Härteprüfung Kunststoffe
Die Härteprüfung von Kunststoffen spielt eine wichtige Rolle in verschiedenen Anwendungen, um die mechanischen Eigenschaften und die Qualität von Kunststoffmaterialien zu bewerten. Die Härte von Kunststoffen und Hartgummi wird vorzugsweise durch eine Kugel als Prüfkörper ermittelt. Damit wird die Kugeldruckhärte oder die Rockwellhärte Alpha nach ISO 2039-2 bestimmt. Für die Bestimmung der Härte von Lackschichten wird entweder die Bleistift- oder die Buchholzhärteprüfung eingesetzt.
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Warum ist die Härteprüfung von Kunststoffen wichtig?
- Materialqualität und -verarbeitung: Die Härteprüfung dient zur Beurteilung der Qualität von Kunststoffen, sowohl im Rohzustand als auch nach der Verarbeitung. Unterschiedliche Kunststoffe und Verarbeitungsmethoden können zu unterschiedlichen Härtegraden führen, die wichtige Informationen für die Herstellung von Produkten liefern.
- Produktdesign und -entwicklung: Bei der Konstruktion von Produkten aus Kunststoff ist die Kenntnis der Härte wichtig. Je nach Anwendung können unterschiedliche Härtegrade erforderlich sein, um den spezifischen Anforderungen an Festigkeit, Flexibilität oder Haltbarkeit gerecht zu werden.
- Qualitätskontrolle: In der Kunststoffindustrie wird die Härteprüfung zur Qualitätskontrolle während der Produktion eingesetzt. Sie stellt sicher, dass die Kunststoffprodukte die geforderten mechanischen Eigenschaften aufweisen.
- Werkstoffcharakterisierung: Die Härteprüfung liefert Informationen über die Festigkeit und Beständigkeit von Kunststoffen. Dies ist besonders wichtig bei der Auswahl von Kunststoffen für bestimmte Anwendungen, sei es in der Automobilindustrie, im Bauwesen oder in der Medizintechnik.
- Verschleißfestigkeit: Die Härteprüfung kann Informationen über die Verschleißfestigkeit von Kunststoffen liefern. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen, bei denen Kunststoffbauteile Reibung oder Abrieb ausgesetzt sind.
Es gibt verschiedene Verfahren zur Härteprüfung von Kunststoffen, wobei die Kugeldruckhärteprüfung, die Rockwellhärteprüfung und die Shore-Härteprüfung am häufigsten angewendet werden. Die Shore-Härteprüfung wird weiter unterteilt in die Shore-Skala A für weiche Kunststoffe und die Shore-Skala D für härtere Kunststoffe.
Härteprüfverfahren Kunststoffe
- Kugeldruckhärteprüfung nach ISO 2039-1
- Rockwellhärteprüfung nach ISO 2039-2
- Shore A, D nach ISO 48-4 (früher ISO 7619-1) , ISO 868
- Shore OO nach ASTM D2240
- Micro Shore A nach Bareiss-Norm
- IRHD M (Mikro) nach ISO 48-2 (incl. Hysteresemessung)
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Kugeldruckhärte und Rockwellhärte
- In der Norm ISO 2039-1 wird die Bestimmung der Kugeldruckhärte HB von Kunstoffen mittels des Kugeleindrucksversuchs (Kugeldruckhärteprüfung) beschrieben. Dabei dringt ein Eindringkörper mit 5 mm und einer Prüfkraft von 49 N, 132 N, 358 N oder 961 N in die zu prüfende Probe ein. Aus der gemessen Eindringtiefe werden die Oberfläche des Eindrucks und anschließend die Härte errechnet. Die Prüflast ist so zu wählen, dass die Eindringtiefe 0,15 – 0,35 mm beträgt.
- Die Norm ISO 2039-2 beschreibt die Bestimmung der Rockwellhärte HR für Kunststoffe nach den Rockwell-Härteskalen E, L, M und R. Die Prüfkraft beträgt 588,4 N oder 980,7N und die Kugeldurchmesser sind je nach Skala 3.175 mm, 6.35 mm, 12.7 mm. Bei diesem Prüfverfahren wird aus der Eindringtiefe der Härtewert bestimmt. Im Unterschied zur Kugeldruckhärteprüfung wird bei der Rockwell-Härteprüfung die Eindringtiefe bei einer definierten Vorlast bestimmt.
Beide Härteprüfverfahren werden mit einer Härteprüfmaschine durchgeführt. Es handelt sich bei diesen Verfahren um Tiefen-Messverfahren, d.h. der Härtewert wird aus der Eindringtiefe des Prüfkörpers in den Probenkörper berechnet. Als Eindringkörper dient eine gehärtete Stahlkugel mit verschiedenen Durchmessern.
Shore-Härteprüfung
Die Shore-Härteprüfung ist eine Methode zur Bestimmung der Härte von elastischen Materialien, insbesondere von Kunststoffen und Gummi. Diese Prüfung basiert auf der Eindringung eines speziellen kegelförmigen oder kugelförmigen Prüfkörpers in die Materialoberfläche unter einer definierten Federkraft. Es gibt zwei Hauptskalen in der Shore-Härteprüfung: Shore A für weiche Materialien und Shore D für härtere Materialien.
Die Shore-Härteprüfungen nach den Skalen A, D und OO ist nur für die Härteprüfung an Prüfplatten der Mindestdicke von 4-6 mm zugelassen, in der Regel das Ausgangsmaterial. Jedoch ist die Härteprüfung am Fertigteil zielführender, aber an diesen steht meistens nur sehr wenig Material für die Bestimmung der Härte zur Verfügung. Dazu steht das sogenannte Micro Shore A Härteprüfverfahren zur Verfügung. Der ideale Messbereich für das Micro Shore A liegt, analog zu dem in ISO 48-4 beschriebenen Shore A-Härteprüfverfahren, zwischen 20 und 90 Micro Shore A.
Bleistift Härteprüfung
Die Bleistift-Härteprüfung dient dazu die Widerstandsfähigkeit einer Beschichtungsoberfläche gegen das Eindringen bzw. Einkratzen mittels einer Bleistiftspitze zu bestimmen. Diese schnelle Prüfung ist geeignet, um die Härten von weichen Beschichtungen relativ zueinander zu vergleichen. Es dient dazu relative Bewertungen für eine Reihe von beschichteten Platten zu liefern, die deutliche Unterschiede bzgl. der Härte durch Testen mit Bleistiften aufweisen. Die Bleistift-Härteprüfung erfolgt nach DIN EN ISO 15184 oder er ASTM 3363 indem Bleistifte mit verschiedenen Härtegraden über die zu prüfende Probe geführt werden.
Buchholz Härteprüfung
Die Härteprüfung nach Buchholz nach ISO 2815 dient zur Bestimmung des Eindruckwiderstandes von polymeren Beschichtungsstoffen (wie z. B. Lacken). Zur Ermittlung der Buchholzhärte wird der Härteprüfer auf eine Oberfläche gestellt. Dort hinterlässt der Eindringkörper, ein kreisförmiges Messer, einen Eindruck. Die Länge des Eindrucks wird anschließend mit einem Mikroskop vermessen und daraus die Schichthärte bestimmt.