PEEK 폴리머 복합재의 로크웰 경도 시험

PEEK(폴리에테르에테르케톤)는 PEEK 수지에 탄소 섬유, 유리 섬유, 세라믹 등의 보강재를 결합하여 만든 고성능 복합 소재입니다. PEEK 소재는 경도가 높아 긁힘과 마모에 대한 저항성이 뛰어나 고강도 지지력이 요구되는 내마모성 부품 및 구성 요소 제조에 적합합니다. PEEK의 높은 경도는 기계적 스트레스와 장기간 사용 후에도 형태 변형 없이 유지되도록 해주어 항공우주, 자동차, 의료 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

PEEK 소재의 경우, 경도는 외부 힘에 의한 변형 저항성을 나타내는 중요한 지표입니다. 경도는 소재의 성능과 적용 분야에 결정적인 영향을 미칩니다. 경도는 일반적으로 로크웰 경도계, 특히 HRR(Hardware Release Rate) 척도로 측정하며, 이는 중간 경도의 플라스틱에 적합합니다. 이 시험은 간편하고 소재에 손상을 거의 주지 않습니다.

PEEK 폴리머 복합재료의 로크웰 경도 시험 표준에서는 R 스케일(HRR)과 M 스케일(HRM)이 널리 사용되며, 그중 R 스케일이 상대적으로 더 많이 적용됩니다.

대부분의 무보강 또는 저보강 순수 PEEK 소재(예: 유리섬유 함량 ≤ 30%)의 경우, R 스케일이 일반적으로 선호됩니다. 이는 R 스케일이 비교적 부드러운 플라스틱에 적합하고, 순수 PEEK 소재의 경도가 보통 HRR110~HRR120 범위에 속하여 R 스케일의 측정 범위 내에 있기 때문입니다. 따라서 R 스케일을 사용하면 경도 값을 정확하게 반영할 수 있습니다. 또한, 이 스케일의 데이터는 이러한 소재의 경도를 측정할 때 업계에서 더 높은 범용성을 가지고 있습니다.

유리섬유/탄소섬유 함량이 30% 이상인 고강도 PEEK 복합재료의 경우, 높은 경도 때문에 M 스케일이 자주 사용됩니다. M 스케일은 더 큰 시험력을 가하여 보강섬유가 압흔에 미치는 영향을 줄이고 보다 안정적인 시험 데이터를 얻을 수 있도록 합니다.

PEEK 폴리머 복합재의 로크웰 경도 시험은 ASTM D785 또는 ISO 2039-2 표준을 준수해야 합니다. 핵심 과정은 다이아몬드 압입기를 통해 특정 하중을 가하고 압입 깊이를 기준으로 경도 값을 계산하는 것입니다. 시험 과정에서 결과 값의 정확성을 확보하기 위해 시료 준비 및 시험 환경 관리에 특별히 주의를 기울여야 합니다. 시험 시 다음 두 가지 핵심 사항을 반드시 유념해야 합니다.

1. 시료 요구사항: 두께는 6mm 이상이어야 하며, 표면조도(Ra)는 0.8μm 이하여야 합니다. 이는 두께 부족 또는 표면 불균일로 인한 데이터 왜곡을 방지하기 위함입니다.

2. 환경 제어: 시험은 온도 23±2℃, 상대 습도 50±5%의 환경에서 실시하는 것이 좋습니다. 온도 변화는 PEEK와 같은 고분자 재료의 경도 측정값에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

각 표준마다 시험 절차에 대한 규정이 약간씩 다르므로, 실제 작업 시에는 따라야 할 기준을 명확하게 정의해야 합니다.

특정 강화 PEEK 복합재료의 경도는 HRC 50을 초과할 수도 있습니다. 따라서 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 등의 지표를 검사하여 기계적 특성을 평가하는 것이 필수적입니다. 이러한 재료의 품질과 성능의 안정성을 확보하고 관련 분야에서의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해서는 ISO 및 ASTM과 같은 국제 표준에 따라 표준화된 시험을 수행해야 합니다.