Tvrdost Shore / Tvrdoměr podle ASTM D2240 & ISO 48-4
Normy ASTM D2240 a ISO 48-4 popisují metodu pro stanovení tvrdosti vtlačováním pryží, elastomerů a plastů. Měření se provádí tvrdoměrem (tvrdoměrem Shore).
Jinou metodu pro stanovení tvrdosti plastů a jim podobných materiálů představuje tvrdost vtlačováním hrotu tvrdoměru (tvrdost Shore), která je definovaná v ISO 868. ISO 48-4 nahrazuje zrušenou normu ISO 7619-1.
Definice měření tvrdosti Shore ASTM D2240 vs. ISO 48-4 Průběh zkoušky Video ISO 868 Metody tvrdosti Shore Znázornění hodnot tvrdosti Shore Přístroje pro měření metodou Shore Ke stažení Často kladené dotazy Požádat o konzultaci
Definice měření tvrdosti Shore podle ASTM D2240 & ISO 48-4
Zkoušky tvrdosti Shore podle ASTM D2240 & ISO 48-4 ISO 868 patří mezi standardizované zkušební metody pro měření tvrdosti pryže a elastomerů tvrdoměrem, nazývaným také jako durometr. Tvrdost Shore se proto někdy označuje jako tvrdost měřená durometrem a má následující vlastnosti:
- Tvrdost podle Shore se používá ke stanovení tvrdosti v rozsahu makro při zkušebním zatížení 3,924–50 N.
- Tvrdost Shore je metoda měření hloubky vtisku. To znamená, že pro stanovení hodnoty tvrdosti zkušebního tělesa se měří skutečná hloubka vtisku, nikoli trvalý otisk vytvořený indentorem.
- Hloubka vtisku se měří pružinovým indentorem, který vniká do materiálu nebo vzorku. Indentor je vyroben z kalené oceli, přičemž provedení tyčinky příp. zakulaceného tvaru se liší v závislosti na metodě Shore. Hloubka vtisku je měřítkem tvrdosti podle Shore. Měří se na stupnici od 0 Shore (hloubka vtisku 2,5 mm) do 100 Shore (hloubka vtisku 0 mm).
Vzhledem k různým tvarům indentorů a charakteristikám pružin bylo definováno několik stupnic Shore. Nejčastěji se používají stupnice měření metodou Shore A a D. Další stupnice, například Shore B, C, 0, 00, 000 a D0, byly vyvinuty pro specifické aplikace.
Stupnice Shore a příklady využití:
- Shore A: Měkké pryže, elastomery a přírodní pryže
- Shore D: Tvrdší elastomery, plasty a tvrdé termoplasty
- Shore 0: Měkké elastomery a textilní materiály
- Shore 00: Lehčené, pěnové a mikroporézní pryže
- Shore B: Tvrdší elastomery než Shore A
- Shore C: Středně tvrdé elastomery
VLRH (IRHD supersoft)
Shore 00
Shore A/B
Shore A/B
Shore D/C/D0
Micro Shore
Srovnání norem ASTM D2240 a ISO 48-4
ISO 48-4 a ASTM D2240 jsou normy pro zkoušení tvrdosti pryže a podobných materiálů. Měření se provádí tvrdoměry / durometry. Norma ISO 48-4 se zaměřuje na vulkanizovanou nebo termoplastickou pryž a definuje čtyři specifické stupnice, zatímco norma ASTM D2240 pokrývá širší škálu materiálů a definuje dvanáct stupnic. Norma ASTM D2240 je často používána v Severní Americe a má flexibilnější využití. Norma ISO 48-4 má spíše mezinárodní využití a poskytuje specifičtější pokyny pro zkoušení pryže. Obě normy pracují na podobných principech měření, ale mírně se liší pokyny a oblastmi použití.
| Norma | ISO 48-4 | ASTM D2240 |
|---|---|---|
| Tloušťka vzorku | 6 mm | 6 mm |
| Vrstvy | Ano (3 vrstvy) | Ano |
| Měření | 5 | 5 |
| Měřicí vzdálenost | 6 mm | 6 mm |
| Doba měření | 3 s pro vulkanizovanou pryž 15 s TPE | Méně než 1 s |
| Zatížení | 1 kg Shore A 5 kg Shore D | 1 kg |
| Definování tvrdosti | 54 Shore A 3 s 54 Shore A 15 s | A / 54 / 1 A / 54 / 15 |
Průběh zkoušky podle ASTM D2240
Při zkoušce tvrdosti podle Shore v souladu s ASTM D2240 je třeba nejprve zajistit, aby kontaktní plocha tvrdoměru byla rovnoběžná se stolkem. Svislá vzdálenost mezi kontaktní plochou tvrdoměru a kontaktní plochou vzorku se pak nastaví na 25,4 mm ± 2,5 mm. V průběhu zkoušky tvrdoměr tlačí předepsanou silou na vzorek, dokud nedojde k pevnému kontaktu. Hodnotu tvrdosti je možné odečíst jednu sekundu poté, co dojde k vytvoření kontaktu mezi plochou tvrdoměru a vzorkem. Na různých místech vzorku se provede pět měření a vypočítá se průměr nebo medián, který se dokumentuje.
Průběh zkoušky podle ISO 48-4
Pro volbu metody tvrdosti podle stupnice Shore ISO 48-4 je třeba předem zvážit následující zkušební parametry:
- Norma uvádí, že pro stanovení tvrdosti materiálu je třeba provést pět měření, ze kterých se následně vypočítá medián.
- Doba zkoušky je 15 s. Pokud se použije jiná doba zkoušky, musí se uvést společně s hodnotou tvrdosti.
- Zkoušený materiál by měl být skladován při pokojové teplotě +23 °C ± 2 °C po dobu nejméně jedné hodiny.
V prvním kroku zkoušky se indentor zatlačí do vzorku pružnou silou 1,11–44,5 N. Poté se nechá působit na vzorek přítlačná síla indentoru 3,92–50 N po dobu 15 sekund. Hloubka vtisku ve vzorku se pohybuje v rozmezí 0–2,5 mm. Měří se přímo tvrdoměrem a od ní se odvozuje hodnota tvrdosti. Indentor by měl na vzorek působit plnou kontaktní silou po dobu 15 sekund. Pokud se doba měření překročí nebo není dosažena, musí to být uvedeno společně s hodnotou tvrdosti. Čím delší je doba trvání, tím nižší je hodnota tvrdosti podle Shore.
Při měření je nutné dodržet minimální vzdálenost zkušebních bodů od sebe tak, jak udává norma. Vzdálenost od středů vtisků by měla být ≥ 5 mm a ≥ 12 mm od okraje vzorku.
Zkouška tvrdosti Shore podle ISO 868
ISO 868 je mezinárodní norma, která specifikuje metodu stanovení tvrdosti vtlačováním hrotu tvrdoměru plastů a ebonitu metodou Shore. Při této metodě tlačí zkušební hrot na materiál definovanou silou a měří se hloubka vtisku. Tvrdost materiálu se určuje na základě této hloubky vtisku a specifikuje se na stupnici od 0 (velmi měkký) do 100 (velmi tvrdý).
Norma ISO 868 se týká zejména měření tvrdosti podle stupnic Shore A a Shore D, které se používají pro různé tvrdosti materiálu.
- Stupnice A pro měkké materiály jako jsou měkké plasty, elastomery a pryže používá indentor ve tvaru zkoseného kuželu.
- Stupnice D pro tvrdé materiály jako jsou tužší elastomery používá indentor ve tvaru kuželu (jehla se zaobleným hrotem, R = 0,1 mm).
Metody zkoušky tvrdosti Shore
Jednotlivé metody zkoušení tvrdosti podle Shore se od sebe liší:
- Tvarem indentoru (viz obrázek)
- Tlakem síly pružiny F
- Tlakem přítlačné síly FA
Jednotlivé zkušební metody využívají celkem 7 různých typů indentorů a 4 různé úrovně přítlačné síly. Další informace o rozdílech metod měření tvrdosti naleznete pod následujícími odkazy:
| Metoda | Síla pružiny F [N] | Přítlačná síla FA [N] | Indentory | Měřená dráha [mm] | Tloušťka vzorku [mm] | Rozsah měření |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Shore A | 8,050 N | 9,81 N | Zkosený kužel, úhel 35° | 2,5 | ≥ 6 | 10 … 90 < 20 Shore D |
| Shore A0 nebo Shore E | 8,050 N | 9,81 N | Kulička, Ø 2,5 mm | 2,5 | ≥ 6 | < 20 Shore A |
| Shore AM nebo Shore M | 0,764 N | 9,81 N | Kužel, úhel 30° | 1,25 | ≥ 1,25 | 10 … 90 |
| Shore B | 8,065 N | 9,81 N | Kužel, úhel 30° | 2,5 | ≥ 6 | 10 … 90 |
| Shore C | 44,5 N | 49,0 N | Zkosený kužel, úhel 35°, zkosený kužel, prům. 0,79 mm | 2,5 | ≥ 6 | 10 … 90 |
| Shore D | 44,5 N | 49,0 N | Kužel, úhel 30° | 2,5 | ≥ 6 | 30 … 90 > 90 Shore A |
| Shore D0 | 44,5 N | 49,0 N | Kulička, Ø 3/32“ | 2,5 | ≥ 6 | 10 … 90 |
| Shore 0 | 8,05 N | 9,81 N | Kulička, Ø 3/32“ | 2,5 | ≥ 6 | 10 … 90 |
Jak číst a prezentovat hodnotu tvrdosti Shore?
Zkouška tvrdosti Shore pro určení hodnoty tvrdosti Shore sestává ze tří hlavních částí:
- 1. Numerická hodnota tvrdosti;
- 2. Text – Shore – označení metody měření
- 3. Popis metody Shore, která definuje indentor a související parametry
Pokud se doba působení zatížení odchyluje od normy, je nutné uvést čas jako dodatečnou čtvrtou složku.
Příklad prezentace hodnoty tvrdosti:
| 75 Shore A 10 | |
|---|---|
| 75 | ... Hodnota tvrdosti |
| Shore | ... Podle metody Shore |
| A | ... Metoda Shore, zkosený kužel s úhlem 35°, síla pružiny 8,065 N a kontaktní síla 12,5 N |
| 10 | ... Doba působení kontaktní síly lišící se od doporučené doby, v tomto případě 10 sekund |
Tvrdoměr Shore pro stanovení tvrdosti Shore podle ISO 48-4, ASTM D2240 a ISO 868
- Měření tvrdosti podle stupnice Shore pryže, elastomerů a plastů v souladu s normami ASTM D2240, ISO 48-4 a ISO 868 lze snadno provádět pomocí přenosných tvrdoměrů. Metoda zkoušení tvrdosti Shore se často využívá pro účely kontroly kvality. Patří mezi makroskopické metody měření. Pro laboratorní zkoušky doporučujeme používat přístroj upevněný na stojánku (ve stativu). Kalibrace těchto přístrojů je popsána v normě ISO 21509. ISO 48-9 popisuje kalibraci přístroje. Hlavním rozdílem v normách ISO ve srovnání s měřením na plastech je doba vtlačování indentoru.
- V obou případech se měří výsledná hloubka vtisku indentoru v materiálu. Vnikací tělísko (indentor) je zatíženo pružinou s definovanou charakteristikou. Čím větší je tvrdost zkoušeného materiálu, tím menší je hloubka vtisku, ale tím větší je zatížení indentoru. Stupnice tvrdosti metodou Shore je od 0 do 100. Kontaktní síla při dotyku patice přístroje s povrchem vzorku určuje nulovou polohu. V závislosti na normě je tato síla přibližně 10 N pro Shore A a přibližně 50 N pro Shore D.
- ZwickRoell nabízí tvrdoměry Shore
s analogovým nebo digitálním displejem a možností připojení k PC. Zkušební přístroje jsou vybaveny lineárními kuličkovými ložisky bez vůle a prakticky nevykazují téměř žádné tření. Při kalibraci lze přesně nastavit tuhost pružiny tak, aby byly zachovány síly uvedené v normách pro každou hodnotu Shore. Tímto způsobem jsou přesně dodržovány tolerance stanovené normami a je umožněna vysoká opakovatelnost výsledků.
Často kladené dotazy ke zkouškám tvrdosti metodou Shore
Tvrdost Shore označuje metodu měření tvrdosti materiálu, při které se měří hloubka vtisku pomocí pružinového indentoru, který se vtlačuje do materiálu/vzorku. Tradičně se používá u pryží, plastů a podobných materiálů. Hodnota tvrdosti se udává v různých stupnicích (např. Shore A, Shore D), které se liší podle typu materiálu. Vyšší hodnota tvrdosti podle stupnice Shore označuje tvrdší materiál, zatímco nižší hodnota označuje měkčí materiál.
Norma ASTM D2240 popisuje zkušební metodu pro stanovení tvrdosti materiálů, která se měří tvrdoměrem. Tato norma se vztahuje na dvanáct různých typů tvrdoměrů používaných k měření tvrdosti vtlačováním u mnohých materiálů, včetně termoplastických elastomerů, vulkanizované pryže, elastomerních, buněčných a gelových materiálů i některých plastů. Je zde uveden podrobný návod, jak provádět měření tvrdosti pomocí různých typů tvrdoměrů v různých rozsazích tvrdosti a u různých druhů materiálů.
Hlavní rozdíl mezi ASTM D2240 a ISO 48-4 spočívá v oblastech použití a zkušebních metodách: Norma ASTM D2240 zahrnuje širší výběr materiálů, včetně pryže, elastomerů a plastů. Používá různé stupnice tvrdosti, například Shore A a Shore D. Norma ISO 48-4 se naproti tomu zaměřuje konkrétně na stanovení tvrdosti vulkanizované nebo termoplastické pryže. Používá také mikroindentační metody. U obou zkušebních metod se tvrdost měří tvrdoměry. Norma ISO 48-4 uvádí podrobnější pokyny pro konkrétní druhy pryže a tenké vzorky.
Shore A se používá k měření tvrdosti měkčích materiálů, jako je pryž a měkké plasty, zatímco Shore D se hodí pro tvrdší materiály, jako jsou tvrdé plasty a termoplasty. Vyšší hodnota na příslušné stupnici znamená vyšší tvrdost materiálu.