Shore tvrdoměr - Shore durometer - Wikipedia

Dva kolečkové brusle kola s různým tvrdoměrem - 85A a 83A.

Digitální tvrdoměr Shore

The Shore tvrdoměr je zařízení pro měření tvrdost materiálu, obvykle z polymery, elastomery, a gumy.^[1]

Vyšší čísla na stupnici indikují větší odolnost vůči vtlačení a tím i tvrdší materiály. Nižší čísla znamenají menší odolnost a měkčí materiály.

Tento termín se také používá k popisu hodnocení materiálu na stupnici, jako u objektu, který má „‚ Shoreův tvrdoměr '90'. “

Měřítko bylo definováno Albert Ferdinand Shore, který ve 20. letech 20. století vyvinul vhodné zařízení pro měření tvrdosti. Nebyl to ani první tvrdoměr, ani první, kterému se říkalo a tvrdoměr (ISV duro- a -Metr; doloženo od 19. století), ale dnes se na toto jméno obvykle odkazuje Tvrdost Shore; jiná zařízení používají jiná opatření, která vracejí odpovídající výsledky, například pro Rockwellova tvrdost.

Stupnice tvrdoměru

Existuje několik stupnic tvrdoměru používaných pro materiály s různými vlastnostmi. Dvě nejběžnější váhy používající mírně odlišné měřicí systémy jsou: ASTM Váhy D2240 typu A a typu D.

Stupnice A je pro měkčí, zatímco stupnice D pro tvrdší.

Testovací standard ASTM D2240-00 však vyžaduje celkem 12 stupnic, v závislosti na zamýšleném použití: typy A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S a R Výsledkem každé stupnice je hodnota mezi 0 a 100, přičemž vyšší hodnoty označují tvrdší materiál.^[2]

Metoda měření

Schéma tvrdoměru indenter nebo přítlačná patka používá se pro Shores A a D

Durometer, stejně jako mnoho jiných testů tvrdosti, měří hloubku odsazení materiálu vytvořeného danou silou na standardizované přítlačné patce. Tato hloubka závisí na tvrdosti materiálu viskoelastický vlastnosti, tvar přítlačné patky a doba trvání zkoušky. Tvrdoměry ASTM D2240 umožňují měření počáteční tvrdosti nebo tvrdosti vtisku po daném časovém období. Základní zkouška vyžaduje důsledné působení síly bez rázů a měření tvrdosti (hloubky prohlubně). Pokud je požadována časovaná tvrdost, působí síla po požadovanou dobu a poté se odečte. Zkoušený materiál by měl mít tloušťku minimálně 6 mm (0,25 palce).^[3] Za teoretické pozadí testu se považuje např. v^[4]

Testovací nastavení pro typ A a D.^[3]
Tvrdoměr	Odsazovací noha	Aplikovaná hmotnost (kg)	Výsledná síla (N)
Typ A	Tyč z kalené oceli o průměru 1,1 mm - 1,4 mm, se zkoseným kuželem 35 °, průměr 0,79 mm	0.822	8.064
Typ D	Tyč z kalené oceli o průměru 1,1 mm - 1,4 mm, s kuželovým hrotem 30 °, špičkou o poloměru 0,1 mm	4.550	44.64

Norma ASTM D2240 rozpoznává dvanáct různých stupnic tvrdoměru pomocí kombinací specifických pružinových sil a konfigurací vtlačovače. Tyto váhy se správně označují jako typy durometrů; tj. typ tvrdoměru je speciálně navržen tak, aby určoval konkrétní měřítko, a měřítko neexistuje odděleně od tvrdoměru. Níže uvedená tabulka poskytuje podrobnosti o každém z těchto typů, s výjimkou typu R.^[5]

Typ tvrdoměru	Konfigurace	Průměr	Rozšíření	Jaro platnost^[6]
A	35 ° komolý kužel (frustum )	1,40 mm (0,055 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	8,05 N (821 gf)
B	30 ° kužel	1,40 mm (0,055 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	8,05 N (821 gf)
C	35 ° komolý kužel (frustum)	1,40 mm (0,055 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	44,45 N (4533 gf)
D	30 ° kužel	1,40 mm (0,055 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	44,45 N (4533 gf)
E	Kulový poloměr 2,5 mm (0,098 palce)	4,50 mm (0,177 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	8,05 N (821 gf)
M	30 ° kužel	0,79 mm (0,031 palce)	1,25 mm (0,049 palce)	0,765 N (78,0 gf)
0	Sférický poloměr 1,20 mm (0,047 palce)	2,40 mm (0,094 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	8,05 N (821 gf)
00	Sférický poloměr 1,20 mm (0,047 palce)	2,40 mm (0,094 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	1,111 N (113,3 gf)
D0	Sférický poloměr 1,20 mm (0,047 palce)	2,40 mm (0,094 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	44,45 N (4533 gf)
000	Sférický poloměr 6,35 mm (0,250 palce)	10,7–11,6 mm (0,42–0,46 palce)	2,54 mm (0,100 palce)	1,111 N (113,3 gf)
000-S	Disk o poloměru 10,7 mm (0,42 palce)	11,9 mm (0,47 palce)	5,0 mm (0,20 palce)	1,932 N (197,0 gf)

Poznámka: Typ R je spíše označení než skutečný „typ“. Označení R specifikuje průměr přítlačné patky (tedy R, pro poloměr; zřejmě nelze použít D) o průměru 18 ± 0,5 mm (0,71 ± 0,02 palce), zatímco síly pružiny a konfigurace vtlačovače zůstávají nezměněny. Označení R lze použít pro jakýkoli typ D2240, s výjimkou typu M; označení R je vyjádřeno jako typ xR, kde x je typ D2240, např. aR, dR atd .; označení R také nařizuje použití provozního stanoviště.^[5]

Některé podmínky a postupy, které musí být splněny podle normy DIN ISO 7619-1, jsou:

Pro měření Shore A noha odsadí materiál, zatímco pro Shore D noha pronikne na povrch materiálu.
Materiál pro testování musí být v laboratorním klimatickém skladu alespoň jednu hodinu před testováním.
Doba měření je 15 s.
Síla je 1 kg +0,1 kg pro Shore A a 5 kg +0,5 kg pro Shore D.
Je třeba provést pět měření.
Kalibrace tvrdoměru je jednou za týden s elastomerovými bloky různé tvrdosti.

Konečná hodnota tvrdosti závisí na hloubce indentoru poté, co byl na materiál aplikován po dobu 15 sekund. Pokud indentor pronikne do materiálu 2,54 mm (0,100 palce) nebo více, je tvrdost pro tuto stupnici 0. Pokud vůbec nepronikne, pak je tvrdoměr pro tuto stupnici 100. Z tohoto důvodu existuje více stupnic. Pokud je však tvrdost <10 ° Sh nebo> 90 ° Sh, výsledky nelze důvěřovat. Měření musí být provedeno znovu se sousedním typem stupnice.

Durometr je bezrozměrná veličina a neexistuje žádný jednoduchý vztah mezi durometrem materiálu v jedné stupnici a jeho durometrem v jakékoli jiné stupnici nebo jiným testem tvrdosti.^[1]

Shore durometry běžných materiálů
Materiál	Tvrdoměr	Měřítko
Gelová sedačka na kolo	15–30	OO
Žvýkačka	20	OO
Sorbothan	30–70	OO
Gumička	25	A
Těsnění dveří	55	A
Automobilový průmysl běhoun pneumatik	70	A
Měkká kolečka kolečkové brusle a skateboard	78	A
Hydraulické O-kroužek	70–90	A
Pneumatický O-kroužek	65–75	A
Tvrdá kolečka kolečkových bruslí a skateboardu	98	A
Ebonitová guma	100	A
Pevné pneumatiky pro nákladní vozy	50	D
Přilba (typicky HDPE )	75	D
Obsazení urethan plastický	80	D

Tvrdost a modul pružnosti podle ASTM D2240

Pomocí lineární pružné vtlačovací tvrdosti je vztah mezi ASTM Tvrdost D2240 a Youngův modul pro elastomery byl odvozen Gentem^[7] a pomocí Mix a Alan Jeffrey Giacomin.^[8] Gentův vztah má formu

{ displaystyle E = { frac {0,0981 (56 + 7,62336S)} {0,137505 (254-2,54S)}},}

kde

{ displaystyle E}

je Youngův modul v MPa a

{ displaystyle S}

je tvrdost ASTM D2240 typu A.

Tento vztah dává hodnotu ${ displaystyle E = infty}$ na ${ displaystyle S = 100}$ ale odchyluje se od experimentálních údajů pro ${ displaystyle S <40}$ . Směsi a Giacomin odvozují srovnatelné rovnice pro všech 12 stupnic, které jsou standardizovány podle ASTM D2240.^[8]

Další vztah, který trochu vyhovuje experimentálním datům, je^[9]

{ displaystyle S = 100 operatorname {erf} (3,186 krát 10 ^ {- 4} ~ E ^ {1/2}),}

kde

{ displaystyle operatorname {erf}}

je chybová funkce, a

{ displaystyle E}

je v jednotkách Pa.

Odhad prvního řádu vztahu mezi tvrdostí ASTM D2240 typu D (pro kónické vtlačovací tělísko s 15 ° úhlem půl kužele) a modulem pružnosti zkoušeného materiálu je^[10]

{ displaystyle S _ { text {D}} = 100 - { frac {20 (-78,188 + { sqrt {6113,36 + 781,88E}})} {E}},}

kde

{ displaystyle S _ { text {D}}}

je tvrdost ASTM D2240 typu D a

{ displaystyle E}

je v MPa.

Další Neohookean lineární vztah mezi hodnotou tvrdosti ASTM D2240 a modulem pružnosti materiálu má tvar^[10]

{ displaystyle log _ {10} E = 0,0235S-0,6403, quad S = { begin {cases} S _ { text {A}} & { text {for}} ~ 20

kde

{ displaystyle S _ { text {A}}}

je tvrdost ASTM D2240 typu A,

{ displaystyle S _ { text {D}}}

je tvrdost ASTM D2240 typu D a

{ displaystyle E}

je Youngův modul v MPa.

Patenty

US patent 1770045 „A. F. Shore,„ Přístroj pro měření tvrdosti materiálů “, vydaný 8. července 1930
US patent 2421449 „J. G. Zuber,„ Hardness Measuring Instrument “, vydáno 06.06.1947

Viz také

Reference

^ ^A ^b „Shore (Durometer) Hardness Testing of Plastics“. Citováno 2006-07-22.
^ "Tvrdost materiálu". CALCE a University of Maryland. 2001. Archivovány od originál dne 2007-07-07. Citováno 2006-07-22.
^ ^A ^b „Gumová tvrdost“. National Physical Laboratory, UK. 2006. Citováno 2006-07-22.
^ Willert, Emanuel (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (v němčině). DOI: 10.1007 / 978-3-662-60296-6: Springer Vieweg.CS1 maint: umístění (odkaz)
^ ^A ^b "DuroMatters! Základní informace o testování durometru" (PDF). CCSi, Inc.. Citováno 29. května 2011.
^ „Standardní zkušební metoda pro vlastnosti pryže - tvrdost tvrdoměru1“. ASTM International. Listopadu 2017. str. 5. doi:10.1520 / D2240-15E01.
^ A. N. Gent (1958), O vztahu mezi tvrdostí vtlačku a Youngovým modulem, Institution of Rubber Industry - Transactions, 34, s. 46–57. doi:10.5254/1.3542351
^ ^A ^b A. W. Mix a A. J. Giacomin (2011), Standardized Polymer Durometry, Journal of Testing and Evaluation, 39(4), s. 1–10. doi:10.1520 / JTE103205
^ Britská norma 903 (1950, 1957), Metody testování vulkanizovaného kaučuku, část 19 (1950) a část A7 (1957).
^ ^A ^b Qi, H. J., Joyce, K., Boyce, M. C. (2003), Durometer hardness and the stress-stress behavior of elastomeric materials, Chemie a technologie kaučuku, 76(2), s. 419–435. doi:10.5254/1.3547752

externí odkazy

[matweb-1] A ^b „Shore (Durometer) Hardness Testing of Plastics“. Citováno 2006-07-22.

[uofm-2] "Tvrdost materiálu". CALCE a University of Maryland. 2001. Archivovány od originál dne 2007-07-07. Citováno 2006-07-22.

[npl-3] A ^b „Gumová tvrdost“. National Physical Laboratory, UK. 2006. Citováno 2006-07-22.

[4] Willert, Emanuel (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (v němčině). DOI: 10.1007 / 978-3-662-60296-6: Springer Vieweg.CS1 maint: umístění (odkaz)

[CCSi,_Inc.-5] A ^b "DuroMatters! Základní informace o testování durometru" (PDF). CCSi, Inc.. Citováno 29. května 2011.

[6] „Standardní zkušební metoda pro vlastnosti pryže - tvrdost tvrdoměru1“. ASTM International. Listopadu 2017. str. 5. doi:10.1520 / D2240-15E01.

[Gent-7] A. N. Gent (1958), O vztahu mezi tvrdostí vtlačku a Youngovým modulem, Institution of Rubber Industry - Transactions, 34, s. 46–57. doi:10.5254/1.3542351

[Mix-8] A ^b A. W. Mix a A. J. Giacomin (2011), Standardized Polymer Durometry, Journal of Testing and Evaluation, 39(4), s. 1–10. doi:10.1520 / JTE103205

[BS903-9] Britská norma 903 (1950, 1957), Metody testování vulkanizovaného kaučuku, část 19 (1950) a část A7 (1957).

[Qi-10] A ^b Qi, H. J., Joyce, K., Boyce, M. C. (2003), Durometer hardness and the stress-stress behavior of elastomeric materials, Chemie a technologie kaučuku, 76(2), s. 419–435. doi:10.5254/1.3547752

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]