Дюрометр Шора

Прибор для испытания на твердость

Два колеса для роликовых коньков с разной твердостью – 85А и 83А

Цифровой твердомер по Шору

Дюрометр Шора — это прибор для измерения твёрдости материала, как правило, полимеров . ^[1]

Более высокие числа на шкале указывают на большую устойчивость к вдавливанию и, следовательно, более твердые материалы. Более низкие числа указывают на меньшую устойчивость и более мягкие материалы.

Этот термин также используется для описания рейтинга материала по шкале, например, объект, имеющий «твердость по Шору 90».

Шкала была определена Альбертом Фердинандом Шором , который разработал подходящий прибор для измерения твёрдости в 1920-х годах. Это был не первый твёрдомер и не первый, который назывался дюрометром ( ISV duro- and -meter ; засвидетельствован с 19 века), но сегодня это название обычно относится к твёрдости по Шору ; другие приборы используют другие меры, которые возвращают соответствующие результаты, например, для твёрдости по Роквеллу .

Шкалы дюрометра

Существует несколько шкал дюрометра, используемых для материалов с различными свойствами. Две наиболее распространенные шкалы, использующие немного отличающиеся системы измерения, — это шкалы ASTM D2240 типа A и типа D.

Шкала A предназначена для более мягких, а шкала D — для более твердых. Изображение цифрового дюрометра Bareiss показано на фотографии.

Однако стандарт испытаний ASTM D2240-00 предусматривает в общей сложности 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 индентора дюрометра или прижимной лапки, используемой для Шора A и D

Дюрометр, как и многие другие испытания на твердость, измеряет глубину вмятины в материале, созданной заданной силой на стандартизированной прижимной лапке. Эта глубина зависит от твердости материала, его вязкоупругих свойств, формы прижимной лапки и продолжительности испытания. Дюрометры ASTM D2240 позволяют измерять начальную твердость или твердость вмятины после заданного периода времени. Базовый тест требует приложения силы последовательно, без ударов, и измерения твердости (глубины вмятины). Если требуется хронометрированная твердость, сила прикладывается в течение требуемого времени, а затем считывается. Испытуемый материал должен быть толщиной не менее 6 мм (0,25 дюйма). ^[3] Теоретическая основа испытания рассматривается в Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin by Grundlagen und Anwendungen ^[4]

Стандарт ASTM D2240 распознает двенадцать различных шкал дюрометра, использующих комбинации определенных сил пружины и конфигураций индентора. Эти шкалы правильно называются типами дюрометра; т. е. тип дюрометра специально разработан для определения определенной шкалы, и шкала не существует отдельно от дюрометра. В таблице ниже приведены подробности для каждого из этих типов, за исключением типа R. ^[5]

Примечание: Тип R — это обозначение, а не настоящий «тип». Обозначение R указывает диаметр прижимной лапки (отсюда R, для радиуса; очевидно, D не может быть использован) диаметром 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 — тип D2240, например, aR, dR и т. д.; обозначение R также требует использования рабочей стойки. ^[5]

Некоторые условия и процедуры, которые необходимо соблюдать в соответствии со стандартом DIN ISO 7619-1:

• При измерении по Шору А стопа вдавливается в материал, а при измерении по Шору D стопа проникает в поверхность материала.
• Материал для испытаний должен находиться в лабораторном климатическом хранилище не менее часа до начала испытаний.
• Время измерения 15с.
• Сила составляет 1 кг +0,1 кг для Шора А и 5 кг +0,5 кг для Шора D.
• Необходимо провести пять измерений.
• Калибровка дюрометра производится один раз в неделю с использованием эластомерных блоков различной твердости.

Окончательное значение твердости зависит от глубины индентора после его воздействия на материал в течение 15 секунд. Если индентор проникает в материал на 2,54 мм (0,100 дюйма) или более, то дюрометр равен 0 для этой шкалы. Если он вообще не проникает, то дюрометр равен 100 для этой шкалы. Именно по этой причине существуют множественные шкалы. Но если твердость <10 °Sh или >90 °Sh, результатам нельзя доверять. Измерение необходимо повторить с использованием смежного типа шкалы.

Свинья-стикер, используемый для измерения твердости глиняной массы

Дюрометр — безразмерная величина, и не существует простой связи между дюрометром материала по одной шкале и его дюрометром по любой другой шкале или по любому другому испытанию на твердость. ^[1]

Твердость и модуль упругости ASTM D2240

^{Используя линейную упругую твердость при вдавливании, Гент [7]} вывел соотношение между твердостью по ASTM D2240 и модулем Юнга для эластомеров . Соотношение Гента имеет вид , где — модуль Юнга в МПа, а — твердость типа A по ASTM D2240. $${\displaystyle E={\frac {0.0981(56+7.62336S)}{0.137505(254-2.54S)}},}$$ ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle S}$

Это соотношение дает значение при , но отличается от экспериментальных данных для . ${\displaystyle E=\infty }$ ${\displaystyle S=100}$ ${\displaystyle S<40}$

Микс и Джиакомин выводят сопоставимые уравнения для всех 12 шкал, стандартизированных ASTM D2240. ^[8]

Другое соотношение, которое немного лучше соответствует экспериментальным данным, имеет вид ^[9] где — функция ошибок , а выражено в Па. $${\displaystyle S=100\operatorname {erf} (3.186\times 10^{-4}~E^{1/2}),}$$ ${\displaystyle \operatorname {erf} }$ ${\displaystyle E}$

Чтобы сделать это немного более понятным, вот список значений по Шору А с соответствующими им модулями Юнга (в МПа), где «МПа» вычисляется из «Шора А» с использованием первой формулы, а затем «AltShoreA» вычисляется из «МПа» с использованием второй формулы:

Оценка первого порядка связи между твердостью типа D по ASTM D2240 (для конического индентора с углом полуконуса 15°) и модулем упругости испытуемого материала равна ^[10], где — твердость типа D по ASTM D2240, а выражена в МПа. $${\displaystyle S_{\text{D}}=100-{\frac {20(-78.188+{\sqrt {6113.36+781.88E}})}{E}},}$$ ${\displaystyle S_{\text{D}}}$ ${\displaystyle E}$

Другая неогукианская линейная зависимость между значением твердости по ASTM D2240 и модулем упругости материала имеет вид ^[10] где — твердость типа A по ASTM D2240, — твердость типа D по ASTM D2240, — модуль Юнга в МПа. $${\displaystyle \log _{10}E=0.0235S-0.6403,\quad S={\begin{cases}S_{\text{A}}&{\text{for}}~20<S_{A}<80,\\S_{\text{D}}+50&{\text{for}}~30<S_{D}<85,\end{cases}}}$$ ${\displaystyle S_{\text{A}}}$ ${\displaystyle S_{\text{D}}}$ ${\displaystyle E}$

Патенты

• Патент США 1770045, А. Ф. Шор, «Прибор для измерения твердости материалов», выдан 08.07.1930 г. 
• Патент США 2421449, JG Zuber, «Прибор для измерения твердости», выдан 03.06.1947 

Смотрите также

• Испытание на твердость по Бринеллю  – Шкала твердости по БринеллюСтраницы, отображающие краткие описания целей перенаправления
• Блум (тест)  – Тест на определение прочности геля.
• Испытание на твердость по Кнупу  – испытание на микроупрочнениеСтраницы, отображающие описания викиданных в качестве резерва
• Испытание твердости по методу Leeb Rebound Hardness Test  – Метод испытания твердости металлаСтраницы, отображающие краткие описания целей перенаправления
• Испытание твердости по Роквеллу  – Шкала твердостиСтраницы, отображающие краткие описания целей перенаправления
• Испытание на твердость по Виккерсу  – Испытание на твердость

Ссылки

1. "Испытание твердости пластика по Шору (дюрометру)" . Получено 22 июля 2006 г.
2. "Твёрдость материала". CALCE и Мэрилендский университет . 2001. Архивировано из оригинала 2007-07-07 . Получено 2006-07-22 .
3. "Твёрдость резины". Национальная физическая лаборатория, Великобритания . 2006. Получено 22 июля 2006 г.
4. Виллерт, Эмануэль (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (на немецком языке). Спрингер Вьюег. дои : 10.1007/978-3-662-60296-6. ISBN 978-3-662-60295-9. S2CID  212954456.
5. "DuroMatters! Основная информация по тестированию дюрометра" (PDF) . CCSi, Inc. Архивировано из оригинала (PDF) 24 марта 2012 г. Получено 29 мая 2011 г.
6. "Стандартный метод испытаний свойств резины — твердость по дюрометру1". ASTM International (D2240 − 15´1): 5. Ноябрь 2017. doi :10.1520/D2240-15E01.
7. AN Gent (1958), О связи между твердостью при вдавливании и модулем Юнга, Институт резиновой промышленности -- Труды, 34, стр. 46–57. doi :10.5254/1.3542351
8. AW Mix и AJ Giacomin (2011), Стандартизированная полимерная дюрометрия, Журнал испытаний и оценки , 39 (4), стр. 1–10. doi :10.1520/JTE103205
9. Британский стандарт 903 (1950, 1957), Методы испытаний вулканизированной резины, часть 19 (1950) и часть A7 (1957).
10. Qi, HJ, Joyce, K., Boyce, MC (2003), Твердость по дюрометру и поведение эластомерных материалов под действием напряжений и деформаций, Rubber Chemistry and Technology , 76 (2), стр. 419–435. doi :10.5254/1.3547752

Внешние ссылки

• Сравнительная таблица
• Справочное руководство
• Растеряев Ю.К., Агальцов Г.Н. Связь между твёрдостью и модулем упругости резина (Связь между твёрдостью и модулем упругости резины)
• Преобразователь твердости по Шору