Твердость по Шору материалов — суть метода, прибор, шкала

Твердость – это способность оказывать сопротивление внедрению в поверхностные слои другого более упругого тела – индентора. Чтобы выразить эту величину в числовых значениях, необходимо было создать шкалу твердости. Над этим вопросом работало немало ученых. В итоге было создано около десяти универсальных шкал. Каждая имеет свои особенности, предназначена для определенных материалов, выражается в собственных значениях. Одна из них – шкала Шора.

Кто впервые предложил метод?

Впервые метод предложил Альберт Ф. Шор в 1920 году, также он разработал измерительный прибор – дюрометр (фр. dur твёрдый + гр. мерю) – прибор для определения твёрдости пластичных материалов (в частности, резины).

Измерение твердости методом Шора

Альберт Шор жил в двадцатом столетии. Он был промышленником, его предприятие производило низкомодульные материалы. Это вещества, обладающие малой продольной упругостью. При таких характеристиках они являются эластичными без значительного повышения температуры, достаточно даже комнатных показателей. Такими свойствами обладают полимеры, каучуки и продукты его вулканизации, часть разновидностей пластмассы. Таким образом, шкалу твердости Альбер Шор разработал из-за производственной необходимости. Она помогала облегчить труд и сделать его предприятие успешнее. И этот способ идеально подходит для определения твердости полиуретана.

Метод Шора – эмпирический. Это означает, что он связан с наблюдениями, проведением опытов, получением выводов на основе восприятия результатов. Показатели, выявленные по этому методу, невозможно точно перевести в другие известные величины твердости, из-за этого шкала Шора является не связанной с фундаментальными характеристиками испытываемого материала.

Но при этом показатели, получаемые с помощью прибора Шора, имеют высокое практическое значение. Их использование широко распространено в различных отраслях. К примеру, автомобилистов интересует твердость по Шору резины, используемой для изготовления покрышек. Оптимальные показатели варьируются от 50 до 75. Чем мягче резина, тем лучше она сцепляется с дорогой. Однако чрезмерно мягкие образцы имеют малый срок службы, так как быстро истираются. А еще слишком мягкие шины больше шумят. Учитывая условия эксплуатации, можно подобрать подходящие по твердости шины, используя число Шора.

К сожалению, не каждый производитель покрышек указывает твердость, хотя определить ее совсем не сложно. Наличие отметки говорит об ответственном подходе к производству и отличных показателях качества.

Метод больше всего подходит для достаточно мягких материалов. Измерять твердость полиуретана по Шору удобно и быстро.

Шкалы дюрометра

Примерное соотношение разных шкал

Для измерения дюрометром Шора применяется несколько шкал, используемых для материалов с различными свойствами. Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, в то время как D для более твердых. Помимо этого стандарт ASTM D2240 предусматривает в общей сложности 12 шкал измерений, используемых в зависимости от целевой задачи; различают типы A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S и R. Все шкалы делятся от 0 до 100 условных единиц, при этом высокие значения соответствуют более твердым материалам.

В чем сущность метода Шора?

Сущность метода Шора заключается во внедрении индентора (определенной формой) под действием тарированной пружины в поверхность исследуемого образца.

Результаты измерения данного метода отличаются большим разбросом значений, но из-за своей простоты, он очень удобен для измерения твердости образцов, готовых изделий, габаритных деталей прямо на месте производства.

Устройство прибора

Чертёж инденторов для дюрометров типов A и D

В конструкции дюрометров Шора типов A и D входят следующие части:

• Опорная поверхность (площадь не менее 100 мм²) с отверстием диаметром от 2,5 до 3,5 мм, центр которого находится на расстоянии не менее 6 мм от любого края опоры.
• Индентор в виде закаленного стального стержня диаметром 1,10—1,40 мм.
• Индикаторное устройство, показывающее степень выдвижения кончика индентора за пределы опорной поверхности. Степень выдвижения может быть измерена непосредственно в условных единицах в диапазоне от 0, для полного выдвижения кончика индентора, равного 2,50 мм + 0,04 мм, до 100 при отсутствии какого-либо выдвижения вообще, что происходит, например, в том случае, когда опорную поверхность индентора плотно прижимают к стеклянной пластинке.
• Калиброванная пружина для приложения к индентору силы, рассчитанной согласно одной из приведенных ниже формул:

• F = 550 + 75НA, где F — прилагаемая сила, мН; НA — твердость, определённая по дюрометру типа А;
• F = 445НD, где F — прилагаемая сила, мН; HD — твердость, определённая по дюрометру типа D.

Опционально Твердомеры снабжаются специальным приспособлением или элементами крепления груза, центрированного по оси индентора, позволяющими создавать определённое прижимное усилие. Данное усилие может корректироваться нормативно-технической документацией на конкретные материалы.

Где применяются показатели твердости по Шору

Области применения показателей, полученных методом Альберта Шора, разнообразны. Так, художники, выбирая ластики, отдадут предпочтение изделиям с маркировкой 20, а не 50. Для творчества больше подходят мягкие резинки, позволяющие деликатно поправить рисунок или растушевать карандаш. А вот в школе, офисе актуальнее резинки более упругие. Там цель – бесследно стереть недочеты.

Важны показатели упругости у герметика. Так, в случае, если его придется вскрывать, например, из-за того, что он потемнел, потрескался, более низкие показатели твердости окажутся выгоднее. Мягкий герметик удобнее демонтировать. Оптимальные показатели 10-25. Большие величины говорят о низком качестве герметика.

Твердость покрышек для велосипедов, конечно, должна быть ниже, чем для автомобильных колес. Но все же минимальные показатели около 30. А вот для скейтбордов необходимы твердые колеса. Минимальный порог – 75, а если нужны жесткие колеса, то отметка должна быть в районе 95, что схоже с требованиями к твердости шин вилочных погрузчиков.

Даже выбирая каски для рабочих строительной площадки, важно учитывать показатели твердости. Минимальные показатели – 75 единиц. Использовать защитные головные уборы из более мягкого пластика, с показателями 40-60, опасно для жизни и здоровья.

Как измеряется твердость полиуретана по Шору

Определение твердости дюрометром

Прибор для измерения показателей был создан самим Шором еще в 1920 году. Название его – дюрометр. Он состоит из опорной площадки с отверстием посередине, стержня-индентора и упругой пружины, прилагающей к стержню некоторую силу. Также дюрометр снабжен индикатором, показывающим, насколько носик индентора выдвигается за границы опорной поверхности.

Существует несколько шкал твердости. Чаще всего применяются A и D. Разные шкалы необходимы для большей точности, ведь измерения проводятся для различных материалов. Шкала A оптимальна для мягких, а D подходит для более упругих.

Также использование этого метода требует учета условий окружающей среды. Перед тем, как определить твердость изделий из полиуретана, важно отметить влажность среды, температуру, наличие прямого солнечного излучения. Для истинных показателей следуют исключить факторы, искажающие результаты. Помочь в этом могут стандарты ISO.

Также существуют особые требования к виду образца для испытаний. Толщина его должна превышать 6 мм. Ширина же должна быть такой, чтобы до каждого из краев при измерении оставалось не менее 12 мм. Образец должен быть гладким, так как шероховатая текстура приводит к получению искаженных результатов.

Метод определения твердости

Чтобы определить твердость материала, дюрометр устанавливается вертикально, от носика индентора до любого из краев должно оставаться не меньше 1,2 см. Опорная панель быстро, но без толчка прижимается к поверхности образца. При этом необходимо сохранять параллель между плоскостями. Давление может оказываться с помощью специального груза или же ручным жимом.

При мгновенных измерениях показатели снимают через 1 секунду. Но чаще выдерживают интервал в 15 секунд. Для большей точности измерения проводятся пять раз на различных участках образца. Из полученных значений высчитывается среднее арифметическое. Результат может быть от нуля до ста. Это и есть показатель твердости полиуретана по таблице Шора.

Испытуемые материалы по основным шкалам

Также для выбора шкалы Шора можете воспользоваться сравнительным графиком, представленным ниже.

Метод Шора описан в стандартах ГОСТ 24622, ГОСТ 263, ISO 868, ASTM D2240.

Твердость каких материалов измеряется c помощью шкалы Шора

Показатели твердости по этому методу являются государственными стандартами для таких материалов, как резина, каучук, эбонит, силикон, пластик, полиуретан. Впервые подобные нормы были утверждены для резины. Стандарт появился еще в 1975 году, после чего неоднократно корректировался.

Измерять методом Шора можно и твердость металлических изделий. Но технология при этом немного другая. При измерении твердости заведомо жестких материалов отслеживают не глубину погружения индентора, а высоту отскока носика. Для показателей, получаемых методом отскока, также есть отдельная шкала. Но в промышленности чаще применяются другие более точные способы определения.

Несмотря на это, места и ситуации, где используется метод Шора, очень разнообразны и порой неожиданны. Так, на показатели твердости обращают внимание медики, когда подбирают специальные резиновые бинты для фиксации шин. Последние необходимы при оказании помощи после травмы костей. Слишком мягкие бинты не могут достаточно качественно фиксировать шину, а слишком жесткие могут пережать сосуды и нарушить кровоток.

Таким образом, метод, изобретенный американским промышленником еще в прошлом веке, до сих пор актуален во многих областях благодаря объективности и доступности применения.

Твердость по Шору некоторых материалов

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Чем и как резать керамогранит без сколов... Как снять стопорное кольцо — технология... Кованые двери (50 фото) — входные, для в... Кованые лестницы (46 фото): винтовые, за...