Твердомер по Шору - Shore durometer - Wikipedia

Два встроенный скейт колеса с разной твердостью - 85А и 83А.

Цифровой твердомер по Шору

В Твердомер по Шору прибор для измерения твердость материала, обычно полимеры, эластомеры, и каучуки.^[1]

Более высокие числа на шкале указывают на большее сопротивление вдавливанию и, следовательно, на более твердые материалы. Меньшие числа указывают на меньшее сопротивление и более мягкие материалы.

Этот термин также используется для описания оценки материала по шкале, например, для объекта, имеющего «твердомер по Шору 90».

Масштаб был определен Альберт Фердинанд Шор, который разработал подходящее устройство для измерения твердости в 1920-х годах. Это не был ни первый твердомер, ни первый прибор, названный твердомер (ISV дюро- и -метр; засвидетельствовано с 19 века), но сегодня это название обычно относится к Твердость по Шору; другие устройства используют другие меры, которые возвращают соответствующие результаты, например, для Твердость по Роквеллу.

Весы дюрометра

Существует несколько шкал твердомера, применяемых для материалов с разными свойствами. Двумя наиболее распространенными шкалами, использующими несколько разные системы измерения, являются ASTM Весы D2240 типа A и типа D.

Шкала A предназначена для более мягких, а шкала D - для более жестких.

Тем не менее, стандарт испытаний ASTM D2240-00 требует всего 12 шкал, в зависимости от предполагаемого использования: типы A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S и R. • Каждая шкала дает значение от 0 до 100, причем более высокие значения указывают на более твердый материал.^[2]

Метод измерения

Схема твердомера индентор или же лапка используется для Shores A и D

Дюрометр, как и многие другие тесты на твердость, измеряет глубину вмятины в материале, создаваемой заданным усилием на стандартной прижимной лапке. Эта глубина зависит от твердости материала, его вязкоупругий свойств, формы прижимной лапки и продолжительности испытания. Твердометры ASTM D2240 позволяют измерять исходную твердость или твердость при вдавливании через заданный период времени. Базовое испытание требует приложения силы последовательно, без ударов, и измерения твердости (глубины вдавливания). Если требуется временная твердость, прикладывают силу в течение необходимого времени, а затем считывают. Минимальная толщина тестируемого материала должна составлять 6 мм (0,25 дюйма).^[3] Рассмотрены теоретические основы теста, например в^[4]

Испытательная установка для типов A и D^[3]

Дюрометр	Вступая лапка	Применяемая масса (кг)	Результирующая сила (Н)
Введите	Пруток из закаленной стали диаметром 1,1 мм - 1,4 мм, с усеченным конусом 35 °, диаметром 0,79 мм	0.822	8.064
Тип D	Пруток из закаленной стали диаметром 1,1 мм - 1,4 мм, с конусом 30 °, радиусом наконечника 0,1 мм	4.550	44.64

Стандарт ASTM D2240 распознает двенадцать различных шкал твердомера, использующих комбинации определенных усилий пружины и конфигураций индентора. Эти весы правильно называют типами твердомеров; т.е. тип твердомера специально разработан для определения конкретной шкалы, и шкала не существует отдельно от твердомера. В таблице ниже представлены подробные сведения по каждому из этих типов, за исключением типа R.^[5]

Тип дюрометра	Конфигурация	Диаметр	Расширение	Весна сила[6]
А	Усеченный конус 35 ° (усеченный )	1,40 мм (0,055 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	8.05 Н (821 гс)
B	Конус 30 °	1,40 мм (0,055 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	8.05 Н (821 гс)
C	Усеченный конус 35 ° (усеченный конус)	1,40 мм (0,055 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	44,45 Н (4,533 гс)
D	Конус 30 °	1,40 мм (0,055 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	44,45 Н (4,533 гс)
E	Сферический радиус 2,5 мм (0,098 дюйма)	4,50 мм (0,177 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	8.05 Н (821 гс)
M	Конус 30 °	0,79 мм (0,031 дюйма)	1,25 мм (0,049 дюйма)	0,765 Н (78,0 гс)
0	Сферический радиус 1,20 мм (0,047 дюйма)	2,40 мм (0,094 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	8.05 Н (821 гс)
00	Сферический радиус 1,20 мм (0,047 дюйма)	2,40 мм (0,094 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	1,111 Н (113,3 гс)
D0	Сферический радиус 1,20 мм (0,047 дюйма)	2,40 мм (0,094 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	44,45 Н (4,533 гс)
000	Сферический радиус 6,35 мм (0,250 дюйма)	10,7–11,6 мм (0,42–0,46 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	1,111 Н (113,3 гс)
000-S	Диск с радиусом 10,7 мм (0,42 дюйма)	11.9 миллиметров (0.47 дюйма)	5,0 мм (0,20 дюйма)	1,932 Н (197,0 гс)

Примечание: Тип R - это обозначение, а не настоящий «тип». Обозначение R указывает диаметр прижимной лапки (отсюда R для радиуса; очевидно, что D нельзя было использовать) в диаметре 18 ± 0,5 мм (0,71 ± 0,02 дюйма), в то время как силы пружины и конфигурации индентора остаются неизменными. Обозначение R применимо к любому типу D2240, за исключением типа M; обозначение R выражается как Type xR, где x - это тип D2240, например, aR, dR и т.д .; Обозначение R также требует использования действующего стенда.^[5]

Некоторые условия и процедуры, которые должны быть соблюдены в соответствии со стандартом DIN ISO 7619-1:

• При измерении по Шору А ступня вдавливает материал, а при измерении по Шору D ступня проникает в поверхность материала.
• Материал для тестирования должен находиться в лабораторном хранилище с климатическими условиями не менее чем за час до тестирования.
• Время измерения 15 с.
• Сила составляет 1 кг +0,1 кг для Shore A и 5 кг +0,5 кг для Shore D.
• Необходимо провести пять измерений.
• Калибровка дюрометра производится раз в неделю с блоками эластомера разной твердости.

Окончательное значение твердости зависит от глубины индентора после того, как он нанесен на материал в течение 15 секунд. Если индентор проникает в материал на 2,54 мм (0,100 дюйма) или более, твердомер для этой шкалы равен 0. Если он вообще не проникает, то твердость по шкале равна 100. По этой причине существует несколько шкал. Но если твердость <10 ° Sh или> 90 ° Sh, результатам нельзя доверять. Измерение необходимо повторить со смежным типом шкалы.

Дюрометр - это безразмерная величина, и не существует простой взаимосвязи между твердометром материала в одной шкале и его твердостью в любой другой шкале или любым другим тестом на твердость.^[1]

Береговые дюрометры обычных материалов

Материал	Дюрометр	Шкала
Велосипедное гелевое сиденье	15–30	OO
Жевательная резинка	20	OO
Сорботан	30–70	OO
Резинка	25	А
Уплотнение двери	55	А
Автомобильная промышленность Протектор шины	70	А
Мягкие колеса роликовые коньки и скейтборд	78	А
Гидравлический Уплотнительное кольцо	70–90	А
Пневматическое уплотнительное кольцо	65–75	А
Жесткие колеса роликовых коньков и скейтборда	98	А
Эбонитовый каучук	100	А
Твердые грузовые шины	50	D
Каска (обычно HDPE )	75	D
Бросать уретан пластик	80	D

Твердость и модуль упругости ASTM D2240

Используя линейную упругую твердость вдавливания, соотношение между ASTM Твердость D2240 и Модуль для младших за эластомеры был получен Gent^[7] и от Mix и Алан Джеффри Джакомин.^[8] Отношение Гента имеет вид

$${\displaystyle E={\frac {0.0981(56+7.62336S)}{0.137505(254-2.54S)}},}$$

куда ${\displaystyle E}$ - модуль Юнга в МПа и ${\displaystyle S}$ твердость по ASTM D2240, тип A.

Это соотношение дает значение ${\displaystyle E=\infty }$ в ${\displaystyle S=100}$ но отклоняется от экспериментальных данных для ${\displaystyle S<40}$. Микс и Джакомен выводят сопоставимые уравнения для всех 12 шкал, которые стандартизированы ASTM D2240.^[8]

Еще одно соотношение, которое немного лучше соответствует экспериментальным данным:^[9]

$${\displaystyle S=100\operatorname {erf} (3.186\times 10^{-4}~E^{1/2}),}$$

куда ${\displaystyle \operatorname {erf} }$ это функция ошибки, и ${\displaystyle E}$ выражается в Па.

Оценка первого порядка связи между твердостью ASTM D2240 типа D (для конического индентора с углом полуконуса 15 °) и модулем упругости испытываемого материала:^[10]

$${\displaystyle S_{\text{D}}=100-{\frac {20(-78.188+{\sqrt {6113.36+781.88E}})}{E}},}$$

куда ${\displaystyle S_{\text{D}}}$ - твердость типа D по ASTM D2240, и ${\displaystyle E}$ находится в МПа.

Другой Неогукейский линейная зависимость между значением твердости ASTM D2240 и модулем упругости материала имеет вид^[10]

$${\displaystyle \log _{10}E=0.0235S-0.6403,\quad S={\begin{cases}S_{\text{A}}&{\text{for}}~20<S_{A}<80,\\S_{\text{D}}+50&{\text{for}}~30<S_{D}<85,\end{cases}}}$$

куда ${\displaystyle S_{\text{A}}}$ твердость по ASTM D2240, тип A, ${\displaystyle S_{\text{D}}}$ - твердость типа D по ASTM D2240, и ${\displaystyle E}$ - модуль Юнга в МПа.

Патенты

• Патент США 1770045, А. Ф. Шор, "Прибор для измерения твердости материалов", выпущенный 08 июля 1930 г. 
• Патент США 2421449, J. G. Zuber, "Прибор для измерения твердости", выпущенный 1947-06-03. 

Смотрите также

• Испытание на твердость по Бринеллю
• Блум (тест)
• Тест твердости по Кнупу
• Тест на твердость отскока по Leeb
• Испытание на твердость по Роквеллу
• Тест твердости по Виккерсу

Рекомендации

1. «Испытание пластмасс на твердость по Шору (дюрометром)». Получено 2006-07-22.
2. «Твердость материала». CALCE и Университет Мэриленда. 2001. Архивировано с оригинал на 2007-07-07. Получено 2006-07-22.
3. «Твердость резины». Национальная физическая лаборатория, Великобритания. 2006. Получено 2006-07-22.
4. Виллерт, Эмануэль (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (на немецком). DOI: 10.1007 / 978-3-662-60296-6: Springer Vieweg.
5. "DuroMatters! Основная информация по тестированию на твердомер" (PDF). CCSi, Inc. Получено 29 мая 2011.
6. «Стандартный метод испытания свойств резины - твердость по дюрометру1». ASTM International. Ноябрь 2017. с. 5. Дои:10.1520 / D2240-15E01.
7. А. Н. Гент (1958), О связи между твердостью при вдавливании и модулем Юнга, Институт резиновой промышленности - Сделки, 34, стр. 46–57. Дои:10.5254/1.3542351
8. А. В. Микс и А. Дж. Джакомин (2011), Стандартизованная дюрометрия полимеров, Журнал тестирования и оценки, 39(4), стр. 1–10. Дои:10.1520 / JTE103205
9. Британский стандарт 903 (1950, 1957), Методы испытаний вулканизированной резины, часть 19 (1950) и часть A7 (1957).
10. Ци, Х. Дж., Джойс, К., Бойс, М. С. (2003), Твердость по дюрометру и поведение эластомерных материалов при напряжении и деформации. Химия и технология резины, 76(2), стр. 419–435. Дои:10.5254/1.3547752

внешняя ссылка

• Сравнительная таблица
• Что такое дюрометр
• Справочное руководство
• Растеряев Ю.К., Агальцов Г.Н. Связь между твёрдостью и модулем упругости резин (Связь между твердостью и модулем упругости резины)