اختبار صلابة روكويل لمركبات بوليمر PEEK

مادة PEEK (بولي إيثر إيثر كيتون) هي مادة مركبة عالية الأداء تُصنع بدمج راتنج PEEK مع مواد تقوية مثل ألياف الكربون، والألياف الزجاجية، والسيراميك. تتميز مواد PEEK ذات الصلابة العالية بمقاومة أفضل للخدش والتآكل، مما يجعلها مناسبة لتصنيع الأجزاء والمكونات المقاومة للتآكل والتي تتطلب دعماً عالي القوة. تُمكّن الصلابة العالية لمادة PEEK من الحفاظ على شكلها دون تغيير حتى بعد تحمل الإجهاد الميكانيكي والاستخدام طويل الأمد، مما يسمح باستخدامها على نطاق واسع في مجالات مثل الطيران والفضاء، والسيارات، والرعاية الطبية.

بالنسبة لمواد PEEK، تُعدّ الصلابة مؤشرًا هامًا لقدرة المادة على مقاومة التشوه تحت تأثير القوى الخارجية. وتؤثر الصلابة تأثيرًا حاسمًا على أدائها وتطبيقاتها. تُقاس الصلابة عادةً بمقياس روكويل، وخاصةً مقياس HRR، المناسب للبلاستيك متوسط ​​الصلابة. يتميز هذا الاختبار بسهولته وقلة الضرر الذي يُلحقه بالمادة.

في معايير اختبار صلابة روكويل لمواد البوليمر المركبة Peek، يتم استخدام مقياس R (HRR) ومقياس M (HRM) على نطاق واسع، ومن بينها يتم تطبيق مقياس R بشكل أكثر شيوعًا نسبيًا.

بالنسبة لمعظم مواد البولي إيثيلين إيثر كيتون النقية غير المدعمة أو ذات التدعيم المنخفض (مثلًا، محتوى الألياف الزجاجية ≤ 30%)، يُعد مقياس R الخيار الأمثل عادةً. وذلك لأن مقياس R مناسب للبلاستيك اللين نسبيًا، حيث تتراوح صلابة مواد البولي إيثيلين إيثر كيتون النقية عمومًا بين 110 و120 HRR، وهو ما يقع ضمن نطاق قياس مقياس R، مما يسمح بعكس قيم صلابتها بدقة. إضافةً إلى ذلك، تتمتع البيانات المستقاة من هذا المقياس بمصداقية أكبر في الصناعة عند اختبار صلابة هذه المواد.

بالنسبة للمواد المركبة من نوع PEEK عالية التقوية (مثل تلك التي تحتوي على نسبة ألياف زجاجية/كربونية ≥ 30%)، يُستخدم مقياس M غالبًا نظرًا لصلابتها العالية. يطبق مقياس M قوة اختبار أكبر، مما يقلل من تأثير ألياف التقوية على الانبعاجات ويؤدي إلى بيانات اختبار أكثر استقرارًا.

يجب أن يتوافق اختبار صلابة روكويل لمركبات بوليمر PEEK مع معايير ASTM D785 أو ISO 2039-2. تتضمن العملية الأساسية تطبيق حمل محدد باستخدام رأس ماسي وحساب قيمة الصلابة بناءً على عمق الانضغاط. خلال عملية الاختبار، يجب إيلاء اهتمام خاص للتحكم في تحضير العينة وبيئة الاختبار لضمان دقة قيمة النتيجة. يجب مراعاة شرطين أساسيين أثناء الاختبار:

1. متطلبات العينة: يجب أن يكون سمك العينة ≥ 6 مم، وأن تكون خشونة السطح (Ra) ≤ 0.8 ميكرومتر. هذا يمنع تشوه البيانات الناتج عن عدم كفاية السمك أو عدم استواء السطح.

2. التحكم البيئي: يُوصى بإجراء الاختبارات في بيئة ذات درجة حرارة 23±2 درجة مئوية ورطوبة نسبية 50±5%. إذ يمكن أن تؤثر تقلبات درجة الحرارة بشكل كبير على قراءات صلابة المواد البوليمرية مثل البولي إيثيلين تيريفثالات (PEEK).

تختلف المعايير المختلفة قليلاً في أحكامها المتعلقة بإجراءات الاختبار، لذلك يجب تحديد الأساس الذي يجب اتباعه بوضوح في العمليات الفعلية.

قد تتجاوز صلابة بعض المواد المركبة المقواة من مادة PEEK قيمة HRC 50. لذا، من الضروري اختبار خصائصها الميكانيكية من خلال فحص مؤشرات مثل مقاومة الشد، ومقاومة الانحناء، ومقاومة الصدمات. ينبغي إجراء اختبارات موحدة وفقًا للمعايير الدولية مثل ISO وASTM لضمان استقرار جودتها وأدائها، فضلًا عن ضمان سلامة وموثوقية استخدامها في المجالات ذات الصلة.