao (ví dụ: hàm lượng sợi thủy tinh/sợi carbon ≥ 30%), thang đo M thường được sử dụng do độ cứng cao hơn của chúng. Thang đo M áp dụng lực thử lớn hơn, có thể làm giảm tác động của các sợi gia cường lên vết lõm và dẫn đến dữ liệu thử nghiệm ổn định hơn.

Việc kiểm tra độ cứng Rockwell của vật liệu composite polymer PEEK phải tuân thủ tiêu chuẩn ASTM D785 hoặc ISO 2039-2. Quy trình cốt lõi bao gồm việc tác dụng một tải trọng cụ thể thông qua đầu đo kim cương và tính toán giá trị độ cứng dựa trên độ sâu vết lõm. Trong quá trình thử nghiệm, cần đặc biệt chú ý đến việc kiểm soát quá trình chuẩn bị mẫu và môi trường thử nghiệm để đảm bảo độ chính xác của giá trị kết quả. Hai điều kiện tiên quyết quan trọng cần được lưu ý trong quá trình thử nghiệm:

1. Yêu cầu về mẫu: Độ dày phải ≥ 6 mm và độ nhám bề mặt (Ra) phải ≤ 0,8 μm. Điều này giúp tránh sai lệch dữ liệu do độ dày không đủ hoặc bề mặt không đồng đều.

2. Kiểm soát môi trường: Nên tiến hành thử nghiệm trong môi trường có nhiệt độ 23±2℃ và độ ẩm tương đối 50±5%. Sự dao động nhiệt độ có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đo độ cứng của các vật liệu polymer như Peek.

Các tiêu chuẩn khác nhau có những quy định hơi khác nhau về quy trình thử nghiệm, vì vậy, các nguyên tắc cơ bản cần tuân theo dưới đây phải được xác định rõ ràng trong hoạt động thực tế.

Độ cứng của một số vật liệu composite PEEK gia cường thậm chí có thể vượt quá HRC 50. Cần phải kiểm tra các tính chất cơ học của chúng bằng cách xem xét các chỉ số như độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập. Các thử nghiệm tiêu chuẩn nên được tiến hành theo các tiêu chuẩn quốc tế như ISO và ASTM để đảm bảo tính ổn định về chất lượng và hiệu suất, cũng như đảm bảo an toàn và độ tin cậy khi ứng dụng chúng trong các lĩnh vực liên quan.