Твердомер по Шору

Два ролика для роликовых коньков с разной твердостью - 85А и 83А.

Цифровой твердомер по Шору

Твердость по Шор представляет собой устройство для измерения твердости материала, как правило , из полимеров , эластомеров и каучуков . ^[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».

Шкала была определена Альбертом Фердинандом Шором , который в 1920-х годах разработал подходящее устройство для измерения твердости. Он не был ни первым твердомером ни первый , чтобы называться твердомером ( ISV термореактивные и -метровый , засвидетельствовано с 19 - го века), но сегодня этим имя обычно относится к твердости по Шору ; другие устройства используют другие меры, которые возвращают соответствующие результаты, например 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 шкалы ASTM 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 твердомерного индентора или прижимной лапки для шорсов 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 вязкоупругих свойств, формы прижимной лапки и продолжительности испытания. Твердометры ASTM D2240 позволяют измерять исходную твердость или твердость при вдавливании через определенный период времени. Базовое испытание требует приложения силы последовательным образом, 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] Теоретические основы теста рассматриваются, например, в^[4]

Испытательная установка для типов A и D ^[3]
Дюрометр	Лапка для вдавливания	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 о каждом из этих типов, за исключением типа R. ^[5]

Тип твердомера	Конфигурация	Диаметр	Расширение	Пружина сила ^[6]
А	35 ° усеченный конус ( усеченный )	1,40 мм (0,055 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	8.05 с.ш. (821 гс)
B	Конус 30 °	1,40 мм (0,055 дюйма)	2,54 мм (0,100 дюйма)	8.05 с.ш. (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 с.ш. (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 с.ш. (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 выполнены в соответствии со стандартом DIN ISO 7619-1:

При измерении по Шору А ступня вдавливает материал, а при измерении по Шору D ступня проникает через поверхность материала.
Материал для испытаний должен находиться в помещении для хранения в лаборатории с климатическими условиями не менее чем за час до испытания.
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 один раз в неделю с эластомерными блоками разной твердости.

Окончательное значение твердости зависит от глубины индентора после того, как он был 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 нет 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
Дверной уплотнитель	55	А
Протектор автомобильных шин	70	А
Мягкие колеса роликовых коньков и скейтборда	78	А
Гидравлическое 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
Литой уретановый пластик	80	D

Твердость и модуль упругости ASTM D2240

Используя линейно-упругую твердость при вдавливании, связь между твердостью ASTM D2240 и модулем Юнга для эластомеров была получена Гентом ^[7] и Миксом и Аланом Джеффри Джакомином . ^[8] Соотношение Гента имеет вид

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

где - модуль Юнга в МПа, а - твердость типа A. ASTM D2240.

{\ displaystyle E}

{\ displaystyle S}

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

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

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

где - функция ошибок , выраженная в Па.

{\ displaystyle \ operatorname {erf}}

{\ displaystyle E}

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

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

где - твердость типа D по ASTM D2240, МПа.

{\ displaystyle S _ {\ text {D}}}

{\ displaystyle E}

Другая линейная зависимость нео-Гука 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 {case}}}

где - твердость ASTM D2240 типа A, - твердость ASTM D2240 типа D и - модуль Юнга в МПа.

{\ displaystyle S _ {\ text {A}}}

{\ displaystyle S _ {\ text {D}}}

{\ displaystyle E}

Патенты

Патент США 1770045 , AF Shore, «Аппарат для измерения твердости материалов», выдан 08.07.1930.
Патент США 2421449 , JG Zuber, "Прибор для измерения твердости", выдан 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
Испытание на твердость по Виккерсу

использованная литература

^ a b «Проверка твердости пластмасс по Шору (дюрометром)» . Проверено 22 июля 2006 .
^ «Твердость материала» . CALCE и Мэрилендский университет . 2001. Архивировано из оригинала на 2007-07-07 . Проверено 22 июля 2006 .
^ a b «Твердость резины» . Национальная физическая лаборатория, Великобритания . 2006 . Проверено 22 июля 2006 .
^ Willert, Эмануэль (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (на немецком языке). DOI: 10.1007 / 978-3-662-60296-6: Springer Vieweg.CS1 maint: location ( ссылка )
^ a b «DuroMatters! Основная информация по тестированию на твердомер» (PDF) . CCSI, Inc . Проверено 29 мая 2011 года .
^ "Стандартный метод испытаний свойств резины - твердость по дюрометру1" . ASTM International . Ноябрь 2017. с. 5. DOI : 10,1520 / D2240-15E01 .
^ А. Н. Гент (1958), О связи между твердостью при вдавливании и модулем Юнга, Институт резиновой промышленности - Транзакции, 34, стр. 46–57. DOI : 10,5254 / 1,3542351
^ Б А. В. Перемешать и AJ Giacomin (2011), стандартизированный полимерный Durometry, журнал тестирования и оценки , 39 (4), стр. 1-10. DOI : 10,1520 / JTE103205
^ Британский стандарт 903 (1950, 1957), Методы испытаний вулканизированной резины, часть 19 (1950) и часть A7 (1957).
^ а б Ци, Х.Дж., Джойс, К., Бойс, М.К. (2003), Твердость по дюрометру и деформационное поведение эластомерных материалов, Rubber Chemistry and Technology , 76 (2), стр. 419–435. DOI : 10,5254 / 1,3547752

внешние ссылки

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

[matweb-1] «Проверка твердости пластмасс по Шору (дюрометром)» . Проверено 22 июля 2006 .

[uofm-2] «Твердость материала» . CALCE и Мэрилендский университет . 2001. Архивировано из оригинала на 2007-07-07 . Проверено 22 июля 2006 .

[npl-3] «Твердость резины» . Национальная физическая лаборатория, Великобритания . 2006 . Проверено 22 июля 2006 .

[4] Willert, Эмануэль (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (на немецком языке). DOI: 10.1007 / 978-3-662-60296-6: Springer Vieweg.CS1 maint: location ( ссылка )

[CCSi,_Inc.-5] «DuroMatters! Основная информация по тестированию на твердомер» (PDF) . CCSI, Inc . Проверено 29 мая 2011 года .

[6] "Стандартный метод испытаний свойств резины - твердость по дюрометру1" . ASTM International . Ноябрь 2017. с. 5. DOI : 10,1520 / D2240-15E01 .

[Gent-7] А. Н. Гент (1958), О связи между твердостью при вдавливании и модулем Юнга, Институт резиновой промышленности - Транзакции, 34, стр. 46–57. DOI : 10,5254 / 1,3542351

[Mix-8] Б А. В. Перемешать и AJ Giacomin (2011), стандартизированный полимерный Durometry, журнал тестирования и оценки , 39 (4), стр. 1-10. DOI : 10,1520 / JTE103205

[BS903-9] Британский стандарт 903 (1950, 1957), Методы испытаний вулканизированной резины, часть 19 (1950) и часть A7 (1957).

[Qi-10] а б Ци, Х.Дж., Джойс, К., Бойс, М.К. (2003), Твердость по дюрометру и деформационное поведение эластомерных материалов, Rubber Chemistry and Technology , 76 (2), стр. 419–435. DOI : 10,5254 / 1,3547752

[1]