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Härteprüfungen an Kunststoffen

ISO 2039-1, ISO 2039-2, ISO 48-4, ISO 868, ASTM D2240, ASTM D785, ISO 19278

Im Bereich der Kunststoffe werden mehrere Verfahren zur Härteprüfung angewendet. Je nach Zielsetzung der Messungen können unterschiedliche Verfahren interessant sein. Diese können im Nano-, Mikro- oder Makrobereich angesiedelt sein.

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Verfahren der Härteprüfung

Im Bereich der Polymerprüfung werden mehrere Verfahren zur Härteprüfung angewendet. Je nach Zielsetzung der Messungen können unterschiedliche Verfahren interessant sein. Diese können im Nano-, Mikro- oder Makrobereich angesiedelt sein.

Shore-Härte ISO 868, ASTM D2240, ISO 48-1 und -4, ASTM D 2240

  • Die Shore-Härte wird an Kunststoff nach ISO 868 oder ASTM D2240 gemessen. Das Messverfahren ist einfach zu bedienen und kann mit tragbaren Geräten leicht durchgeführt werden. Härtemessungen nach Shore haben eine sehr große Verbreitung in der Qualitätssicherung und gehören zu den makroskopischen Verfahren. Für Laborversuche empfiehlt sich der Einsatz des Gerätes in einem Prüfständer. Die Kalibrierung der Geräte ist in ISO 21509 beschrieben. 
  • Die Shore-Härte an Gummi und Elastomeren wird nach ISO 48-1, ISO 48-4, ISO 48-7 oder  ASTM D 2240 gemessen. ISO 48-9 beschreibt die Kalibrierung der Geräte. Der wesentliche Unterschied innerhalb der ISO-Normen gegenüber der Messung an Kunststoffen ist die Einwirkzeit des Eindringkörpers. 
  • In beiden Fällen wird gemessen, 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, desto geringer ist die Eindringtiefe, aber umso höher ist die Belastung des Eindringkörpers. Die Shorehärte wird auf einer Skala von 0 bis 100 Shore abgebildet. Die Auflagekraft des Anpressfußes des Geräts auf der Oberfläche des Probekörpers bestimmt die Nulllage. Sie beträgt je nach Norm rund 10 N bei Shore A und rund 50 N bei Shore D.
  • Durch verschiedene 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 entstanden. Der Anwendungsbereich beginnt bei weichen Elastomeren (Shore A) und endet bei härteren thermoplastischen Kunststoffen (Shore D).
  • Analoges und digitales Shore-Härteprüfgerät
    ZwickRoell liefert Härteprüfgeräte nach Shore mit Analoganzeigen sowie digitale Ausführungen mit Displayanzeige und PC-Anschlussmöglichkeiten. Die Prüfgeräte sind mit spielfrei eingestellten Linearkugellagern ausgestattet und arbeiten nahezu reibungsfrei. Die Federrate kann in der Kalibrierung exakt justiert werden um die von den Normen vorgegebenen Kräfte bei jedem Shore-Wert einzuhalten. So werden die von den Normenvorgegebenen Toleranzen exakt eingehalten und eine hohe Wiederholpräzision der Ergebnisse ermöglicht. 

mehr Information zur Shore Härteprüfung

Kugeldruckhärte ISO 2039-1

  • 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.

Rockwellhärteprüfung ISO 2039-2, ASTM D 785

  • 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.

Instrumentierte Härteprüfung ISO 19278 (Entwurf)

  • 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.
Rockwell Härteprüfgeräte
  • Die Rockwell Härteprüfgeräte von ZwickRoell zeichnen sich durch eine Eindringkörperhalterung für Härteprüfung an schwer zugänglichen Messstellen aus.
  • Die Härteprüfgeräte der ZHR Produktfamilie decken folgende Verfahren ab:
    • Klassische Rockwell Härteprüfung (ZHR4150) nach ISO 6508, ASTM E18 Vorkraft: 10 kg. Prüfbelastung: 60, 100, 150 kg Skalen: A B C D E F G H K L M P R S V
    • Super-Rockwell (ZHR4045) nach ISO 6508, ASTM E18 Vorkraft: 3 kg . Prüfbelastung: 15, 30, 45 kg Skalen: N T W X Y
    • Universal-Rockwell (ZHR8150) nach ISO 6508, ASTM E18 Vorkraft: 3, 10 kg. Prüfbelastung: 15, 30, 45, 60, 100, 150 kg Skalen: A B C D E F G H K L M N P R S Y V W X Y
    • Rockwell für Kunststoffe (LKP) nach ISO 2039-2 und ASTM D785 (A & B)

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