Понимание дюрометра (твердости):определения, использование, типы и практические примеры

Знание различных свойств материала имеет решающее значение для проектирования детали, которая может выполнять определенную функцию. Важным свойством, которое следует учитывать, является твердость (дюрометр) материала. Дюрометр — это стандартизированный метод измерения твердости материала или устойчивости к локальной деформации из-за вмятин или истирания. Его часто используют для описания твердости полимерных материалов и других неметаллов.

Твердость (дюрометр) является безразмерным показателем. Твердость конкретного материала соотносится с твердостью других материалов, при этом значения получаются по той же шкале. Для количественной оценки и сравнения твердости различных материалов были разработаны различные шкалы твердости. В этой статье будут даны определения твердости, различные типы шкалы и примеры.

Что такое твердость (твердость)?

Дюрометр относится к самой твердости или способности материала сопротивляться локализованной деформации. Его часто используют для измерения твердости полимеров и других неметаллов. Дюрометр может также относиться к твердости по Шору или дюрометру по Шору, названному в честь Альфреда Шора, который разработал шкалу твердости по Шору. Термин «дюрометр» также используется для обозначения инструмента, измеряющего твердость материалов.

Дюрометр – безразмерная величина. Это означает, что твердость материала зависит от измеренной твердости других материалов при использовании той же шкалы твердости. Значения твердости варьируются от 0 до 100. Материалы с более высокими значениями тверже, чем материалы с более низкими значениями. Например, мяч для гольфа с твердостью по Шору 90А тверже, чем ластик для карандашей с твердостью по Шору 40А. Однако важно сравнивать значения твердости только по одной шкале. Твердость 40 по шкале Шора А — это не то же самое, что твердость 40 по шкале Шора D. Это связано с тем, что значения твердости относятся к материалам одной и той же шкалы, и между значениями разных шкал не существует никакой связи.

Как использовать твердомер

Ниже описано, как провести испытание на твердость: 

1. Определите и прикрепите подходящую ножку к твердомеру. Используемая шкала твердости по Шору зависит от материала испытуемого образца, а форма и размер ножки для отпечатка зависят от шкалы твердости по Шору.
2. Положите испытуемый образец на твердую плоскую поверхность толщиной ¼ дюйма или больше.
3. Проверьте твердость материала по Шору, приложив твердомер и его ножку к поверхности испытуемого образца.
4. Запишите значение твердости по Шору.

Метод испытания одинаков независимо от используемой шкалы твердости по Шору.

Что такое шкала дюрометра (твердости)?

Шкала твердости — это классификация, которая описывает твердость различных материалов, сгруппированных по схожим характеристикам, таким как жесткость и гибкость. Некоторые шкалы твердости (дюрометра), такие как Шор А и Шор OO, предназначены для более мягких материалов. Другие, такие как Shore D, предназначены для более твердых материалов. Значения каждой шкалы варьируются от 0 до 100, при этом материалы становятся тверже по мере увеличения значения их твердости.

Какие существуют типы шкал дюрометра (твердости)?

Существует несколько различных типов шкал твердости (дюрометра), которые количественно определяют твердость различных материалов. ASTM D2240 — это стандартная измерительная система, используемая для измерения твердости термопластичных эластомеров (TPE), термореактивных (вулканизированных) каучуков и эластомерных материалов и других. 12 различных шкал твердости описаны в списке ниже:

1. А

Шкала твердости (твердости) по Шору А или типа А используется для мягких и гибких материалов, таких как мягкий, вулканизированный и натуральный каучук, ТПЭ, гибкие термореактивные и полиакриловые материалы, воск, кожа и войлок. Резиновые ленты имеют твердость около 20А, а протектор шины — около 70А. 

Чтобы узнать больше, прочтите наше полное руководство по шкале твердости по Шору A.

2. С

Шкала типа C используется для «среднетвердых» каучуков, ТПЭ и пластмасс и перекрывается со шкалой типа D. Шкала типа С предназначена для материалов, имеющих твердость выше 90В, но ниже 20D. Например, ремешок для часов, изготовленный из ТПЭ, может иметь твердость 20C или около 12D.

3. Д

Шора D или тип D используется для более твердых материалов, таких как твердая резина и жесткие термопласты, такие как поликарбонат. Например, твердость колеса скейтборда составляет примерно 50D, а твердость каски — 80D. Шкала Shore D предназначена для материалов с показателем по Шору А выше 90 А.

Чтобы узнать больше, прочтите наше полное руководство по шкале твердости по Шору D.

4. Б

Шкала типа B предназначена для умеренно твердых каучуков, ТПЭ, волокнистых материалов и бумажных изделий. Эта шкала предназначена для материалов, имеющих твердость более 90А, но ниже 20D. Хотя Шор D также используется для материалов с твердостью более 90 А, Шор В можно использовать для измерения твердости материалов, находящихся в нижнем конце шкалы Шора D. Например, ролик тележки для покупок имеет твердость 76B или примерно 90A.

5. М

Шкала типа М используется для тонких резин неправильной формы, ТПЭ и пластмасс. Примеры включают уплотнительные кольца и прокладки. Эта шкала предназначена для материалов с твердостью по Шору А от 20 до 85.

6. Э

Дюрометр типа E используется для измерения твердости мягкой резины, вспененных эластомеров и текстильных обмоток средней плотности, таких как намотанные нити и пряжа.

7. О

Шкала типа O предназначена для мягких каучуков, ТПЭ и пластмасс, а также для текстильных обмоток средней плотности. Шкала предназначена для материалов, имеющих твердость ниже 20DO.

8. ОО 

Шкала типа OO предназначена для исключительно мягких каучуков, ТПЭ, пластмасс, пенопластов, губок, тканей животных и текстильных обмоток низкой плотности. Эта шкала предназначена для материалов, имеющих твердость ниже 20О.

9. НУЖНО 

Шкала типа DO предназначена для материалов с твердостью выше 90°С. Сюда входят «умеренно твердые» каучуки, ТПЭ и плотные текстильные обмотки. 

10. ООО

Тип ООО используется для измерения невероятно мягких материалов, таких как пенопласт для костюмов, а также пенопласт с открытыми и закрытыми порами. 

11. ООО-С 

Весы типа ООО-С предназначены для измерения твердости вязкоупругих полимеров. Сюда входят такие предметы, как велосипедные сиденья, подушки для стульев и гелевые матрасы. 

12. Р

В отличие от других шкал, шкала R представляет собой не твердость по Шору, а скорее шкалу R по Роквеллу. Шкала твердости по Роквеллу аналогична шкале твердости по Шору, но часто используется для металлов, а не для пластмасс. Шкала R лучше всего подходит для металлов и твердых ТПЭ, термопластов и термореактивных материалов.

Три наиболее часто используемые шкалы — это шкалы A, D и OO. Хотя границы многих шкал твердости перекрываются (например, шкалы по Шору B и по Шору D, которые предназначены для использования с материалами с твердостью более 90 А), эти три шкалы являются всеобъемлющими и могут охватывать широкий спектр материалов с различной твердостью. Однако важно отметить, что значения твердости между разными шкалами не следует сравнивать, а значения твердости между шкалами не следует преобразовывать.

Каковы примеры материалов, которые обычно измеряются твердомером?

В списке ниже описаны некоторые материалы, твердость которых обычно измеряется твердомером:

1. Вулканизированная резина

Вулканизированные каучуки – это каучуки, отвержденные химическими процессами и нагреванием. Вулканизация делает каучуки более твердыми и эластичными, чем традиционные каучуки. Твердость вулканизированной резины часто измеряется дюрометром, чтобы инженеры могли определить, идеален ли конкретный материал для конкретного применения. Вулканизированная резина имеет твердость от 30 до 70 А и часто используется в шинах, обуви и прокладках.

2. Термопластичные эластомеры

ТПЭ используются в нескольких областях:от герметиков и амортизаторов до подошв обуви и ласт для подводного плавания. Твердость (дюрометр) измеряется для ТПЭ, поскольку ТПЭ часто используются в высокоабразивных средах, где желательны как стойкость к истиранию, так и гибкость. Твердость TPE варьируется от 20 по Шору OO до 90А. 

3. Эластомерные материалы

Эластомерные материалы обычно представляют собой термореактивные материалы, такие как пенопласты, губки и каучуки, которые проявляют эластичные или резиноподобные свойства. Эластомеры часто используются в клеях, уплотнениях и гибких деталях автомобилей, потребительских товаров, медицинских устройств и т. д. Дюрометр часто подвергается испытаниям, поскольку эти материалы подходят для широкого спектра применений, в которых важна гибкость. Твердость эластомеров чаще всего колеблется в пределах от 20А до 90А.

4. Материалы, напечатанные на 3D-принтере

Нити и полимеры для 3D-принтеров можно использовать для печати деталей, удовлетворяющих широкому спектру применений. Поэтому важно знать твердость этих материалов, чтобы обеспечить успешное проектирование детали. Значения твердости материалов, напечатанных на 3D-принтере, часто выше, чем у TPE и других эластомерных материалов. Значения твердости материалов, напечатанных на 3D-принтере, варьируются от 70 до 100 А.

5. Ячеистые материалы

Ячеистые материалы представляют собой пористые материалы, которые считаются материалами с открытыми или закрытыми порами. Примеры включают губки, пенопласт, пробку и намотанный текстиль низкой плотности. Ячеистые материалы часто используются в облегченных конструкциях, для снижения шума и поглощения энергии удара. Таким образом, твердость позволяет определить материалы, которые идеально подходят для различных применений. Твердость пористых материалов может варьироваться от 30 до 70 единиц по Шору OO.

6. Гелеобразные материалы

Гелеобразные материалы — это материалы, которые обладают характеристиками как твердых, так и жидких веществ. Примеры включают силикагели, гидрогели и гелевые стельки для обуви. Испытания по Шору ОО используются для измерения твердости гелеобразных материалов. Значения твердости обычно варьируются от 10 по Шору OO до 40 по Шору OO.

Какой твердомер является самым точным?

Ниже перечислены три наиболее точных твердомера:

1. Qualitest™ HPE III: Может считаться самым точным твердомером. Это цифровой твердомер, который обеспечивает значения твердости с точностью до одного десятичного знака. Твердость материала может меняться при колебаниях температуры. HPE III оснащен термопарами, которые могут интерпретировать температуру испытуемого образца и предоставлять точные показания, несмотря на эти колебания. По сравнению с аналоговым датчиком, цифровой датчик позволяет пользователям получить более четкое представление о твердости материала без необходимости догадываться. 
2. Тестер твердости Checkline DD-100: Для измерения твердости используется цифровое считывание с одним десятичным знаком. Кроме того, измерения твердости можно проводить под любым углом, поскольку сила тяжести не влияет на показания. 
3. Qualitest™ HPE III Basic: Цифровой твердомер, показывающий значения твердости до одного десятичного знака.


Revit против AutoCAD:выбор подходящего инструмента Autodesk CAD для ваших проектов Портальные системы в 3D-печати:преимущества, недостатки и ключевые соображения