Folgende konventionelle Härteprüfverfahren sind im Rahmen der Kunststoffprüfung bekannt:

Welches Härteprüfverfahren angewendet werden kann bzw. sollte, hängt unter anderem von der Charakteristik des zu untersuchenden Werkstoffes ab. Wesentliche Unterschiede der genannten Prüfverfahren bestehen z.B. in der Form und Größe der Indenter (Eindringkörper).
Mit der instrumentierten (auch registrierenden) Härteprüfung an Kunststoffen können im Vergleich zur konventionellen Härteprüfung erweiterte Aussagen über das viskoelastisch-plastische Verhalten von Kunststoffen abgeleitet werden. Dazu wird während des Eindringvorganges die Kraft sowie die Eindringtiefe registriert. Das Bild zeigt den prinzipiellen Kraft-Eindringtiefen-Verlauf. Darüber hinaus sind in dem Bild auch eine Möglichkeit der Auswertung derartiger Diagramme dargestellt, die z.B. die Bewertung des plastischen Anteils der Gesamtverformung oder die Ermittlung des Eindringmoduls aus dem Anstieg der Tangente an die Entlastungsgerade erlauben.
Für derartige instrumentierte Härteprüfungen können speziell ausgerüstete Härteprüfsysteme verwendet werden, jedoch besteht es auch die Möglichkeit, Universalprüfmaschinen mit entsprechenden Prüfköpfen auszurüsten.



Bild: Kraft-Eindringtiefen-Kurve (a - Belastungskurve, b - Entlastungskurve)

Die instrumentierte Makrohärteprüfung mit Prüfkörpertemperierung stellt eine Erweiterung der registrierenden Härteprüfung dar, die normalerweise bei Raumtemperatur durchgeführt wird. Da die Härte von Polymerwerkstoffen in Analogie zu anderen mechanischen Eigenschaften sehr stark von der Prüftemperatur beeinflusst wird, kann mit dieser Neuentwicklung die Abhängigkeit der Härte von der Prüftemperatur als auch das Kriech- und Relaxationsverhalten von Kunststoffen und Kunststoffverbunden mit unterschiedlichen Indentergeometrien untersucht werden. Ein weiteres Applikationsgebiet dieses Geräteprototyps ist die Eindruckbruchmechanik, die aufgrund des zumeist duktilen Verhaltens der Kunststoffe bei Raumtemperatur nicht anwendbar ist, aber bei niedrigen Temperaturen insbesondere auch unter dem Gesichtspunkt geringer Probenmengen wie z.B. in der Elektronik oder Mikrosystem-technik zur bruchmechanischen Zähigkeitscharakterisierung von Interesse ist. Der prinzipielle Aufbau des Messystems mit angeschlossener Temperierkammer im Bereich von 20 °C bis –100 °C ist im nachfolgenden Bild dargestellt. Für Untersuchungen im Temperaturbereich von 20 °C bis +100 °C kann die Kammer mit einem Heiztischsystem umgerüstet werden.



Bild: Schematischer Aufbau der instrumentierten Makrohärte mit Temperierkammer
Aufgrund der adaptierten Temperierung muss im Gegensatz zur instrumentierten Härteprüfung ohne Temperierung ein verlängerter Tastfuß und Intender verwendet werden. Da das Messsystem mit einer relativen Eindringtiefenmessung zwischen Tastring und Indenter arbeitet, ist bei diesem Prüfverfahren keine Temperaturkompensation des Messergebnisses erforderlich. Der Arbeitsabstand wird mit einer Referenzmessung ermittelt, die beim Proben- und Temperaturwechsels durchgeführt werden muss.

Für die Temperierkammer gibt es jeweils ein Plattenpaar für den Heiz- oder Kühlbetrieb, wobei die Temperaturregelung über einen modifizierten Eurotherm-Regler mit jeweils zwei Thermofühlern realisiert wird. Die Thermofühler sind mittig in die untere und obere Platte integriert. Die Kaskadenregelung ist so ausgelegt, dass der obere Thermofühler als Master arbeitet, welcher den eingestellten Sollwert der Temperatur ansteuert. Der untere Thermofühler regelt den Slave-Regelkreis, was bedeutet, dass die untere Platte ca. 10 K Unterschied zur oberen Platte hat, wodurch ein nur geringes Überschwingen und ein schnelles Erreichen des Sollwertes gewährleistet werden kann. Das Regelverhalten des Systems kann über den angeschlossenen Computer kontrolliert werden.
Bei der Adaptierung der Härteprüfung an eine Universalprüfmaschine hat man den Vorteil, dass verschiedene Regelsteuerungen und Versuchsarten gewählt werden können. So besteht die Möglichkeit, dass die Prüfung über die Kraft, die Eindringtiefe oder den Traversenweg geregelt werden kann, wodurch auch Kriech- und Spannungsrelaxationsversuche in Abhängigkeit von der Prüftemperatur ermöglicht werden. Weiterhin sind verschiedene Indenter wie z.B. Vickers, Knoop oder Berkovich-Diamant, oder gehärtete Stahlkugeln sowie Hartmetallkugeln verschiedenster Durchmesser verwendbar.
Die Probengröße ist durch die Temperierkammer beschränkt und sollte nicht größer als 50 x 50 mm² in der Grundfläche und eine minimale Höhe von zehnmal der erwarteten Eindringtiefe betragen. Weiterhin müssen die Proben planparallel und glatt sein, wobei die Rauheit hier nicht so große Bedeutung wie bei der Mikrohärte besitzt. Die Positionierung der Probe in der Temperierkammer wird durch eine Mikrometerschraube mit Positionierungsschild gewährleistet (siehe Bild).
 

Bild: Probenpositionierung in der Temperierkammer
Literaturhinweis

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