Список тематических статей

Твердость по Шору

Понятие и общие сведения

Твердостью называется сопротивление материала внедрению в его поверхностные слои упругого инструмента, называемого индентором. Для получения численных значений специалисты создали систему шкал твердости. Всего употребляется порядка 10 стандартных шкал в зависимости от конкретной группы материалов.

Шкала Шора является одной из самых применимых шкал определения твердостей материалов. Она получила название в честь инженера и предпринимателя Альберта Шора, разработавшего свою шкалу в районе 1920 года ввиду необходимости определять и систематизировать свойства производимой его предприятием продукции. Предприятие Шора в то время выпускало разнообразные эластичные материалы.

Метод определения твердости по Шору относится к эмпирическим. Полученные результаты нельзя точно перевести в значения, измеренные по другим методикам.Тем не менее, твердость материалов по Шору обладает важным практическим значением в разных областях науки и техники. Способ Шора чаще применяется для относительно мягких материалов, например каучуков, резин, полиуретанов и прочих эластомеров.

Измерение

Устройство для получения значения твердости было созданоавтором методики А.Шором. Оно получило названием «дюрометр». Этот прибор состоит из следующих элементов:

- опорная площадка, имеющая отверстие,

- индентор,

- упругая пружина для оказания воздействия к стержню,

- индикатор перемещения индентора.

Рис.1. Дюрометр

Для лучшей точности и более широкого спектра измерений используют несколько шкал твердости по Шору, обозначаемых заглавными латинскими буквами. Наиболее часто употребляемыми из них являются шкалы A и D. При этом по шкале A определяется твердость более мягких материалов, а по шкале D – относительно более твердых.

При определении твердости дюрометр устанавливают вертикальным образом на расстоянии не менее 12 мм от конца образца. Опорную панель с достаточной скоростью прижимают к плоскости образца. Усилие на индентор передается либо при помощи веса груза определенной массы, либо вручную.

В случае мгновенных измерений значение получают в течение одной секунды. Более точные измерения проводятся при выдержке порядка 15 секунд и в нескольких разных точках образца. Значение твердости берется как среднее между полученными в разных точках. Значение представляет собой число от 0 до 100 единиц по той или иной шкале.

Существует рекомендация, по которой в случае, если твердость по Шору по шкале A имеет значение более 90 единиц провести повторные исследования по шкале D. Это же правило работает и в обратную сторону: при результате, измеренном по шкале D равном величине менее 20 рекомендуется провести повторные измерения твердости материала по шкале A.

После проведения анализа твердости для формализации результатов оформляется протокол испытаний, включающий обычно:

1) наименование стандарта;

2) марку исследуемого материала;

3) информацию об исследуемом образце: его толщине и число слоев, если применимо;

4) температуру и относительную влажность в помещении для испытания;

5) тип используемой шкалы Шора, например A, D или другой;

6) количество времени с момента получения образца до измерения (если необходимо);

7) все полученные значения с временем, прошедшим между испытаниями;

8) средне арифметическое полученное значение;

9) прочие подробности испытания, влияющие на их результаты.

Полученные результаты фиксируются в виде:«твердость по Шору: D/15:50», где D — шкала измерений дюрометра, 15 — количество секунд по описанной выше процедуре измерений с момента касания индентором опорной поверхности доснятия результата, 50 — значение твердости. Аналогично значение А/1:40 значит уровень твердости 40, полученный на дюрометре со шкалой А в течение одной секунды. Существует таблица ориентировочных значений твердостей Шора для наиболее популярных материалов.

Важно, чтобы измерение проходило при нормальных условиях по влажности, температуре, наличию излучений, в том числе света и т.п. Кроме того имеются требования к форме образца, используемого для испытаний. Он должен быть не более 6 мм толщиной, а ширина такова, чтобы иметь минимум 12 мм от точки приложения индентора до ближайшего края. Его поверхность должна быть гладкой, т.к. любые шероховатости ведут к искажению результата.

Применение

Значение твердости материалов по Шору применяется широко. Ее применяют люди разных профессий и специальностей – от художников до строителей.

В частности, важны показатели твердости по Шору для полимеров и эластомеров, особенно для последних. Исходя из данных по твердости тот или иной материал во многом выбирается для выпуска конкретного изделия. Особенно это касается изделий из каучуков, резин, эластомеров, термоэластопластов и т.д.

В области строительства показатели твердости важны для герметиков, уплотнительных материалов – колец, прокладок, сальников. Тоже самое можно сказать про машиностроение. Для строительной индустрии также важны значения твердости защитных касок для персонала. При использовании каски из мягкого материала с Шором до 70 единиц по шкале Dможно получить травму и нанести вред здоровью.

Даже для канцелярских и учебных товаров твердость эластомера по Шору может иметь значение, например для выбора ластиков для корректировки документов. А вот твердость пишущих карандашей определяется по-другому и обозначается по собственной шкале: Н, В, HB, Т и т.д.

Очень важна твердость по Шору для самых разнообразных шин. Твердость велосипедных шин должна быть невысока, автомобильные шины уже тверже, еще более высокой твердостью обладают различные специальные колеса, например для роликовых коньков, скейтбордов, автопогрузчиков и прочей подобной спецтехники.

Рис2. Ранжирование широко используемых изделий по их твердости

В области медицины значение твердости эластичных материалов учитывают при подборе специальных бинтов, предназначенных для фиксации шин при повреждениях конечностей и травмах костей. Дело в том, что бинты с низкой твердостью могут недостаточно зафиксировать шину, а при очень высокой есть риск пережатия сосудов и нарушения кровотока.

Государство старается стандартизировать значения твердостей наиболее распространенных и важных материалов. Изначально еще в СССР в 1975 году такие стандарты были разработаны и приняты для того, чтобы регламентировать твердость резины. И на сегодня этот стандарт действует со множеством исправлений.

В заключение статьи отметим, что метод твердости Шора уже около ста лет является актуальным способом измерения и сравнения значений для многих применений. Это обусловлено его объективностью и доступностью для использования в различных условиях.