Содержание
- Твердость по Шору. Метод и шкала Шора
- Твердость резины по шору таблица
- Измерение твердости методом Шора
- Как измеряется твердость полиуретана по Шору
- Где применяются показатели твердости по Шору
- Твердость каких материалов измеряется c помощью шкалы Шора
- Твёрдость по Шору (метод вдавливания)
- Принцип
- Шкалы дюрометра
- Устройство прибора
- Проведение испытания
- Твердость по Шору некоторых материалов
- Дюрометры и шкалы Аскер
- См. также
- Примечания
- Литература
- ТВЕРДОСТЬ ПОЛИУРЕТАНА
- Твердость и толщина резины
- Что такое твердость по Шору
- Что такое твердость по Шору полиуретана?
Твердость по Шору. Метод и шкала Шора
Способность сопротивляться проникновению в поверхностные слои другого тела. Таково определение твердости.
Но, как это определение определить, в каких цифрах зафиксировать? Над этим бились сотни ученых. Около 10-ти из них создали универсальные шкалы твердости.
Они направлены на разные материалы, разнятся в нюансах измерений. Одна из таких шкал – твердость по Шору.
Кем он был, и как подошел к вопросу сопротивления одних материалов другим, расскажем далее.
Измерение твердости по Шору
Шора звали Альбертом. Он был американским промышленником, жил в 20-ом веке. Шкалу твердости разработал, дабы облегчить свой труд и сделать предприятие успешным.
Завод производил низкомодульные материалы. Их характеризует малая продольная упругость. Это приводит к высокой эластичности, даже при комнатных температурах.
Таковы полимеры, продукты вулканизации, каучуки, некоторые пластмассы. Для них-то и создан метод Шора.
Твердость материалов по Шору – эмпирический метод. Это значит, что он опытный, направлен на изучение фактов, наблюдение.
Показатель получается «оторванным». Нет его связи с фундаментальными характеристиками испытуемого образца.
Зато, его твердость влияет на эксплуатационные параметры. Так, твердость резины по Шору интересует, к примеру, автомобилистов.
Они ориентируются на шкалу, покупая покрышки. Стандарт их твердости – от 50-ти до 75-ти единиц Шора. Чем мягче резина, тем лучше ее сцепление с дорогой.
Однако, податливость материала приводит к его скорейшему изнашиванию, нагреву. Мягкая резина шумная и быстро теряет форму.
Число Шора позволяет подобрать идеальные покрышки для конкретных условий и потребностей.
Только вот, указывают показатель шкалы на своих покрышках всего около 30% производителей. Наличие заметки указывает на ответственный подход к делу и качество товара.
Проблемы в определении твердости по Шору нет. Было бы желание. Прибор для опытов прост, как и схема их проведения.
Единственный минус – приличный разброс значений результатов. Но, более удобного метода, пока, не придумано. Перейдем от теории к практике?
Принцип измерения по Шору
Прибор твердости Шору пришлось разработать самому. Это произошло в 1920-ых. Называется аппарат дюрометром.
У него есть опорная площадка с отверстием по центру, индентор, то есть вдавливатель, и калиброванная пружина, прилагающая к нему определенную силу.
Последний элемент машины – индикатор. Он определяет степень выдвижения «носика» индентора за пределы опорной поверхности.
Измерительных шкал у прибора несколько. Основных две, это A и D. Разбивка необходима для точности опытов, ведь испытуемыми становятся материалы с разной твердостью. Мягкие проверяют по шкале А, а более упругие – по D.
Измерение твердости по Шору требует внимания к внешним условиям. Часть полимеров реагируют, к примеру, на влажность воздуха, или размягчаются под воздействием прямых солнечных лучей.
Нужно исключить факторы, влияющие на параметры материала. Для этого есть стандарты ISO.
Требования предъявляются и к толщине испытуемого образца. Она не должна быть меньше 6-ти миллиметров.
Ширина материала должна позволять сделать отступ от любого из краев минимум в 12 миллиметров. Важна и гладкость испытуемого.
Шероховатые материалы могут неплотно прилегать к опорной поверхности, что искажает результаты измерений.
Чтобы определить, к примеру, твердость полиуретана по Шору, дюрометр устанавливают вертикально. «Носик» индентора, при этом, должен отстоять от края образца на те самые 12 миллиметров.
Прижать опорную поверхность к образцу нужно как можно быстрее, без толчка, держа параллель между плоскостями.
Остается приложить к опорной поверхности давление, обеспечивающее надежный контакт с испытуемым материалом. Для этого используют груз. Но, допускается и ручной жим.
Мгновенное измерение проводят за 1 секунду. Однако, обычно, показатели снимают через 15 секунд. Для верности, проводят 5 замеров в разных местах поверхности.
Среднее значение – и есть число твердости. Оно может быть от 0-ля до 100-та. Такова шкала твердости Шора. Попробуем применить измерения не только при выборе автомобильных покрышек.
Применение измерения по Шору
Твердость по Шору – таблица, способная указать на нюансы использования товаров. Так, если показатель ластика равен 20-ти единицам, значит, он художественный.
Творцам нужны мягкие резинки, не портящие бумагу для рисования, способные деликатно растушевывать, к примеру, карандашные наброски.
Для канцелярских же целей, школы, или офиса, лучше подходят ластики с твердостью около 50-ти единиц Шора.
Покупая герметик для строительства, работ по дому, важно знать, легко ли будет его вскрыть. К примеру, фиксировали некоторые швы в ванной.
Если герметик потемнеет, или потрескается, его придется выскабливать. Это сложнее, чем вычистить обычную затирку. Чем мягче и податливее герметик, тем проще будет его, так скажем, демонтаж.
У герметика твердость по Шору должна лежать в пределах 10-25 единиц. Иначе, товар не качественный.
Для велосипедных камер приемлемые единицы твердости по Шору гораздо меньше, чем для автомобильных покрышек. Для велика достаточно показателя в 30 баллов.
В разрез идут колеса скейтбордов. Даже у мягких вариаций должно быть 75 единиц.
Для жестких колес скейтборда показатель, и вовсе, равен рекомендациям к цельнолитым шинам вилочных автопогрузчиков – 95-98 единиц.
Для сравнения, пластик строительных касок для защиты во время работ гарантирует лишь 75 баллов.
Приобретение некачественного головного убора с твердостью по Шору этак в 40-60 может стоит жизни.
Какие материалы измеряются на твердость по Шору
Из вышесказанного понятно, что твердость по Шору – ГОСТ, действующий для силикона, каучука, эбонита, пластика, резины.
Нормы, кстати, установлены еще Государственным Комитетом СССР. В первую очередь определили рамки для резины. ГОСТ получил код 263-75.
Исследования проводили в Министерстве Нефтеперерабатывающей промышленности. Стандарт утвержден 21-го января 1975-го года, несколько раз корректировался.
Измерять по Шору можно и металлические поверхности. Однако, в этом случае смотрят не на глубину погружения «носика» индентора, а на высоту отскока бойка.
По сути, это отдельный метод и отдельная шкала. Однако, они тоже разработаны Шором в параллель с таблицей для низкомодульных материалов.
В промышленности к методу отскока прибегают редко. Есть шкалы, позволяющие измерить показатель твердости металлических изделий более точно, к примеру, схема Роквелла.
Перечень материалов, «подвластных» дюрометрам Шора, не дает полного представления о продукции, твердость которой, как говориться, имеет значение.
Так, по шкале американского промышленника измеряют даже податливость бинтов Мартенса. Их используют для фиксации шин.
Так медики называют предметы, удерживающие кости в физиологически верном положении. По сути, шиной может служить даже доска, примотанная к сломанной голени, или бедру.
От качества бинта зависит надежность фиксации. Слишком мягкая резина будет излишне податливой, а твердая способна перетянуть кровеносные сосуды.
Так что, показатель Шора может пригодиться в самых неожиданных местах и ситуациях.
Твердость резины по шору таблица
Твердость полимеров указывается целыми числами от 0 до 95 с буквами А или D. Определение проводится по шкале Шор А и Шор D согласно ДИН 53505. Под твердостью по Шору понимается сопротивление материала вдавливанию наконечника определенной формы под действием силы давления пружины. Чем больше число, тем выше твердость. Буква А определяет более мягкие значения (резины), буква D -более твердые (пластики), причем области пересекаются.
Модуль упругости является мерой жесткости материала. Он представляет собой постоянную величину и определяется в интервале относительного удлинения от 0,05% до 0,25%.
Плотность полимеров лежит в пределах 0,95 — 1,4 г/см3 и более для наполненных. Плотность воды составляет 1 гр/см3, таким образом всегда можно рассчитать вес относительно воды.
Например 1литр пластика плотностью 1,1гр/см3 составит 1,1кг.
Важно знать при расчете расхода пластика или резины, сколько понадобится например кг на определенный объем материала.
Верхняя граница температуры эксплуатации для силиконовых полимеров лежит в пределах 200-450°С. Для полиуретанов в пределах 60-120С, за исключением композитных материалов.
Является важным показателем материалов, так как от нее зависит проливаемость и текучесть полимеров, а так же выход пузырей из жидких смесей до вулканизации.
Измеряется в CPS (сантипуазах) или mPas (милипаскаль в секунду).
Единица измерения вязкости жидкости CPS или mPas при 25С
Твердость – это способность оказывать сопротивление внедрению в поверхностные слои другого более упругого тела – индентора. Чтобы выразить эту величину в числовых значениях, необходимо было создать шкалу твердости. Над этим вопросом работало немало ученых. В итоге было создано около десяти универсальных шкал. Каждая имеет свои особенности, предназначена для определенных материалов, выражается в собственных значениях. Одна из них – шкала Шора.
Измерение твердости методом Шора
Альберт Шор жил в двадцатом столетии. Он был промышленником, его предприятие производило низкомодульные материалы. Это вещества, обладающие малой продольной упругостью. При таких характеристиках они являются эластичными без значительного повышения температуры, достаточно даже комнатных показателей. Такими свойствами обладают полимеры, каучуки и продукты его вулканизации, часть разновидностей пластмассы. Таким образом, шкалу твердости Альбер Шор разработал из-за производственной необходимости. Она помогала облегчить труд и сделать его предприятие успешнее. И этот способ идеально подходит для определения твердости полиуретана. 
Метод Шора – эмпирический. Это означает, что он связан с наблюдениями, проведением опытов, получением выводов на основе восприятия результатов. Показатели, выявленные по этому методу, невозможно точно перевести в другие известные величины твердости, из-за этого шкала Шора является не связанной с фундаментальными характеристиками испытываемого материала.
Но при этом показатели, получаемые с помощью прибора Шора, имеют высокое практическое значение. Их использование широко распространено в различных отраслях. К примеру, автомобилистов интересует твердость по Шору резины, используемой для изготовления покрышек. Оптимальные показатели варьируются от 50 до 75. Чем мягче резина, тем лучше она сцепляется с дорогой. Однако чрезмерно мягкие образцы имеют малый срок службы, так как быстро истираются. А еще слишком мягкие шины больше шумят. Учитывая условия эксплуатации, можно подобрать подходящие по твердости шины, используя число Шора.
К сожалению, не каждый производитель покрышек указывает твердость, хотя определить ее совсем не сложно. Наличие отметки говорит об ответственном подходе к производству и отличных показателях качества.
Метод больше всего подходит для достаточно мягких материалов. Измерять твердость полиуретана по Шору удобно и быстро.
Как измеряется твердость полиуретана по Шору
Определение твердости дюрометром
Прибор для измерения показателей был создан самим Шором еще в 1920 году. Название его – дюрометр. Он состоит из опорной площадки с отверстием посередине, стержня-индентора и упругой пружины, прилагающей к стержню некоторую силу. Также дюрометр снабжен индикатором, показывающим, насколько носик индентора выдвигается за границы опорной поверхности.
Существует несколько шкал твердости. Чаще всего применяются A и D. Разные шкалы необходимы для большей точности, ведь измерения проводятся для различных материалов. Шкала A оптимальна для мягких, а D подходит для более упругих.
Также использование этого метода требует учета условий окружающей среды. Перед тем, как определить твердость изделий из полиуретана, важно отметить влажность среды, температуру, наличие прямого солнечного излучения. Для истинных показателей следуют исключить факторы, искажающие результаты. Помочь в этом могут стандарты ISO.
Также существуют особые требования к виду образца для испытаний. Толщина его должна превышать 6 мм. Ширина же должна быть такой, чтобы до каждого из краев при измерении оставалось не менее 12 мм. Образец должен быть гладким, так как шероховатая текстура приводит к получению искаженных результатов.
Метод определения твердости
Чтобы определить твердость материала, дюрометр устанавливается вертикально, от носика индентора до любого из краев должно оставаться не меньше 1,2 см. Опорная панель быстро, но без толчка прижимается к поверхности образца. При этом необходимо сохранять параллель между плоскостями. Давление может оказываться с помощью специального груза или же ручным жимом.
При мгновенных измерениях показатели снимают через 1 секунду. Но чаще выдерживают интервал в 15 секунд. Для большей точности измерения проводятся пять раз на различных участках образца. Из полученных значений высчитывается среднее арифметическое. Результат может быть от нуля до ста. Это и есть показатель твердости полиуретана по таблице Шора.
Где применяются показатели твердости по Шору
Области применения показателей, полученных методом Альберта Шора, разнообразны. Так, художники, выбирая ластики, отдадут предпочтение изделиям с маркировкой 20, а не 50. Для творчества больше подходят мягкие резинки, позволяющие деликатно поправить рисунок или растушевать карандаш. А вот в школе, офисе актуальнее резинки более упругие. Там цель – бесследно стереть недочеты.
Важны показатели упругости у герметика. Так, в случае, если его придется вскрывать, например, из-за того, что он потемнел, потрескался, более низкие показатели твердости окажутся выгоднее. Мягкий герметик удобнее демонтировать. Оптимальные показатели 10-25. Большие величины говорят о низком качестве герметика.
Твердость покрышек для велосипедов, конечно, должна быть ниже, чем для автомобильных колес. Но все же минимальные показатели около 30. А вот для скейтбордов необходимы твердые колеса. Минимальный порог – 75, а если нужны жесткие колеса, то отметка должна быть в районе 95, что схоже с требованиями к твердости шин вилочных погрузчиков.
Даже выбирая каски для рабочих строительной площадки, важно учитывать показатели твердости. Минимальные показатели – 75 единиц. Использовать защитные головные уборы из более мягкого пластика, с показателями 40-60, опасно для жизни и здоровья.
Твердость каких материалов измеряется c помощью шкалы Шора
Показатели твердости по этому методу являются государственными стандартами для таких материалов, как резина, каучук, эбонит, силикон, пластик, полиуретан. Впервые подобные нормы были утверждены для резины. Стандарт появился еще в 1975 году, после чего неоднократно корректировался.
Измерять методом Шора можно и твердость металлических изделий. Но технология при этом немного другая. При измерении твердости заведомо жестких материалов отслеживают не глубину погружения индентора, а высоту отскока носика. Для показателей, получаемых методом отскока, также есть отдельная шкала. Но в промышленности чаще применяются другие более точные способы определения.
Несмотря на это, места и ситуации, где используется метод Шора, очень разнообразны и порой неожиданны. Так, на показатели твердости обращают внимание медики, когда подбирают специальные резиновые бинты для фиксации шин. Последние необходимы при оказании помощи после травмы костей. Слишком мягкие бинты не могут достаточно качественно фиксировать шину, а слишком жесткие могут пережать сосуды и нарушить кровоток.
Таким образом, метод, изобретенный американским промышленником еще в прошлом веке, до сих пор актуален во многих областях благодаря объективности и доступности применения.
Есть бесчисленное множество характеристик резинотехнических изделий, которые могут увеличить время и сложность процесса уплотнения. Погрешности, остаточная деформация при сжатии и факторы окружающей среды лишь некоторые из этих компонентов. Также в этом списке есть твердость материала.
Дюрометр (твердомер), как правило, используется для определения твердости полимеров, эластомеров и каучуков. Твердость может быть трудным свойством для измерения, т.к. зависит от геометрии и требует тщательных испытаний.
Измерение твердости
Твердость эластомерных материалов сводится к одной составляющей: глубине проникновения подпружиненного индентора через образец. Чем мягче образец, тем дальше будет проникать индентор.
Существует несколько стандартных методов испытаний для измерения твердости резины. Датчики для этих стандартов могут быть аналоговыми или цифровыми.
Чтобы дать вам представление о том, как ощутить определенную твердость материала, вот несколько примеров. Канцелярские резинки — это приблизительно твердость по дюрометру 40 А, в то время как стандартные уплотнительные кольца круглого сечения — 70А.
В официальных спецификациях перечислены различные шкалы дюрометра, которые именуются типами. В частности, мы исследуем твердость материалов по дюрометру типа Шор А и Шор D — так как они обычно используются для измерения твердости эластомерных материалов, используемых для уплотнений. Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, в то время как D для более твердых.
Давайте рассмотрим, как мы различаем эти два типа.
Различия дюрометров Шора
Термин Шор происходит от Альберта Шора, основателя компании Shore Instrument Company и человека, который первоначально определил эти шкалы. Любая спецификация может упоминаться как Шор или Тип — например, «дюрометр Шор A 70» или «дюрометр типа A 70».
Тип (Шор) A Дюрометр
Твердомер по Шору А предназначен для измерения твердости образцов, которые являются плоскими, параллельными и имеют определенную минимальную толщину. Индентор — закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм.
Тип (Шор) D Дюрометр
Тип D — это микротвердомер. Он подходит для измерения твердости образцов, которые не могут быть точно измерены с помощью устройства Шор A, таких как кольца. Твердомер типа D предназначен для использования на образцах, имеющих минимальную толщину 1,27 мм, хотя он может использоваться на более тонких образцах, если имеются данные, подтверждающие точность измерения. Индентор — закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся конусом с углом при вершине 30°, радиус острия 0,10 мм.
Важно отметить, что показания дюрометра типа А и типа D не всегда одинаковы из-за геометрии и толщины компонента для измерения твердости. По мере уменьшения толщины образца измеритель все больше и больше считывает основной материал под образцом. Этот базовый материал — сталь, поэтому показания на тонких образцах обычно являются искусственно завышенными (более жесткие).
Этот эффект смягчается при измерении более твердых образцов, так как более твердые образцы удерживают индентор дальше от стального основания.
Данные показывают, что толщина образца действительно играет роль в измерении твердости эластомера. Минимальная толщина образца, составляющая приблизительно 2,54 мм, необходима для достижения непротиворечивых результатов при измерении обычных резиновых материалов.
Твёрдость по Шору (метод вдавливания)
У этого термина существует и другое значение, см. Твёрдость по Шору (метод отскока). Хотя в другом значении этот метод также является методом измерения твёрдости, оба метода предложены одним и тем же автором, имеют совпадающие названия и совпадающие обозначения шкал — это не версии одного метода, а два принципиально разных метода с разными значениями шкал, описываемых разными стандартами. 
Аналоговый дюрометр Шора, установленный на штативе с устройством пригружения.
Твердость по Шору — один из методов измерения твердости материалов. Как правило, используется для измерения твердости низкомодульных материалов. Обычно — полимеров: пластмасс, эластомеров, каучуков и продуктов их вулканизации.
Метод и шкала были предложены Альбертом Ф. Шором в 1920-х годах. Он же разработал соответствующий измерительный прибор, называемый дюрометром.
Регулируется международным стандартом ISO 868 и рядом других национальных стандартов.
Твёрдость по Шору обозначается в виде числового значения шкалы, к которому приписывается буква, указывающая тип шкалы с явным указанием названия метода измерения твердости или прибора. Например:
- «Твёрдость по Шору 80A»;
- «Твёрдость по дюрометру 80A»;
- допускается «Твёрдость по Шору 80 по шкале D»;
- допускается в таблицах «Твёрдость, ед. Шора А».
О дюрометрах и методах говорят как о дюрометрах и методах Шора типов A, B и т. д.
Метод позволяет измерять глубину начального вдавливания, глубину вдавливания после заданных периодов времени или и то и другое вместе.
Метод является эмпирическим испытанием. Не существует простой зависимости между твердостью, определяемой с помощью данного метода, и каким-либо фундаментальным свойством испытуемого материала.
Метод отличается сравнительно большим разбросом значений результатов измерений, но удобен своей простотой (в том числе конструкцией измерительного прибора) и оперативностью проведения измерений, позволяя производить их, в том числе на готовых изделиях, крупногабаритных деталях и криволинейных поверхностях достаточно больших радиусов. Из-за этого получил широкое распространение в производственной практике.
Принцип
Измеряется глубина вдавливания в материал определённого индентора под действием силы в заданных условиях.
Твердость при вдавливании обратно пропорциональна глубине вдавливания и зависит от модуля упругости и вязкоэластичных свойств материала. На получаемые результаты влияет форма индентора и прилагаемая к нему сила, поэтому между результатами, получаемыми при испытаниях с дюрометрами разных типов или другими приборами для измерения твердости, не может быть прямой зависимости.
Шкалы дюрометра
Примерное соотношение разных шкал
Для измерения дюрометром Шора применяется несколько шкал, используемых для материалов с различными свойствами. Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, в то время как D для более твердых. Помимо этого стандарт ASTM D2240 предусматривает в общей сложности 12 шкал измерений, используемых в зависимости от целевой задачи; различают типы A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S и R. Все шкалы делятся от 0 до 100 условных единиц, при этом высокие значения соответствуют более твердым материалам.
| A | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B | 6 | 12 | 17 | 22 | 27 | 32 | 37 | 42 | 47 | 51 | 56 | 62 | 66 | 71 | 76 | 81 | 85 | |||
| C | 9 | 12 | 14 | 17 | 20 | 24 | 28 | 32 | 37 | 42 | 47 | 52 | 59 | 70 | 77 | |||||
| D | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 19 | 22 | 25 | 29 | 33 | 39 | 46 | 58 | |||||
| O | 8 | 14 | 21 | 28 | 35 | 42 | 48 | 53 | 57 | 61 | 65 | 69 | 72 | 75 | 79 | 84 | ||||
| OO | 45 | 55 | 62 | 70 | 76 | 80 | 83 | 86 | 88 | 90 | 91 | 93 | 94 | 95 | 97 | 98 |
Устройство прибора
Чертёж инденторов для дюрометров типов A и D
В конструкции дюрометров Шора типов A и D входят следующие части:
- Опорная поверхность (площадь не менее 100 мм²) с отверстием диаметром от 2,5 до 3,5 мм, центр которого находится на расстоянии не менее 6 мм от любого края опоры.
- Индентор в виде закаленного стального стержня диаметром 1,10—1,40 мм.
- Индикаторное устройство, показывающее степень выдвижения кончика индентора за пределы опорной поверхности. Степень выдвижения может быть измерена непосредственно в условных единицах в диапазоне от 0, для полного выдвижения кончика индентора, равного 2,50 мм + 0,04 мм, до 100 при отсутствии какого-либо выдвижения вообще, что происходит, например, в том случае, когда опорную поверхность индентора плотно прижимают к стеклянной пластинке.
- Калиброванная пружина для приложения к индентору силы, рассчитанной согласно одной из приведенных ниже формул:
- F = 550 + 75НA, где F — прилагаемая сила, мН; НA — твердость, определённая по дюрометру типа А;
- F = 445НD, где F — прилагаемая сила, мН; HD — твердость, определённая по дюрометру типа D.
Опционально Твердомеры снабжаются специальным приспособлением или элементами крепления груза, центрированного по оси индентора, позволяющими создавать определённое прижимное усилие. Данное усилие может корректироваться нормативно-технической документацией на конкретные материалы.
| Тип шкалы | Индентор | Усилие на инденторе | Прижимное усилие | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Н | Предельное отклонение | гс | Предельное отклонение | |||
| A | Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм | 0,550 + 0,075НA | ±0,078 | 56 + 7,66НA | ±8 | 1 кг (12,5 Н) |
| D | Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся конусом с углом при вершине 30°, радиус острия 0,10 мм | 0,445НD | ±0,441 | 45,36НD | ±45 | 5 кг (50,0 Н) |
| Тип шкалы | Индентор | Максимальное усилие на инденторе | Прижимное усилие | |
|---|---|---|---|---|
| Н | гс | |||
| B | Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся конусом с углом при вершине 30°, радиус острия 0,10 мм | 8,061 | 822 | 1 кг |
| C | Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм | 44,62 | 4550 | 5 кг |
| AO, L | Закаленный стальной шарик диаметром 5 мм | 8,064 | 822 | 12,5 Н |
| DO | Закаленный стальной шарик диаметром 2,38 мм | 44,62 | 4550 | 5 кг |
| O | Закаленный стальной шарик диаметром 2,38 мм | 8,064 | 822 | 1 кг |
| OO | Закаленный стальной шарик диаметром 2,38 мм | 1,108 | 113 | 400 г |
| OOO | Закаленный стальной шарик диаметром 12,7 мм | 1,108 | 113 | 400 г |
Проведение испытания
При испытании материалов, твердость которых не зависит от относительной влажности, дюрометр и образцы для испытания кондиционируют не менее 1 ч в условиях одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423-2013 «Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)» (ISO 291), защитив их от воздействия прямых солнечных лучей. При испытании материалов, твердость которых зависит от относительной влажности, образцы для испытаний следует кондиционировать по тем же стандартам или согласно соответствующей нормативно-технической документации на испытуемый материал.
При этих же условиях проводят испытание.
Испытуемый образец должен иметь толщину не менее 6 мм. Для достижения необходимой толщины образец для испытаний может состоять из нескольких тонких слоев, но результаты испытаний, полученные с такими образцами, могут не согласовываться с результатами испытаний цельных образцов, так как поверхности таких слоев иногда не полностью соприкасаются друг с другом.
Размеры образцов должны позволять проводить испытание на расстоянии не менее 12 мм от любого края, если только заранее не будет известно, что при испытаниях на меньшем расстоянии от края достигаются идентичные результаты. Поверхность образца в месте контакта с опорной поверхностью на площади радиусом не менее 6 мм от кончика индентора должна быть очень ровной. На кривых, неровных или шероховатых поверхностях нельзя получить удовлетворительные результаты измерения твердости с помощью дюрометра.
Испытуемый образец помещают на твердую ровную горизонтальную поверхность. Дюрометр устанавливают в вертикальном положении так, чтобы кончик индентора находился на расстоянии не менее 12 мм от любого края образца. Как можно быстрее без толчка к образцу прижимают опорную поверхность дюрометра, держа её параллельно поверхности испытуемого образца. К опорной поверхности с помощью специального приспособления или груза прилагают давление, достаточное для обеспечения надежного контакта с образцом.
Допускается пригружение твердомера вручную.
Снимают показания индикаторного устройства спустя 15+1 с. Если необходимо произвести мгновенное измерение, то показание снимают в течение 1 с после прижатия опорной поверхности к образцу. В этом случае записывают максимальное значение, которое покажет индикатор дюрометра.
Лучшая воспроизводимость может быть достигнута путём использования подставки (штатива) для дюрометра или груза, центрируемого по оси индентора, или того и другого вместе для прижатия опорной поверхности к образцу. Для дюрометра типа А рекомендуется масса груза 1 кг, а для дюрометра типа D — 5 кг. Интервал времени, после которого снимают показания, может устанавливаться на отдельные материалы собственной нормативно-технической документацией.
Проводят пять измерений твердости в разных местах поверхности образца, но на расстоянии не менее 6 мм от точки предыдущего измерения, и определяют среднее значение. Рекомендуется при получении с помощью дюрометра типа A значений выше 90 испытания проводить с дюрометром типа D, а при получении с помощью дюрометра типа D значений меньше 20 испытания проводить с помощью дюрометра типа A.
Оформляют протокол испытаний, в который включают:
- ссылку на стандарт;
- полную идентификацию испытуемого материала;
- описание образца для испытания, включая толщину, а в случае применения составного образца и число слоев;
- температуру испытания и относительную влажность, если твердость испытуемого материала зависит от влажности;
- тип дюрометра (A, D и т. д.);
- если известно и если требуется, время, прошедшее с момента изготовления образца до момента измерения твердости;
- отдельные значения твердости и интервал времени, по истечении которого эти показания снимались;
- среднее значение твердости;
- отдельные подробности процедуры, не указанные в стандартах, на которые имеются ссылки, и любые другие указания, которые могут повлиять на результаты.
Показания можно записывать по следующей форме, твердость по Шору: А/15:45, где A — тип дюрометра, 15 — время в секундах от момента приведения опорной поверхности в тесный контакт с образцом до момента снятия показания, 45 — показания. Аналогичным образом твердость по Шору D/1:60 означает показание 60, полученное с помощью дюрометра типа D в течение 1 с или от максимального показания.
Твердость по Шору некоторых материалов
Твёрдость по Шору материала протектора автомобильной шины обычно составляет от 50A до 70A в зависимости от её назначения.
| Материал, изделие | Твердость, ед. Шора | Тип шкалы |
|---|---|---|
| Гелевое сиденье велосипеда | 15—30 | OO |
| Жевательная резинка | 20 | OO |
| Виброгасящий материал Сорботан | 40 | OO |
| Виброгасящий материал Сорботан | 0 | A |
| Силиконовый герметик | 10—25 | A |
| Мягкий художественный ластик | 20 | A |
| Бытовые резиновые колечки | 25—30 | A |
| Велосипедная камера | 30 | A |
| Бинт Мартенса (резиновый) | 30—35 | A |
| Обычный ластик | 50—55 | A |
| Дверной уплотнитель | 55 | A |
| Лезвия стеклоочистителя | 55—60 | A |
| Автомобильная шина | 60—70 | A |
| Полиуретановая втулка сайлентблока | 65 | А |
| Мягкие колеса скейтборда | 75 | A |
| Гидравлическое уплотнительное кольцо | 70—90 | A |
| Резиновая пробка для ванны | 80—85 | A |
| Бумагоопорный вал пишущей машинки | 85—90 | A |
| Цельнолитые шины вилочного автопогрузчика | 90—95 | A |
| Прокладка биконитовая | 90—98 | А |
| Твердые колеса скейтборда | 98 | A |
| Эбонит | 100 | A |
| Литой пластмассовый ролик | 50 | D |
| Пластик промышленной защитной каски | 75 | D |
Дюрометры и шкалы Аскер
Название происходит от бренда «Asker» японского производителя Kobunshi Keiki Co., выпускающей ряд моделей приборов оригинальной фирменной модификации и имеющих соответствующие оригинальные шкалы. Методика измерения твёрдости с применением дюрометров Аскер основана на тех же принципах и фактически является методом Шора. Измерительный прибор, применяемый в этом методе, так же именуется «дюрометр». Применяется в основном для тех же материалов, что и описываемый в данной статье метод Шора, только преимущественно — мягких и эластичных. Часть фирменных шкал Аскер нормируется национальными стандартами Японии. Отличается от классического метода некоторыми параметрами измерительного прибора, инденторами и фирменными названиями типов шкал (моделей приборов).
| Тип шкалы | Индентор | Усилие на инденторе | |
|---|---|---|---|
| гс, при 0 ед. шкалы | гс, при 100 ед. шкалы | ||
| JA | Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм | 55 | 855 |
| JC | Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм | 100 | 4500 |
| Аскер C | Закаленная стальная полусфера диаметром 5,08 мм | 55 | 855 |
| Аскер C2 | Закаленная стальная полусфера диаметром 5,08 мм | 55 | 455 |
| Аскер CS | Закаленный стальной цилиндр диаметром 10 мм | 100 | 4500 |
| Аскер FP | Закаленный стальной цилиндр диаметром 15 мм | 100 | 200 |
| Аскер F | Закаленный стальной цилиндр диаметром 25,2 мм | 55 | 455 |
Твёрдость по дюрометру Аскер обозначается так же, как твёрдость по дюрометру Шора, только вместо «Шор» указывается «Аскер», например, «Твёрдость по Аскер 80C».
Следует иметь в виду, что ряд названий типов шкал совпадает со стандартизованными, но не всегда совпадают значения этих шкал и используемые инденторы. Например, модель «Аскер A» полностью совпадает со стандартной моделью «Шор A», а модель «Аскер C» — только названием типа шкалы. В случае проведения испытаний дюрометром Аскер, модель которого полностью соответствует определённой модели дюрометра Шора для различения при записи результатов испытаний рекомендуется отдавать предпочтение записи «30 ед. Шор A» вместо «30 ед. Аскер A».
Приблизительное соотношение между шкалами дюрометров Шора A и Аскер С > Галерея
-
Аналоговый дюрометр Шора
-
Цифровой дюрометр Шора
См. также
- Твёрдость по Шору (Метод отскока)
- Шкала Мооса
- Твердость по Роквеллу
- Твердость по Виккерсу
- Твердость по Бринеллю
- Твердость по Кнопу
Примечания
- Патент US1770045
- Следует отличать от «склероскопа» — прибора для измерения твёрдости по методу отскока.
- 1 2 Прижимное усилие опорной поверхности дюрометра к испытуемому образцу. Стандартами предусмотрены разные единицы измерения для данного параметра, поэтому они указываются не в заголовке, а в соответствующих строках таблицы. Между разными стандартами имеются небольшие отличия — даны в скобках.
- Стандарт PV 3931
- Стандартная атмосфера «23/50»: температура 23±2 °C, относительная влажность 50 %, давление 86—106 кПа.
- Разброс значений ±5 ед.
- Резиновые колечки, которыми обвязывают пачки купюр, небольшие пакеты, прикрепляют рецепты к флаконам с лекарственными средствами и т. п.
- ТУ 38.106.209-90
- Например, колёсико багажной тележки, ручной клади (чемодана).
- Официальный сайт компании Kobunshi Keiki Co. (англ.). Дата обращения 8 июля 2010. Архивировано 23 апреля 2012 года.
- 1 2 3 На испытуемый образец воздействует (вдавливается) торцевая поверхность сплошного цилиндра.
Литература
- ISO 868 Plastics and ebonite — Determination of indentation hardness by means of a durometer (Shore hardness).
- ГОСТ 24621-91 (ISO 868-85) Пластмассы и эбонит. Определение твёрдости при вдавливании с помощью дюрометра (твёрдость по Шору).
- ГОСТ 263-75 Резина. Метод определения твёрдости по Шору А.
- ГОСТ 12423 Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб).
- ASTM D2240
- DIN 53505
- JIS K 6301 (некоторые шкалы Аскер)
ТВЕРДОСТЬ ПОЛИУРЕТАНА
Твердость и плотность – не одно и то же
Итак, из всего вышесказанного очевидно, что приравнивать твердость полимера к его плотности неправильно. Средняя плотность материала определяется отношением его массы и занимаемого объема. Плотностью могут обладать как твердые, так и жидкие или газообразные вещества, тогда как характеристика твердости относится только к твердым телам, которые могут быть очень эластичными, но не вязкими и не жидкими.
При этом плотность и твердость обычно все же связаны между собой. Например, плотность СТАНПОЛ (СКУ-ПФЛ-100) с твердостью A92 составляет 1,20 Мг/м3, тогда как для твердости A80 ПРОТОПОЛ (СКУ-7Л) этот показатель уже выше: 1,27 Мг/м3.
Влияние твердости на характеристики полиуретана
Важно знать, что какой-то прямой зависимости между твердостью по шору и фундаментальными свойствами полиуретана нет. Это объясняется тем, что метод вдавливания, по сути, является эмпирическим, и его результаты зависят от условий, в которых проводятся измерения. Однако за счет стандартизации шкал и общепринятого порядка проведения опыта метод позволяет получить определенную информацию о качествах материала.
В частности для Адипола с увеличением твердости по шору увеличиваются и другие характерные показатели, такие как предел прочности, степень сопротивления разрыву и т.д.
Компания ПолимерХимСинтез предлагает изделия из полиуретана марок СТАНПОЛ, ПРОТОПОЛ, ПРОТОПОЛ-М, отличающиеся друг от друга как твердостью, так и иными свойствами, и предназначенные для решения широкого спектра задач.
Изделия из полиуретана отлично переносят резкие атмосферные изменения, ударопрочный, долговечны в промышленной эксплуатации и обладают свойствами, которые недостижимы для обычных вариантов резин:
— эластичность (относительное удлинение при разрыве в 2 раза больше, чем у резины)
— низкая истираемость (условная износостойкость в 3 раза выше, чем у резины)
— высокая прочность (превышает прочность резины в 2,5 раза)
— высокое сопротивление раздиру и многократным деформациям
— возможность работы при высоком давлении (до 105 МПа)
— кислотостойкость и стойкость ко многим растворителям
— повышенная твердость (до 98 единиц Шора)
— температурный интервал от -50°С до +80°С (при введении специальных добавок верхний предел рабочей температуры может быть до +135°С — (исполнение ПРОТОПОЛ-М)
— стойкость к микроорганизмам и плесени
— вибростойкость и масло- бензо- стойкость
— упругость при низких температурах
— высокие диэлектрические свойства
— износостойкость
— водостойкость.
Твердость и толщина резины
Поскольку деформация резины при сжатии используется в обрезиненных валах всех типов как для выжимания жидкости, так и для поглощения ударных нагрузок, твердость и толщина резины — это одни из наиболее важных критериев, которые определяются только после соответствующего анализа.
Характеристики деформации обрезиненного вала под воздействием нагрузки нельзя прогнозировать только по значениям твердости, так как они определяются соотношением толщины покрытия, диаметра готового вала и модуля Юнга. Поэтому два обрезиненных вала с одинаковым диаметром стержня и готового вала, с одинаковой твердостью могут показать различные характеристики деформации под воздействием нагрузки при разных значениях модуля Юнга. Однако значения нормального модуля для резины при определенных деформациях, таких как от 100 до 200%, наряду со значениями удлинения при разрыве дают некоторое представление о характеристиках валов.
Например, меньшая деформация соответствует более высоким значениям модуля и наоборот. Соотношение толщины резинового покрытия к диаметру готового вала очень важно при определении характеристик деформации под воздействием нагрузки. Например, если одна и та же смесь для резинового покрытия, имеющая определенное значение модуля Юнга (нормальный модуль резины при растяжении от 100 до 200%) используется для покрытия толщиной 10 мм при наружном диаметре 200 мм, сжатие может составлять 2,5 мм, а при использовании этой смеси для покрытия толщиной 20 мм при наружном диаметре 200 мм сжатие может доходить до 6 мм.
Более высокие характеристики деформации являющиеся преимуществом в определенном оборудовании, например, в котором лист может порваться и попасть в зазор, — область, в которой вероятность повредить резиновое покрытие значительно уменьшена. Однако соответствующая твердость (в сочетании с модулем) должна поддерживаться для предотвращения избыточной деформации, которая может привести к постоянной усадке и волнистости резинового покрытия.
Большое значение придается заданию твердости резиновых покрытий, которая, в сущности, является лишь мерой сопротивления проникновению индентора и поэтому в значительной степени зависит от толщины, создавая различие между твердостью наблюдаемой (кажущейся) и истинной. С уменьшением толщины резинового покрытия шлифованием, наблюдаемая (кажущаяся) твердость увеличивается, но истинная твердость может остаться неизменной. Необходимо измерять твердость резиновых покрытий толщиной 10 и 6,5 мм до 50 по Шору А и 50-100 по Шору А соответственно.
Твердость вала — это среднее значение трех показаний, полученных через 120° вокруг центральной линии. Допустимый предел любой заданной твердости обычно равен + 5 по Шору А. Обычно предел колебаний твердости внутри вала берется равным 4 по Шору Л. Колебания твердости возникают не только из-за дефектов, связанных с распределением, но и из-за неравномерности нагрева во время вулканизации.
У тяжелых валов (например, валы для бумажного производства) выпуклость валка не сохраняется, если имеются чрезмерные отклонения твердости. Кроме того, более мягкие области могут вызвать влажные полосы, а твердые участки дают сухую поверхность. Подобные аномалии можно наблюдать и в случае печатных валков, особенно для переноса краски или намазочных, где мягкие области могут нанести больше краски, а более твердые участки дадут неразличимый рисунок.
Обычно задают твердость резины 30-85 по Шору А и толщину 10-35 мм, но бывают исключения, такие как валки с пористой резиной для печати (с твердостью 15 по Шору Л) и опорные валки для печатающих устройств (с твердостью выше 90 по Шору Л).
Экономические показатели
Если несколько резиновых смесей соответствуют предъявляемым требованиям, следует учитывать такие факторы, как стоимость, срок эксплуатации, интервал шлифования и возможные потери при замене валов.
Есть бесчисленное множество характеристик резинотехнических изделий, которые могут увеличить время и сложность процесса уплотнения. Погрешности, остаточная деформация при сжатии и факторы окружающей среды лишь некоторые из этих компонентов. Также в этом списке есть твердость материала.
Дюрометр (твердомер), как правило, используется для определения твердости полимеров, эластомеров и каучуков. Твердость может быть трудным свойством для измерения, т.к. зависит от геометрии и требует тщательных испытаний.
Твердость эластомерных материалов сводится к одной составляющей: глубине проникновения подпружиненного индентора через образец. Чем мягче образец, тем дальше будет проникать индентор.
Существует несколько стандартных методов испытаний для измерения твердости резины. Датчики для этих стандартов могут быть аналоговыми или цифровыми.
Чтобы дать вам представление о том, как ощутить определенную твердость материала, вот несколько примеров. Канцелярские резинки — это приблизительно твердость по дюрометру 40 А, в то время как стандартные уплотнительные кольца круглого сечения — 70А.
В официальных спецификациях перечислены различные шкалы дюрометра, которые именуются типами. В частности, мы исследуем твердость материалов по дюрометру типа Шор А и Шор D — так как они обычно используются для измерения твердости эластомерных материалов, используемых для уплотнений. Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, в то время как D для более твердых.
Давайте рассмотрим, как мы различаем эти два типа.
Термин Шор происходит от Альберта Шора, основателя компании Shore Instrument Company и человека, который первоначально определил эти шкалы. Любая спецификация может упоминаться как Шор или Тип — например, «дюрометр Шор A 70» или «дюрометр типа A 70».
Твердомер по Шору А предназначен для измерения твердости образцов, которые являются плоскими, параллельными и имеют определенную минимальную толщину. Индентор — закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм.
Тип D — это микротвердомер. Он подходит для измерения твердости образцов, которые не могут быть точно измерены с помощью устройства Шор A, таких как кольца. Твердомер типа D предназначен для использования на образцах, имеющих минимальную толщину 1,27 мм, хотя он может использоваться на более тонких образцах, если имеются данные, подтверждающие точность измерения. Индентор — закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся конусом с углом при вершине 30°, радиус острия 0,10 мм.
Важно отметить, что показания дюрометра типа А и типа D не всегда одинаковы из-за геометрии и толщины компонента для измерения твердости. По мере уменьшения толщины образца измеритель все больше и больше считывает основной материал под образцом. Этот базовый материал — сталь, поэтому показания на тонких образцах обычно являются искусственно завышенными (более жесткие).
Этот эффект смягчается при измерении более твердых образцов, так как более твердые образцы удерживают индентор дальше от стального основания.
Данные показывают, что толщина образца действительно играет роль в измерении твердости эластомера. Минимальная толщина образца, составляющая приблизительно 2,54 мм, необходима для достижения непротиворечивых результатов при измерении обычных резиновых материалов.
Что такое твердость по Шору
Твердость по Шору — метод измерения твердости материалов. Используется для измерения твердости таких материалов как: пластмасса, эластомеры, каучуки и продуктов их вулканизации.
Метод измеряющий глубину вдавливания и шкала были предложены Альбертом Ф. Шором в 1920-х годах. Он же разработал измерительный прибор — называемый дюрометром. Твердость по Шору обозначается в виде числового значения шкалы, к которому приписывается буква, указывающая тип шкалы с явным указанием названия метода измерения твердости или прибора.
Например: «Твердость по Шору 80A» «Твердость по Шору 50D»
Измерение твёрдости полимерных материалов, в частности полиуретанов, осуществляется методом определения их твердости по Шору А и Шору D.
Твердость полиуретанов указывается целыми числами от 0 до 100 с буквами А или D.
Определение проводится по шкале Шор А и Шор D согласно стандарту DIN 53505. Под твердостью по Шору понимается сопротивление материала вдавливанию наконечника определенной формы под действием силы давления пружины. Чем больше число, тем выше твердость. Буква А определяет более мягкие значения, буква D -более твердые, причем области пересекаются.
На рисунке представлена взаимозависимость шкал твердости по Шору А и D.
Твердость по Шору материалов в изделиях:
Силиконовый герметик 10—25 Шор A
Мягкий художественный ластик 20 Шор A
Бытовые резиновые колечки 25—30 Шор A
Велосипедная камера 30 Шор A
Обычный ластик 50—55 Шор A
Дверной уплотнитель 55 Шор A
Лезвия стеклоочистителя 55—60 Шор A
Автомобильная шина 60—70 Шор A
Мягкие колеса скейтборда 75 Шор A
Гидравлическое уплотнительное кольцо 70—90 Шор A
Резиновая пробка для ванны 80—85 Шор A
Бумагоопорный вал пишущей машинки 85—90 Шор A
Цельнолитые шины вилочного автопогрузчика 90—95 Шор A
Жесткие колеса скейтборда 98 Шор A
Эбонит 100 Шор A
Литой пластмассовый ролик 50 Шор D
Пластик промышленной защитной каски 75 Шор D
Мяч для гольфа 90 Шор D
Что такое твердость по Шору полиуретана?
Твердость – это способность оказывать сопротивление внедрению в поверхностные слои другого более упругого тела – индентора. Чтобы выразить эту величину в числовых значениях, необходимо было создать шкалу твердости. Над этим вопросом работало немало ученых. В итоге было создано около десяти универсальных шкал. Каждая имеет свои особенности, предназначена для определенных материалов, выражается в собственных значениях. Одна из них – шкала Шора.
Показатели твердости по этому методу являются государственными стандартами для таких материалов, как резина, каучук, эбонит, силикон, пластик, полиуретан. Впервые подобные нормы были утверждены для резины. Стандарт появился еще в 1975 году, после чего неоднократно корректировался.
Измерять методом Шора можно и твердость металлических изделий. Но технология при этом немного другая. При измерении твердости заведомо жестких материалов отслеживают не глубину погружения индентора, а высоту отскока носика. Для показателей, получаемых методом отскока, также есть отдельная шкала. Но в промышленности чаще применяются другие более точные способы определения.
Несмотря на это, места и ситуации, где используется метод Шора, очень разнообразны и порой неожиданны. Так, на показатели твердости обращают внимание медики, когда подбирают специальные резиновые бинты для фиксации шин. Последние необходимы при оказании помощи после травмы костей. Слишком мягкие бинты не могут достаточно качественно фиксировать шину, а слишком жесткие могут пережать сосуды и нарушить кровоток.
Таким образом, метод, изобретенный американским промышленником еще в прошлом веке, до сих пор актуален во многих областях благодаря объективности и доступности применения.
