Härteprüfungen

Die Shore-Härte nach ISO 7619-1, ISO 868 und ASTM D 2240 ist ein einfach zu bedienendes Messverfahren, das mit tragbaren Geräten leicht durchgeführt werden kann. Das Verfahren hat eine sehr große Verbreitung in der Qualitätssicherung und gehört zu den makroskopischen Verfahren. Für Laborversuche empfiehlt sich der Einsatz des Gerätes in einem Prüfständer.

Gemessen wird, wie tief ein Eindringkörper in das Material eindringt. Der Eindringkörper wird dabei durch eine Feder mit festgelegter Charakteristik belastet. Je größer die Härte des zu prüfenden Materials ist, umso geringer ist die Eindringtiefe, aber umso höher ist die Belastung des Eindringkörpers. Die Prüflasten liegen bei 10 N (Shore A) und bei 50 N (Shore D).

Durch die Variation verschiedener Formen der Eindringkörper und Federcharakteristiken haben sich eine Reihe unterschiedlicher Shore-Skalen etabliert. Die bekanntesten Skalen sind Shore A und D. Für spezifische Anwendungen sind weitere Skalen, wie Shore B, C, 0, 00, 000, und D0 bekannt. Der Anwendungsbereich beginnt bei weichen Elastomeren (Shore A) und endet bei thermoplastischen Kunststoffen (Shore D).

ZwickRoell liefert Härteprüfgeräte nach Shore mit Analoganzeigen sowie digitale Ausführungen mit Displayanzeige und PC-Anschlussmöglichkeiten.

Als Laborverfahren hat sich insbesondere in Europa die Kugeldruckhärte nach ISO 2039-1 etabliert. Ein kugelförmiger Eindringkörper mit 5 mm Durchmesser wird dabei mit konstanter Prüflast in den zu prüfenden Kunststoff eingedrückt. Die Eindringtiefe unter Last ist die bestimmende Größe für den Härtewert. Die Norm legt eine Auswahl von Prüflasten fest, so dass die Eindringtiefe auf einen Bereich zwischen 0,15 mm und 0,35 mm begrenzt ist.

Die hohen Prüflasten und der große Eindruck erlauben die Messung über eine große Prüffläche und damit eine starke Mittelung des Messwertes. Das Verfahren eignet sich damit zur Messung von ungefüllten wie auch von gefüllten Kunststoffen.

In der ISO 2039-2 und der ASTM D 785 sind verschiedene Rockwell-Härteskalen für die Kunststoffprüfung festgelegt. Im Gegensatz zur Kugeldruckhärte, bei der die Eindringtiefe unter Last gemessen wird, findet die Messung der Eindringtiefe bei den Rockwellverfahren jeweils an einer definierten Vorlast statt. Entsprechend der jeweiligen Rockwellskala stehen verschiedene Eindringkörper zur Verfügung.

Härteprüfverfahren, die mit einer kontinuierlichen Aufzeichnung des gesamten Kraft-Eindringverhaltens arbeiten, werden als „instrumentierte Härteprüfverfahren“ bezeichnet.

Zusätzlich zu den Einpunktkennwerten in Form eines einzelnen Härtewertes, erzeugen diese Verfahren komplette Kurvenverläufe, aus denen sich weitere interessante Werkstoffeigenschaften ablesen lassen. Die instrumentierte, registrierende Härtemessung stellt also eine Erweiterung der konventionellen Härtemessung dar.

Grundsätzlich können Verfahren der instrumentierten Härtemessung im Nano-, Mikro- oder im Makrobereich angesiedelt sein. Die Eindringkörper können in allen Geometrien, zum Beispiel als Kugel, als Kegel, als vierseitige Pyramide (Vickers) oder als dreiseitige Pyramide (Berkovic), ausgeführt werden.

Submicron-strukturierte Werkstoffe, deren Strukturen von wenigen Nanometern bis in den Bereich eines Mikrometers reichen, können mit Verfahren der Mikrohärte gemessen werden. Gefüllte oder verstärkte Polymere sowie Polymer-Blends werden mit Makroverfahren, also unter höheren Lasten, gemessen. Dadurch wird vermieden, dass entweder das Verhalten der Matrix oder das der Faser oder des Füllstoffs den Härtewert dominiert und es so zu großen Wertestreuungen kommt.

Für Metalle wurde ein solches Verfahren unter ISO 14577-1 genormt. Für Kunststoffe liegt ein erster Normungsentwurf unter ISO 19278 vor.