Skala twardości wg badania Shore’a
Metoda Shore’a jest jednym z najpopularniejszych narzędzi do pomiaru twardości różnorodnych materiałów, od gumy po twarde tworzywa sztuczne. Stworzona przez Alberta F. Shore’a na początku XX wieku skala, jest szeroko stosowana w przemyśle do oceny cech mechanicznych materiałów elastomerowych i plastycznych. W artykule omówię, jak działa metoda Shore’a, jakie wyróżniamy skale i czym się różnią od siebie, jakie zastosowania znajduje ta metoda oraz jakie są jej ograniczenia.
Podstawy pomiaru twardości Shore’a
Twardość Shore’a mierzy się za pomocą przyrządu zwanego durometrem. Metoda ta polega na ocenie stopnia penetracji trzpienia (wgłębnika) w próbkę materiału pod wpływem określonego obciążenia. W zależności od twardości materiału, trzpień wnika na różną głębokość, a wynik odczytywany jest bezpośrednio ze skali urządzenia.
Typy skali Shore’a
Skala Shore’a dzieli się na kilka typów, które różnią się rodzajem zastosowanego penetratora oraz siłą nacisku. Pomiar odbywa się zazwyczaj w skali punktowej 0-100 dla danego produktu i często spotykamy takie oznaczenie na danym produkcie np. wężach przemysłowych. Do materiałów miękkich stosowane są twardościomierze za skalą typu A, a typu C i D do twardych.
Uwaga: Wyniki pomiarów prowadzonych przy użyciu różnych typów twardościomierzy nie są porównywalne! Dlatego zawsze należy podać oznaczenie typu twardościomierza. Praktyka inżynierska zaleca wykonywanie pomiarów twardości twardościomierzem typu D, gdy twardość wskazana przez twardościomierz typu A wynosi ponad 90. Natomiast jeżeli twardość zmierzona za pomocą urządzenia ze skalą typu D jest mniejsza niż 20, to twardość należy oznaczać twardościomierzem ze skalą typu A.
Skala Shore A – używana do pomiaru miękkich elastomerów (np. guma, neopren, silikon). Penetrator ma formę stożka o zaokrąglonym wierzchołku.
Skala Shore D – służy do pomiaru materiałów o wyższej twardości np. twardych tworzyw sztucznych, poliwęglany, twarde poliuretany. Wykorzystuje ostrzejszy stożek penetratora, co pozwala na ocenę twardszych materiałów.
Skala Shore B,C,M,O, – te skale są mniej powszechne i stosowane do bardzo specyficznych typów materiałów.
Procedura pomiaru
Proces pomiaru twardości metodą Shore’a jest stosunkowo prosty i można go przeprowadzić w kilku krokach:
Przygotowanie próbki – materiał musi być czysty, suchy i o odpowiedniej grubości, zwykle zalecane są co najmniej 2 mm.
Ustawienie durometru – urządzenie należy umieścić pionowo na próbce tak, aby penetrator dotykał powierzchni bez dodatkowego nacisku. Nie mniej niż 10mm od krawędzi próbki.
Aplikacja siły – duromierz automatycznie wywiera nacisk, pozwalając penetratorowi wejść w materiał.
Odczyt wyniku – po określonym czasie, zwykle kilku sekundach, odczytuje się wskazanie twardości bezpośrednio ze skali urządzenia.
Zastosowanie metody pomiaru twardości w skali Shore’a
Metoda Shore’a znajduje zastosowanie w wielu branżach, od produkcji obuwia i elementów gumowych, przez branżę motoryzacyjną, aż po przemysł medyczny i spożywczy. Jest to kluczowy parametr w kontroli jakości surowców oraz gotowych produktów, gdzie wymagana jest określona elastyczność i odporność na odkształcenia.
Ograniczenia i dokładność metody
Pomimo swojej popularności, metoda Shore’a posiada również ograniczenia. Przede wszystkim, twardość Shore’a nie zawsze koreluje liniowo z innymi miarami twardości, takimi jak Brinell czy Rockwell, co może być problematyczne przy porównywaniach między materiałowych. Ponadto, wyniki mogą być różne w zależności od warunków pomiaru, takich jak temperatura czy wilgotność, co wymaga standaryzacji warunków testowych.
Standardy i normy pomiaru twardości Shore’a
Dokładność pomiarów twardości Shore’a jest regulowana przez międzynarodowe normy, takie jak ASTM D2240 w USA czy ISO 868. Te normy określają dokładne wymogi co do przyrządów pomiarowych, metodologii oraz warunków pomiaru, co jest kluczowe dla zapewnienia porównywalności wyników na skalę globalną.
Korelacja twardości Shore’a z innymi właściwościami materiałowymi
Choć twardość Shore’a jest istotnym parametrem, nie daje ona pełnego obrazu właściwości mechanicznych materiału. W praktyce inżynieryjnej często korzysta się również z innych testów, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, odporność na ścieranie czy elastyczność, aby uzyskać bardziej kompleksowy obraz zachowania materiału pod obciążeniem. W przypadku projektowania produktów, taka kompleksowa analiza jest niezbędna do optymalizacji wyboru materiałów.
Przykłady zastosowań praktycznych
Automotive - w branży motoryzacyjnej, twardość elementów gumowych i plastikowych ma bezpośredni wpływ na ich trwałość i funkcjonalność, np. w uszczelkach, oponach czy elementach zawieszenia.
Produkcja obuwia - w produkcji obuwia, twardość podeszw wpływa na komfort i wytrzymałość obuwia, co jest kluczowe dla spełnienia oczekiwań konsumentów.
Urządzenia medyczne - w medycynie, twardość materiałów używanych na implanty lub narzędzia chirurgiczne musi być ściśle kontrolowana, aby zapewnić ich bezpieczeństwo i funkcjonalność.
2024-06-12
Pneumat.
Autor:
Wojciech Połeć
Product Manager
Autor:
Wojciech Połeć
Product Manager
