Понимание дурометра (твердости): определения, применение, типы и практические примеры

Знание различных свойств материала критично для проектирования детали, удовлетворяющей конкретную функцию. Важным свойством, подлежащим рассмотрению, является твердость (дурометр) материала. Дурометр — стандартизированный метод измерения твердости материала или его устойчивости к локальной деформации из-за вдавливания или абразивного износа. Часто используется для описания твердости полимерных материалов и других неметаллов.

Твердость (дурометр) — безразмерная величина. Твердость конкретного материала относительна к твердости других материалов, значения которых получены с использованием одной и той же шкалы. Различные дурометрические шкалы разработаны для количественной оценки и сравнения твердостей разных материалов. В этой статье определяется дурометр, различные типы шкал и примеры.

Что такое дурометр (твердость)?

Дурометр относится к самой твердости или способности материала сопротивляться локальной деформации. Часто используется для измерения твердости полимеров и других неметаллов. Дурометр также может относиться к твердости по Шору или дурометру Шура, названному в честь Альфреда Шура, разработавшего шкалу твердости по Шору. Термин дурометр также используется для обозначения инструмента, измеряющего твердость материалов.

Дурометр — безразмерное значение. Это значит, что твердость материала относительна к измеренной твердости других материалов при использовании той же дурометрической шкалы. Значения твердости варьируются от 0 до 100. Материалы с более высокими значениями тверже материалов с более низкими значениями. Например, гольфболь с твердостью по Шору 90А тверже ластика для карандаша с твердостью 40А. Однако важно сравнивать только значения твердости с одной и той же шкалы. Твердость 40 по шкале Шор А не такая же, как твердость 40 по шкале Шор D. Это потому, что значения твердости относительны к материалам на одной шкале, и никакого соотношения между значениями разных шкал не существует.

Как использовать дурометр

Ниже описаны шаги проведения испытания на твердость:

1. Определите и установите соответствующий вдавливающий наконечник на дурометр. Шкала твердости по Шору, которую следует использовать, зависит от материала испытуемого образца, в то время как форма и размер вдавливающего наконечника зависят от шкалы твердости по Шору.
2. Положите испытуемый образец на твердую, ровную поверхность толщиной ¼ дюйма (6,35 мм) или более.
3. Проверьте твердость по Шору материала, приложив дурометр с его вдавливающим наконечником к поверхности испытуемого образца.
4. Зафиксируйте значение твердости по Шору.

Метод испытания одинаков независимо от используемой шкалы твердости по Шору.

Что такое дурометрическая (твердостная) шкала?

Дурометрическая шкала — классификация, описывающая твердость разных материалов, сгруппированных вместе на основе схожих атрибутов, таких как ригидность и гибкость. Некоторые шкалы твердости (дурометра), такие как Шор А и Шор OO, предназначены для более мягких материалов. Другие, как Шор D — для более твердых материалов. Значения каждой шкалы варьируются от 0 до 100, причем материалы становятся тверже по мере увеличения значения твердости.

Каковы различные типы дурометрических (твердостных) шкал?

Существует несколько различных типов шкал твердости (дурометра), количественно оценивающих твердость разных материалов. ASTM D2240 — стандартная система измерения, используемая для измерения дурометра термопластичных эластомеров (TPE), термореактивных (вулканизированных) резинов и эластомерных материалов, среди прочих. 12 различных шкал твердости описаны в списке ниже:

1. Шкала А

Шор А, или Тип А, дурометрическая (твердостная) шкала используется для мягких и гибких материалов, таких как: мягкие, вулканизированные и натуральные резины, TPE, гибкие термореактивные материалы и полиакрилаты, воск, кожа и войлок. Резиновые ленты имеют твердость около 20А, в то время как протектор шины — около 70А.

Чтобы узнать больше, см. наше полное руководство по шкале твердости Шор А.

2. Шкала С

Тип С шкала используется для резин, TPE и пластиков «средней твердости» и перекрывается с шкалой Тип D. Шкала Тип С предназначена для материалов, имеющих твердость выше 90В, но ниже 20D. Например, браслет часов из TPE может иметь твердость 20С или около 12D.

3. Шкала D

Шор D, или Тип D, шкала используется для более твердых материалов, таких как твердые резины и жесткие термопластики вроде поликарбоната. Например, твердость колеса скейтборда примерно 50D, а строительной каски — 80D. Шкала Шор D предназначена для материалов, имеющих показание по Шор А выше 90А.

Чтобы узнать больше, см. наше полное руководство по шкале твердости Шор D.

4. Шкала B

Тип B шкала предназначена для резин, TPE, волокнистых материалов и бумажных продуктов умеренной твердости. Эта шкала для материалов с твердостью выше 90А, но ниже 20D. Хотя Шор D также используется для материалов выше 90А, Шор B может измерять твердость материалов на нижнем конце шкалы Шор D. Например, опорный колесо тележки для покупок имеет твердость 76В или примерно 90А.

5. Шкала M

Тип M шкала используется для неправильной формы и тонких резин, TPE и пластиков. Примеры включают О-кольца и прокладки. Эта шкала предназначена для материалов, имеющих твердость по Шор А между 20 и 85.

6. Шкала E

Тип E дурометра используется для измерения твердости мягких резин, пенистых эластомеров и средней плотности текстильных навивок, таких как намотанные нити и пряжа.

7. Шкала O

Тип O шкала для мягких резин, TPE и пластиков и для средней плотности текстильных навивок. Шкала предназначена для материалов с твердостью ниже 20DO.

8. Шкала OO

Тип OO шкала для исключительно мягких резин, TPE, пластиков, пен, губок, животных тканей и низкой плотности текстильных навивок. Эта шкала предназначена для материалов с твердостью ниже 20O.

9. Шкала DO

Тип DO шкала для материалов с твердостью выше 90С. Это включает резины, TPE и плотные текстильные навивки «средней твердости».

10. Шкала OOO

Тип OOO используется для измерения невероятно мягких материалов вроде пена для костюмов, открытых и закрытых пенообразных материалов.

11. Шкала OOO-S

Тип OOO-S шкала для измерения твердости вязкоэластичных полимеров. Это включает объекты вроде велосипедных седлок, стульевых подушек и гелевых матрасов.

12. Шкала R

В отличие от других шкал, шкала R не является твердостью по Шору, а представляет шкалу Роквелл R. Шкала твердости Роквелл похожа на шкалу Шура, но часто используется для металлов, а не пластиков. Шкала R лучше для металлов и твердых TPE, термопластиков и термореактивных материалов.

Три наиболее часто используемые шкалы — А, D и OO. Хотя границы многих дурометрических шкал перекрываются (например, Шор B и Шор D обе предназначены для материалов с твердостью выше 90А), эти три шкалы комплексны и могут покрыть широкий спектр материалов с разной твердостью. Важно отметить, однако, что значения твердости между разными шкалами не следует сравнивать, и значения твердости между шкалами не следует конвертировать.

Примеры материалов, обычно измеряемых дурометром

Ниже приведен список материалов, чья твердость обычно измеряется дурометром:

1. Вулканизированная резина

Вулканизированные резины — резины, затвердевшие химическими процессами и нагревом. Вулканизация делает резины тверже и более эластичными, чем традиционные резины. Твердость вулканизированных резинов часто измеряется дурометром, чтобы инженеры могли определить, идеален ли конкретный материал для применения. Вулканизированные резины имеют твердость где-то между 30А и 70А и часто используются в шинах, обуви и прокладках.

2. Термопластичные эластомеры

TPE используются в нескольких применениях, от погодозащитных уплотнителей и амортизаторов до подошв обуви и ласт для дайвинга. Твердость (дурометр) измеряется для TPE, потому что TPE часто используются в сильно абразивных средах, где желательны и абразивная стойкость, и гибкость. Твердость TPE варьируется от 20 Шор OO до 90А.

3. Эластомерные материалы

Эластомерные материалы — обычно термореактивные материалы, такие как пены, губки и резины, демонстрирующие эластичные или резиноподобные свойства. Эластомеры часто используются в клеях, уплотнителях и гибких деталях в автомобилях, потребительских товарах, медицинских устройствах и др. Дурометр часто тестируется, потому что эти материалы выполняют широкий круг применений, где гибкость важна. Дурометр для эластомеров чаще всего варьируется между 20А и 90А.

4. Материалы для 3D-печати

Филаменты и полимеры для 3D-принтеров можно использовать для печати деталей, удовлетворяющих широкий круг применений. Поэтому важно знать твердость этих материалов для обеспечения успешно спроектированной детали. Значения твердости для 3D-печатанных материалов часто тверже TPE и других эластомерных материалов. Значения твердости для 3D-печатанных материалов варьируются от 70А до 100А.

5. Клеточатые материалы

Клеточатые материалы — пористые материалы, считающиеся либо открытоячеистыми, либо закрытоячеистыми. Примеры включают губки, пену, пробку и низкоплотные навитые текстильные материалы. Клеточатые материалы часто используются в легком строительстве, шумоконтроле и поглощении энергии при ударе. Поэтому твердость получается для определения материалов, идеальных для разных применений. Твердость для клеточатых материалов может варьироваться где угодно от 30–70 Шор OO.

6. Гелеподобные материалы

Гелеподобные материалы — материалы, разделяющие характеристики твердых тел и жидкостей. Примеры включают силикагели, гидрогели и гелевые стельки для обуви. Испытания по Шор OO используются для измерения твердости гелеподобных материалов. Значения твердости обычно варьируются от 10 Шор OO до 40 Шор OO.

Каковы самые точные тестеры дурометра (твердости)?

Три самых точных тестера дурометра (твердости) перечислены ниже:

1. Qualitest™ HPE III: можно считать самым точным дурометром. Это цифровой дурометр, дающий значения твердости с одним десятичным знаком. Твердость материала может меняться с колебаниями температуры. HPE III оснащен термопарами, интерпретирующими температуру испытуемого образца и дающими точные показания несмотря на эти колебания. По сравнению с аналоговым прибором, цифровой прибор позволяет пользователям иметь более определенное понимание твердости материала без необходимости гадать.
2. Checkline DD-100 Durometer Tester: использует цифровой показ с одним десятичным знаком для показаний твердости. Кроме того, измерения твердости можно проводить под любым углом, так как гравитация не влияет на показания.
3. Qualitest™ HPE III Basic: цифровой дурометр, дающий значения твердости до одного десятичного знака.