Twardość Shore'a / Durometr Twardość ASTM D2240 & ISO 48-4
ASTM D2240 i ISO 48-4 opisują metodę badawczą do określania twardości gumy, elastomerów i tworzyw sztucznych za pomocą durometru (Durometr Twardość / Twardość Shore).
Inną metodę określania twardości tworzyw sztucznych i podobnych materiałów na podstawie wielkości zagłębienia znormalizowanej próbki badawczej (twardość Shore'a) opisano w normie ISO 868 . Norma ISO 48-4 zastępuje wycofaną normę ISO 7619-1.
Definicja badania twardości wg Shore’a ASTM D2240 vs. ISO 48-4 Przeprowadzenie badania Wideo ISO 868 Metody Shore Przedstawienie wartości twardości Shore’aShore Urządzenia do badania twardościDownloadsFAQ Proszę o poradę
Definicja Shore'a Badanie twardości zgodnie z normami ASTM D2240 i ISO 48-4
Badanie twardości Shore zgodnie z ASTM D2240 & ISO 48-4 jak i ISO 868 to znormalizowana metoda statycznego pomiaru twardości gumy przy użyciu urządzenia zwanego durometrem. Dlatego Twardość Shore jest często określana jako twardość durometryczna i charakteryzuje się następującymi cechami:
- Metodę durometryczną stosuje się do określania twardości w zakresie makro przy sile pomiarowej 3,924 – 50N .
- W twardości Shore chodzi o metodę pomiaru zagłębienia. Oznacza to, że w celu określenia wartości twardości badanej próbki mierzy się rzeczywistą wielkość zagłębienia , a nie trwały ślad wytworzony przez wgłębnik.
- Głębokość zagłębienia mierzona jest za pomocą sprężynowego wgłębnika, który penetruje materiał lub próbkę. Wgłębnik to hartowany stalowy trzpień, przy czym w zależności od metody Shore'a konstrukcja trzpienia i stalowej kulki może się różnić. Wielkość zagłębienia jest miarą twardości Shore’a, która jest mierzona w skali od 0 Shore'a (wielkość zagłębienia 2,5 milimetra) do 100 Shore'a (wielkość zagłębienia 0 milimetrów).
Zmieniając różne kształty wgłębników i charakterystykę sprężyny, ustalono szereg różnych skal Shore'a. Najpopularniejszymi skalami są Shore A i D. Do konkretnych zastosowań znane są inne skale, takie jak Shore B, C, 0, 00, 000 i D0.
Skale Shore’a i przykłady zastosowań:
- Shore A: Guma miękka, elastomery i kauczuk naturalny
- Shore D: Twardsze elastomery, tworzywa sztuczne i sztywne tworzywa termoplastyczne
- Shore 0: Miękkie elastomery i tkaniny tekstylne
- Shore 00: Guma piankowa, pianka i guma komórkowa
- Shore B: Twardsze elastomery niż Shore A
- Shore C: Średnio twarde elastomery
VLRH (IRHD supersoft)
Shore 00
Shore A/B
Shore A/B
Shore D/C/D0
Micro Shore
ASTM D2240 vs. ISO 48-4
ISO 48-4 i ASTM D2240 to normy, dotyczące pomiaru twardości gumy i podobnych materiałów za pomocą durometrów. ISO 48-4 koncentruje się na gumie wulkanizowanej lub termoplastycznej i definiuje cztery szczegółowe skale, podczas gdy norma ASTM D2240 obejmuje szerszy zakres materiałów i dwanaście skal. Norma ASTM D2240 jest powszechnie stosowana w Ameryce Północnej, a jej zastosowanie jest bardziej elastyczne, podczas gdy norma ISO 48-4 ma zasięg bardziej międzynarodowy i zawiera bardziej szczegółowe wytyczne, dotyczące gumy. Obie normy wykorzystują podobne zasady pomiaru, ale mają nieco inne instrukcje i obszary zastosowania.
| Norma | ISO 48-4 | ASTM D2240 |
|---|---|---|
| Grubość próby | 6 mm | 6 mm |
| Składanie warstw | tak (3 warstwy) | tak |
| Pomiary | 5 | 5 |
| Odstęp pomiarowy | 6 mm | 6 mm |
| Czas zatrzymania | 3 s wulkanizuje 15 s TPE | mniej niż 1 s |
| Obciążenie | 1 kg Shore A 5 kg Shore D | 1 kg |
| Informacje o twardości | 54 Shore A 3 s 54 Shore A 15 s | A / 54 / 1 A / 54 / 15 |
ASTM D2240 Przeprowadzenie badania
Podczas badania twardości Shore zgodnie z ASTM D2240 należy najpierw upewnić się, że powierzchnia podparcia durometru jest równoległa do stolika badawczego. Następnie pionową odległość między powierzchnią podparcia twardościomierza i powierzchnią kontaktu próbki dostosowuje się do wartości 25,4 mm ± 2,5 mm. Podczas procesu badawczego twardościomierz jest delikatnie dociskany do próbki z zalecanym naciskiem, aż powierzchnia przyłożenia osiągnie pełny kontakt. Twardość można odczytać po upływie jednej sekundy od momentu, gdy powierzchnia przyłożenia zetknie się z badaną próbką. Wykonuje się pięć pomiarów w różnych miejscach próbki, a następnie oblicza i dokumentuje średnią lub medianę.
ISO 48-4 Przeprowadzenie badania
Podczas badania twardości Shore zgodnie z ISO 48-4 należy wcześniej wziąć pod uwagę następujące parametry:
- Zgodnie z normą, aby określić twardość materiału, należy wykonać pięć pomiarów i obliczyć wartość średnią.
- Czas pomiaru wynosi 15 sekund; jeżeli czas trwania jest inny, należy to podać w wartości twardości.
- Badany materiał należy przechowywać co najmniej 1h w temperaturze pokojowej +23°C ± 2°C.
W badaniu twardości Shore’a pierwszym krokiem jest wciśnięcie wgłębnika w próbkę badaną siłą sprężyny wynoszącą 1,11 – 44,5 N. Następnie wgłębnik dociska się do próbki z siłą nacisku 3,92 – 50 N przez 15 sekund. Wielkość zagłębienia w badanej próbce wynosi od 0 do 2,5 mm. Tę wielkość zagłębienia mierzy się za pomocą durometru i na jej podstawie oblicza się wartość twardości. Wgłębnik powinien oddziaływać na próbkę z pełną siłą przez okres 15 sekund. Jeśli czas oddziaływania zostanie przekroczony lub nie zostanie osiągnięty, należy to podać w wartości twardości. Im dłuższy czas oddziaływania, tym niższa będzie wartość twardości Shore'a.
Należy zachować minimalną odległość pomiędzy odciskami pomiarowymi, zgodną z normą. Odległość środkowa pomiędzy odciskami powinna wynosić ≥ 5 mm i ≥ 12 mm od krawędzi próbki.
Shore Badanie twardości zgodnie z ISO 868
ISO 868 to międzynarodowa norma określająca metodę określania twardości zagłębieniowej tworzyw sztucznych i twardej gumy przy użyciu metody pomiaru twardości Shore'a . W tej metodzie wgłębnik badawczy dociska się do materiału z określoną siłą w celu zmierzenia głębokości zagłębienia. Twardość materiału określa się na podstawie wielkości zagłębienia i podaje się ją w skali od 0 (bardzo miękki) do 100 (bardzo twardy).
W szczególności norma ISO 868 odnosi się do pomiaru twardości według skal Shore A i Shore D, które stosuje się do różnych twardości materiałów.
- Skala A dla miękkich materiałów jak miękkie tworzywa sztuczne, elastomery i guma, które mierzy się przy użyciu stożka ściętego
- Skala D dla twardych materiałów takich jak twarde tworzywa sztuczne lub sztywniejsze elastomery, które mierzy się stożkiem (igłą z zaokrągloną końcówką, R = 0,1 mm)
Metody badania twardości Shore’a
Poszczególne metody badania twardości Shore’a różnią się:
- kształtem wgłębnika (patrz rysunek),
- wielkością siły sprężyny F,
- wielkością siły nacisku FA.
Wynikające z tego różne metody badawcze wykorzystują siedem różnych wgłębników i cztery różne siły nacisku. Konkretne różnice między każdą metodą można znaleźć w poniższej tabeli:
| Metoda | Siła sprężyny F [N] | Siła nacisku FA [N] | Wgłębnik | Droga pomiarowa t [mm] | Grubość próby [mm] | Zakres pomiarowy |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Shore A | 8,050 N | 9,81 N | Ścięty stożek, Kąt stożka 35° | 2,5 | ≥ 6 | 10…90 <20 Shore D |
| Shore A0 ewent. Shore E | 8,050 N | 9,81 N | Kulka, Ø 2,5 mm | 2,5 | ≥ 6 | <20 Shore A |
| Shore AM ewent. Shore M | 0,764 N | 9,81 N | Stożek z kątem 30° | 1,25 | ≥ 1,25 | 10…90 |
| Shore B | 8,065 N | 9,81 N | Stożek z kątem 30° | 2,5 | ≥ 6 | 10…90 |
| Shore C | 44,5 N | 49,0 N | Ścięty stożek, Kąt stożka 35°, Średnica ściętego stożka. 0,79 mm | 2,5 | ≥ 6 | 10…90 |
| Shore D | 44,5 N | 49,0 N | Stożek z kątem 30° | 2,5 | ≥ 6 | 30…90 >90 Shore A |
| Shore D0 | 44,5 N | 49,0 N | Kulka, Ø 3/32“ | 2,5 | ≥ 6 | 10…90 |
| Shore 0 | 8,05 N | 9,81 N | Kulka, Ø 3/32“ | 2,5 | ≥ 6 | 10…90 |
Jak odczytać i przedstawić wartość twardości Shore’a?
Wartość twardości w badaniu twardości Shore’a składa się z trzech głównych składników:
- 1. numeryczna wartość twardości;
- 2. słowo „Shore“, które oznacza twardość według Shore’a;
- 3. nazwa metody Shore'a, która definiuje wcięcie i powiązane parametry.
Jeżeli czas trwania oddziaływania odbiega od normy, jako czwarty składnik dodaje się oznaczenie czasu.
Przykład przedstawienia i odczytu wartości twardości:
| 75 Shore A 10 | |
|---|---|
| 75 | ...Wartość twardości |
| Shore | ...wg Shore’a |
| A | ...Metoda Shore'a, stożek ścięty o kącie stożka 35°, sile sprężyny 8,065 N i sile nacisku 12,5 N |
| 10 | …Czas trwania siły nacisku poza zalecanym czasem trwania, w tym przypadku 10 sekund |
Twardościomierze Shore'a do określania twardości Shore'a zgodnie z normami ISO 48-4, ASTM D2240 i ISO 868
- Procedurę pomiarową do określenia twardości Shore gumy, elastomerów i tworzyw sztucznych zgodnie z ASTM D2240, ISO 48-4 i ISO 868 można w łatwy sposób przeprowadzić z pomocą przenośnych durometrów. Pomiary twardości Shore są bardzo rozpowszechnione w zapewnianiu jakości i są metodami makroskopowymi. Do badań laboratoryjnych zaleca się użytkowanie urządzenia na stanowisku badawczym. Kalibracja urządzeń jest opisana w normie ISO 21509. Norma ISO 48-9 opisuje kalibrację urządzeń. Główną różnicą w ramach norm ISO w porównaniu z pomiarami na tworzywach sztucznych jest czas oddziaływania wgłębnika.
- W obu przypadkach mierzy się, jak głęboko wgłębnik wnika w materiał. Wgłębnik jest obciążony sprężyną o określonej charakterystyce. Im większa twardość badanego materiału, tym mniejsza głębokość penetracji, ale tym większe obciążenie wgłębnika. Twardość Shore wyrażana jest w skali od 0 do 100 Shore’a. Siła docisku stopki pomiarowej urządzenia do powierzchni badanej próbki wyznacza położenie zerowe. W zależności od standardu jest to około 10 N dla Shore A i około 50 N dla Shore D.
- Analogowe i cyfrowe Twardościomierz Shore / Durometr
ZwickRoell dostarcza twardościomierze Shore'a ze wskazaniami analogowymi, a także wersje cyfrowe z wyświetlaczem i z możliwością podłączenia PC. Urządzenia badawcze wyposażone są w liniowe łożyska kulkowe, które są ustawione tak, aby nie miały luzu i pracowały niemal bez tarcia. Naprężenie sprężyny można precyzyjnie wyregulować podczas kalibracji, aby zachować zgodność z siłami określonymi przez normy przy każdej wartości Shore'a. Oznacza to, że tolerancje określone w normach są dokładnie zachowane i możliwa jest wysoka powtarzalność wyników.
Często zadawane pytania, dotyczące badania twardości Shore
Twardość Shore’a to miara twardości materiału wyrażająca odporność materiału na penetrację standardowego wgłębnika (trzpienia). Jest ona zwykle stosowana do gumy, tworzyw sztucznych i podobnych materiałów i wyrażana jest w różnych skalach (np. Shore A, Shore D), które różnią się w zależności od rodzaju materiału. Wyższa wartość twardości Shore'a wskazuje na twardszy materiał, natomiast niższa wartość wskazuje na materiał bardziej miękki.
Norma ASTM D2240 opisuje metodę badania służącą do określania twardości materiałów przy użyciu durometru. Norma ta obejmuje dwanaście różnych typów durometrów służących do pomiaru twardości zagłębienia szerokiej gamy materiałów, w tym elastomerów termoplastycznych, gumy wulkanizowanej, materiałów elastomerowych, materiałów komórkowych, materiałów żelowych i niektórych tworzyw sztucznych. Zawiera szczegółowe instrukcje, dotyczące wykonywania pomiarów twardości za pomocą różnych typów durometrów dla różnych zakresów twardości i rodzajów materiałów.
Główną różnicą pomiędzy normami ASTM D2240 i ISO 48-4 jest zakres i metody: Norma ASTM D2240 obejmuje szerszy zakres materiałów, w tym gumę, elastomery i tworzywa sztuczne, i wykorzystuje różne skale twardości, takie jak Shore A i Shore D. Norma ISO 48-4 koncentruje się natomiast konkretnie na określaniu twardości gumy wulkanizowanej lub termoplastycznej i wykorzystuje również technikę mikrowgłębień. Choć obie normy wykorzystują durometry do pomiaru twardości, norma ISO 48-4 zawiera bardziej szczegółowe instrukcje dotyczące konkretnych rodzajów gumy i cienkich próbek.
Skala Shore’a A służy do pomiaru twardości miękkich materiałów, takich jak guma i miękkie tworzywa sztuczne, natomiast skala Shore’a D nadaje się do pomiaru twardszych materiałów, takich jak twarde tworzywa sztuczne i tworzywa termoplastyczne. Wyższa wartość na danej skali oznacza większą twardość materiału.