Il PEEK è spesso scelto per applicazioni che richiedono una elevata capacità di resistenza all'usura superficiale, sovente in presenza di un carico di compressione. I componenti funzionali durante il loro esercizio, oltre agli elevati carichi meccanici, alle alte temperature e agli ambienti chimicamente aggressivi possono anche essere oggetto di usura. Quest’ultima è generalmente prodotta da superfici in materiale metallico, ceramico o polimerico che si muovono di moto relativo l'una contro l'altro rispetto alla superficie del componente in analisi.
Test del PEEK: la misurazione della durezza Shore D
Le proprietà del PEEK come l'eccellente resistenza allo scorrimento del materiale, il basso coefficiente di espansione termica, le proprietà autolubrificanti, il basso coefficiente di attrito, l'alta resistenza alla compressione e la capacità di mantenere le proprietà meccaniche a temperature elevate, lo rendono il materiale ideale per la realizzazione di cuscinetti a strisciamento, rondelle di spinta, anelli di tenuta, boccole e molto altro. Tuttavia, lo studio di processi tribologici risulta essere complesso, a causa della moltitudine di fattori operativi che entrano in gioco:
- tipologia di superfici accoppiate;
- macro e micro-geometria della superficie;
- comportamento del terzo corpo;
- velocità di scorrimento;
- pressione di contatto;
- temperatura di esercizio.
Uno dei test del PEEK più rapidi e semplici, che permette di fornire indicazioni sul comportamento tribologico di un materiale polimerico, è la misurazione della durezza Shore D.
Come si definisce la durezza di un materiale?
La durezza di un materiale è definita come la resistenza che questo oppone nel farsi deformare in modo plastico e permanente, per opera di uno specifico identatore forzato a penetrare attraverso la superficie del materiale da analizzare. La durezza di indentazione è inversamente correlata alla facilità di penetrazione, ma direttamente correlata al valore di modulo elastico e al comportamento viscoso del materiale.
Un materiale polimerico con un elevato valore di durezza Shore D avrà ottime proprietà di resistenza meccanica, di resistenza all’usura, all’abrasione e alla scalfitura.
Il test di durezza per la caratterizzazione del PEEK Roboze
Il test di durezza per caratterizzare il comportamento del PEEK, realizzato in collaborazione con TEC Eurolab, laboratorio accreditato di terza parte specializzato nella caratterizzazione dei materiali, è stato eseguito in accordo alla norma ASTM D2240: per materiali plastici duri come il PEEK si utilizza la scala shore D.
Come si misura un valore di durezza?
La metodologia di prova prevede di premere un penetratore con punta conica sulla superficie del materiale, con una data forza e per un determinato lasso di tempo. La lettura del valore di durezza avviene mentre il penetratore è a contatto con il campione di prova.
Prima di effettuare una misurazione, si esegue un check di calibrazione dello strumento con specifici campioni di riferimento, scegliendo lo standard con una durezza shore D correlabile a quella attesa dal campione di prova. Tale verifica è eseguita con le stesse condizioni di prova (carico e tempo d’applicazione) utilizzate per il test sul materiale da analizzare.
Processo di produzione dei provini in PEEK
Come per la prova a trazione, i requisiti produttivi dei provini in PEEK sottoposti a test sono:
- Temperatura della camera = 160°C;
- Temperatura di estrusione = 470°C;
- Velocità di stampa = 1800 mm/min;
- Altezza dello strato = 0,22 mm;
- Percentuale di riempimento = 100%;
- N.2 perimetri.
I provini utilizzati sono campioni di geometria cilindrica aventi diametro 30 mm e spessore 6 mm stampati con la base giacente nel piano XY (configurazione “flat”) e angolo di raster pari a ± 45°.
Le misurazioni sono state effettuate adoperando un durometro analogico Affri 3002 Shore D.
Prova di durezza del PEEK: i risultati
La procedura di test del PEEK prevede che il provino sia posizionato su una superficie piana dura, dove un identatore lo penetra mantenendone il parallelismo con la superficie. Infine, si legge la durezza entro un certo tempo, nel caso del test in questione pari a 1s, di contatto con il provino. Le misure vengono eseguite 3 volte sullo stesso campione e il risultato è quindi il valore medio di queste misure.
| Durezza Shore D | ASTM D2240 | 84 |
L’analisi dati mostra una perfetta concordanza tra i valori empirici e i dati presenti in letteratura per le tecnologie di produzione convenzionali. Infatti, il PEEK realizzato tramite tecnologia Injection Molding restituisce un valore di durezza pari a 85 ShD, solamente l’1,2% superiore a quanto misurato per un campione realizzato tramite tecnologia di fabbricazione additiva.
Se vuoi saperne di più e accedere a tutte le prove meccaniche, chimiche e termiche effettuate sul materiale Roboze PEEK, scarica il TDS che trovi nella pagina dedicata.