Значение теста на твердость Astm D2240 для резиновых материалов

Глобальный стандарт, регулирующий это критическое измерение, - это ASTM D2240, метод испытаний, опубликованный ASTM International (ранее - Американское общество по испытаниям и материалам). Этот стандарт обеспечивает повторяемый, объективный способ количественной оценки твердости резины, эластомеров и некоторых термопластичных материалов. Понимание ASTM D2240 имеет важное значение для инженеров по контролю качества, дизайнеров продуктов, ученых-материалов и всех, кто участвует в определении или оценке резиновых компонентов.

В этой статье рассматриваются технические детали ASTM D2240, различные шкалы дюрометра, практические соображения тестирования и почему тестирование на твердость остается краеугольным камнем обеспечения качества резины. Мы также покажем, как этот простой вмятины тест обеспечивает мощное понимание консистенции материала и эксплуатационных характеристик.

Что такое ASTM D2240?

ASTM D2240, формально озаглавленный “Стандартный метод испытаний резиновой собственности—Твердость кабины,” определяет процедуры измерения твердости вдавливания резины и эластомерных материалов с помощью дурометра.Дурометр представляет собой портативное или настольное устройство, которое прижимает закаленный стальной измеритель (указанной формы) к резиновой поверхности под калиброванной пружинной силой. Глубина вмятин измеряется по произвольной шкале от 0 до 100, причем более высокие числа указывают на большую твердость.

Стандарт поддерживается комитетом ASTM D11 по резиновым и резиновым испытаниям и признан во всем мире. На него ссылаются тысячи спецификаций продукции, от креплений автомобильных двигателей до подошв обуви. Ключевые элементы стандарта включают:

• Спецификации для типов дурометров (Shore A, Shore D и т.д.)
• Геометрия и размеры индентеров
• Требования к калибровке весенней силы
• Размеры образцов для испытаний и подготовка
• Процедура испытания, включая время вмятин
• Требования к отчетности для значений твердости

Стандарт ASTM D2240 периодически обновляется; текущая версия (по состоянию на 2025 год) является ASTM D2240-15 (2021 год). Он остается наиболее часто используемым тестом на твердость для резины во всем мире, дополняя другие методы, такие как ISO 48-2 (IRHD) для международных применений.

Шорные шкалы дурометра: A, D и за их пределами

ASTM D2240 определяет несколько шкал дюрометра, каждая из которых предназначена для определенного диапазона жесткости. Два наиболее распространенных - это Shore A и Shore D , но стандарт также включает в себя шкалы для специализированных приложений. Выбор правильной шкалы имеет решающее значение для получения значимых, точных результатов.

Шоу - это тяжелая

Шор А — шкала по умолчанию для мягких и среднетвердых каучуков и эластомеров. Индентер — усеченный конус с включенным углом 35° и плоским концом диаметром 0,79 мм. Для прессования индентера в образец применяется пружинная сила 822 гф (грам-сила). Шор А используется для таких материалов, как:

• Соединения шин и протектора шин
• Резиновые уплотнения, прокладки и O-кольца
• Шлюзы и трубки
• Подошвы и каблуки для обуви
• Бомперные колодки и изоляторы вибрации
• Эластомерные подшипники и втулки

Типичные значения Шора А для обычных резин колеблются от 30 (очень мягкие, как резиновые ленты) до 95 (жесткие, как твердая шина). Материалы, показанные выше 95 Шора А, как правило, считаются слишком жесткими для этой шкалы и требуют шкалы Шора D.

Шторм D - Твердость

Шор D предназначен для более твердых каучуков, жестких пластмасс и некоторых термопластичных эластомеров. Индентер представляет собой острый 30° включенный угловой конус с радиусом наконечника 0,1 мм, а сила пружины составляет 10 фунтов (приблизительно 4536 гф.) Более высокая сила и более острый наконечник позволяют дурометру проникать в более твердые материалы измеримо. Общие применения включают:

• Промышленные пояса и ролики
• Жесткие резиновые листы и полы
• Жесткий ПВХ и поликарбонат
• Нейлоновые шестерни и втулки
• Композитные материалы с резиновыми связующими

Очень твердые пластмассы (например, заполненный стеклом нейлон) могут превышать 90 Шор D, но для таких жестких материалов часто предпочтительны испытания Rockwell или Barcol.

Другие масштабы в ASTM D2240

Стандарт также включает в себя менее часто используемые чешуйки, такие как Shore O, Shore OO, Shore H и другие. Shore OO измеряет очень мягкие материалы, такие как гелевые прокладки и пенорезина с небольшим сферическим индентером и низкой силой пружины. Shore M используется для тонких резиновых образцов (например, поперечные сечения O-кольца), где требуется меньший диаметр стопы. Выбор шкалы зависит от твердости материала, толщины и геометрии продукта. Производители должны проконсультироваться с полным стандартом, чтобы выбрать подходящий тип дурометра.

Как работает тест на твердость ASTM D2240

Процедура испытания обманчиво проста, но требует тщательного контроля нескольких переменных для получения повторяемых результатов. Большинство дурометров являются пружинными устройствами с циферблатом или цифровым считыванием. Испытание проводится следующим образом:

1. Специмены: Резиновый образец должен быть толщиной не менее 6 мм (если только не используется шкала Шора М для тонких секций). Поверхность должна быть плоской, чистой и свободной от дефектов. Укладка нескольких слоев допускается, если объединенная толщина соответствует минимуму, но тестер должен обеспечить отсутствие воздушных зазоров.
2. Кондиционирование: Материал должен быть кондиционирован при стандартной лабораторной температуре (23 ± 2°C) в течение не менее 1 часа до испытаний. Изменения температуры значительно влияют на твердость резины.
3. Расположение дурометра: Дурометр прижимается к образцу так, чтобы стопа (плоское основание, окружающее индентер) находилась в прочном, равномерном контакте с резиной. Для ручных дурометров оператор применяет давление до тех пор, пока стопа не промывается.
4. Введение и чтение:] Вводник проникает в резину под калиброванной пружинной силой.Чтение происходит после определенного времени пребывания; обычно 1 секунда для Берега А и 1 секунда для Берега D, хотя более длительное время пребывания может использоваться для материалов, подверженных ползучести. Стандарт определяет, что чтение должно быть сделано в момент полного сидения стопы.
5. Многочисленные измерения: По выборке производится минимум пять равномерно расположенных углублений. Среднее значение сообщается, а не среднее, чтобы минимизировать влияние выпадающих. Некоторые методы испытаний также требуют стандартного отклонения или диапазона.

Цифровые дюрометры в значительной степени заменили типы аналоговых циферблатов, поскольку они предлагают более высокое разрешение (0,1 единицы жесткости) и журналирование данных. Однако оба типа приемлемы в соответствии с ASTM D2240, если они калибруются ежегодно с использованием сертифицированных блоков испытаний дюрометра.

Факторы, влияющие на чтение

Даже при точном следовании ASTM D2240 несколько факторов могут влиять на измеряемую твердость. Понимание этих переменных имеет важное значение для интерпретации результатов и устранения несоответствий.

Толщина вида

Если образец резины слишком тонкий, ступня дюрометра может опуститься на опорную наковальню, производя искусственно высокую твердость. Стандарт требует минимальной толщины 6 мм для берега A и берега D. Для более тонких продуктов (например, O-кольцевых), используйте шкалу Шора M с меньшим диаметром стопы или сложите несколько слоев для достижения необходимой толщины.

Поверхностное состояние

Грубая или текстурированная поверхность может давать низкие показания, потому что индентер не вступает в постоянный контакт. Аналогичным образом, слой высвобождения плесени или загрязнение могут изменить результаты. Всегда тестируйте на гладкой, чистой поверхности, предпочтительно оригинальной формованной коже, а не на разрезанной поверхности.

температура

Резиновая твердость является высокочувствительной к температуре. Повышение на 10°C может снизить значения Шора А на несколько пунктов. Все испытания должны проводиться при 23±2°C, если не указано иное. Избегайте чрезмерного обращения с образцами перед тестированием (тепло тела может нагревать резину).

Время в квартире и Creep

Большинство каучуков имеют зависящую от времени деформацию (ползучесть): чем дольше индентер остается в контакте, тем глубже он проникает и тем ниже показание. ASTM D2240 определяет время ожидания 1 секунда ± 0,1 секунды для большинства материалов. Для чувствительных к ползучести материалов (например, гибких пенопластов), может быть сообщено мгновенное чтение (1 сек) и более длительное чтение (например, 15 сек).

Техника оператора

Ручные дюрометры требуют постоянной силы оператора для прижатия стопы к образцу. Слишком большое давление может сжать резину под ногой, влияя на показания. Некоторые лаборатории используют стенды дюрометра на скамейке запасных с контролируемой ступней прессера для устранения изменчивости оператора.

Важность тестирования на твердость ASTM D2240 в промышленности

Тестирование на твердость - это не просто проверка качества; оно глубоко интегрировано в разработку материалов, контроль процессов и дизайн продукта. Ниже приведены ключевые приложения в основных отраслях.

автомобильный

Соединения шин определяются по ширину Твердость для балансировки сцепления, износа и сопротивления качению. Навесы двигателя, втулки подвески и погодные уплотнения требуют точного контроля твердости для удовлетворения шума, вибрации и жесткости (NVH) цели. Отклонение только 5 точек ширины A может изменить комфорт езды на автомобиле.

Медицинские приборы

Резиновые пробки для фармацевтических флаконов, шприцевых плунжеров и прокладок для медицинских насосов должны иметь постоянную твердость для обеспечения надлежащей герметизации без чрезмерного усилия на вставку. ASTM D2240 используется при входящем осмотре и валидации конечного продукта.

Строительство и инфраструктура

Подшипники моста из ламинированной резины полагаются на твердость для определения грузоподъемности. Тюлени для окон, дверей и расширительных соединений требуют спецификаций твердости, которые уравновешивают гибкость и сопротивление набору компрессии. Испытание на твердость помогает обеспечить долгосрочную долговечность.

Потребительские товары и обувь

Обувные подошвы спроектированы для обеспечения удельной твердости для обеспечения амортизации (мягкий, низкий берег А) или тяги (более твердые соединения). Тестирование твердости проверяет согласованность партии к партии в производстве и помогает дизайнерам выбирать материалы для различных видов деятельности.

Помимо этих примеров, твердость ASTM D2240 используется в исследованиях материалов для характеристики новых составов эластомеров, контроля качества для мониторинга производственных процессов и анализа отказов для определения того, изменился ли деградированный компонент твердости из-за старения или химического воздействия.