PEEKポリマー複合材料のロックウェル硬さ試験

PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）は、PEEK樹脂に炭素繊維、ガラス繊維、セラミックスなどの強化材を複合させた高性能複合材料です。硬度の高いPEEKは、耐傷性や耐摩耗性に優れているため、高強度の支持が求められる耐摩耗部品や部材の製造に適しています。PEEKは高い硬度を有しており、機械的ストレスや長期使用にも耐え、形状変化が少ないため、航空宇宙、自動車、医療などの分野で幅広く使用されています。

PEEK材料にとって、硬度は外力に対する材料の変形抵抗力を示す重要な指標です。硬度は、PEEK材料の性能と用途に決定的な影響を与えます。硬度は通常、ロックウェル硬度、特に中硬さのプラスチックに適したHRRスケールで測定されます。この試験は簡便で、材料への損傷もほとんどありません。

PEEKポリマー複合材料のロックウェル硬度試験規格では、Rスケール（HRR）とMスケール（HRM）が広く使用されていますが、その中でもRスケールが比較的よく適用されています。

強化されていない、または低強化の純粋PEEK材料（例：ガラス繊維含有量≤30%）のほとんどでは、通常、Rスケールが推奨されます。これは、Rスケールが比較的柔らかいプラスチックに適しているためです。純粋PEEK材料の硬度は一般的にHRR110～120程度で、Rスケールの測定範囲内であるため、硬度値を正確に反映できます。さらに、このスケールのデータは、このような材料の硬度試験において、業界内でより高い汎用性を持っています。

高強度PEEK複合材料（例：ガラス繊維/炭素繊維含有量30%以上）の場合、硬度が高いため、Mスケールがよく使用されます。Mスケールではより大きな試験力が適用されるため、強化繊維が圧痕に与える影響が軽減され、より安定した試験データが得られます。

PEEKポリマー複合材のロックウェル硬さ試験は、ASTM D785またはISO 2039-2規格に準拠する必要があります。試験の基本プロセスは、ダイヤモンド圧子を用いて特定の荷重を加え、圧痕の深さに基づいて硬さ値を算出することです。試験プロセス中は、結果値の精度を確保するために、サンプル調製と試験環境の管理に特別な注意を払う必要があります。試験中は、以下の2つの重要な前提条件に注意する必要があります。

1. サンプル要件：厚さは6mm以上、表面粗さ（Ra）は0.8μm以下とします。これにより、厚さ不足や表面の凹凸によるデータの歪みを回避できます。

2. 環境管理：試験は、温度23±2℃、相対湿度50±5%の環境で実施することをお勧めします。温度変動は、PEEKのようなポリマー材料の硬度測定値に大きな影響を与える可能性があります。

規格によってテスト手順の規定は若干異なるため、実際の運用では従うべき以下の基準を明確に定義する必要があります。

一部の強化PEEK複合材料の硬度はHRC 50を超えることもあります。引張強度、曲げ強度、衝撃強度といった指標を用いて機械的特性を試験する必要があります。品質と性能の安定性を確保し、関連分野における用途の安全性と信頼性を保証するために、ISOやASTMなどの国際規格に準拠した標準化された試験を実施する必要があります。