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1. 硫化橡膠與熱塑性彈性體硬度測試
硬度是指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力。因為材料的相對軟度或硬度往往是選用材料首先要考慮到的指標,並且硬度也與其它重要設計特性有關,例如拉伸模數和撓曲模數。所以測試硬度的目的就是為了首先確定熱塑性彈性體的硬度規格,供客戶選用。
目前國際上有很多種橡膠硬度計,總的分為兩大類:
一類是圓錐形平端針壓頭(壓針)如邵爾硬度計(Shore);二類是圓球形壓頭,如國際硬度(IRHD)、邵爾硬度計(Shore)、趙氏硬度計(Pusey & Jones)等。
兩者的共同點是在一定力的作用下(彈簧或定負荷砝碼),測量橡膠的抗壓性能。不同的是除了壓針性狀不同外,加入負荷的形式不同,前者為動負荷,後者為定負荷。
測量橡膠硬度最普遍採用的儀器稱為邵氏(Shore)硬度計。TPE材料測試一般只用到邵氏A (Shore A)和邵氏D(Shore D)兩種硬度計(圖1)。

2. 硫化橡膠與熱塑性彈性體硬度測試標準及方法
(2-1) 硬度測試標準簡介
目前主要的測試標準有ISO 7619、ASTM D2240、GB 531、ISO 868,其中ISO 868 是規定對於塑膠和硬橡膠進行Shore A或Shore D 硬度的測試,而 ISO 7619、GB 531 第1 部分講訴針對硫化橡膠及熱塑性橡膠(即熱塑性彈性體)的Shore A、Shore D、Shore AO、Shore AM 硬度的測試,其中規定:
- (a) Shore A:普通硬度,高於90A時選用Shore D。
- (b) Shore D:高硬度,低於20D時選用Shore A。
- (c) Shore AO:低硬度橡膠和海綿,低於20 Shore A時選用。
- (e) Shore AM:薄片試樣,試樣總厚度低於6mm時候選用。
ISO 7619、GB 531 第2 部分講訴對硫化橡膠及熱塑性橡膠(即熱塑性彈性體)的便攜式橡膠國際硬度計測試方法。國際橡膠硬度(International Rubber Hardness Degrees)又簡稱為IRHD。
(2-2) 硬度測試標準規範
(2-2-1) 測試標準規範
- (a) GB/T 2411-2008:塑膠和硬橡膠使用硬度計壓痕硬度(邵氏硬度)。
- (b) ISO 868-2003:Plastics and ebonite – Determination of indentation hardness by means of a durometer (Shore hardness)。
- (c) GB/T 531.1-2008:硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法,第1部分:邵氏硬度計法(邵爾硬度)。
- (d) ISO 7619-2004:Rubber, vulcanized or thermoplastic – Determination of indentation hardness – Part 1:Durometer method (Shore hardness)。
- (e) ASTM D2240:Standard Test Method for Rubber Property-Durometer Hardness。
▓ ISO (International Standardization Organization)是國際標準組織,制定國際標準。
▓ GB是中國國標的簡稱。指國家標準,部分國標引用國際標準。
▓ ASTM (American Society for Testing and Materials)美國材料與試驗協會標準。
(2-2-2) 測試要求
測試規範要求及比較(圖2)。

ISO 7619、GB 531、ISO 868 的測試要求(針對ShoreA和ShoreD)(圖3) (圖4)。


3. 邵氏硬度(Shore)測試
(3-1) 邵氏硬度(Shore)測量原理
測量原理(參考影片1),具有一定形狀的鋼制壓針,在試驗力作用下垂直壓入試樣表面,當壓足表面與試樣表面完全貼合時,壓針尖端面相對壓足平面有一定的伸出長度L,以L值的大小來表的大小,L值越大,表示邵氏硬度越低,反之越高。
● (影片1)【高分子材料硬度檢測-邵氏硬度】
(3-2) 邵氏硬度(Shore)硬度標準比較
常用的邵氏硬度單位有ShoreA、ShoreC及ShoreD (圖5)。常見硬度計適用情況如下所示:ShoreA適用一般橡膠、合成橡膠、軟橡膠,皮革等;ShoreC適用橡塑並用、塑膠中含有發泡劑製成的微孔材料;ShoreD適用一般硬橡膠、樹脂、壓克力、玻璃、印刷板等。一般檢測橡膠彈性體材料硬度,90A以上,用ShoreA硬度計檢測相對不準確,建議用ShoreD硬度計檢測(圖6) (圖7)。



4. 硫化橡膠與熱塑性彈性體硬度測試偏差的原因
(4-1) 試樣的加工方法
試樣(試棒)可以射出、擠出、壓延、模壓,通常射出試樣會比其它試樣高出2~4A。
(4-2) 測試的環境溫度
一般規定是在23°C,當冬天以0°C 和夏天30°C 為比較,一般夏天測試結果要比冬天低2~5A,即使在環境溫度23°C條件下存放1小時,冬夏天還仍舊有1~3A的偏差。
(4-3) 測試的讀數時間影響
測試的讀數時間通常是硬度計平穩接觸試樣平面1 秒後讀數,當然這個時候讀數值是最大,到15秒後讀數值是最小,其間大概有2~6A 的差距。
(4-4) 測試時所施加的重量(力)
通常測試時候如果使用固定支架,可以添加固定重量的砝碼,這個重量就是恒定的。但如果手持硬度計測試,每個人所施加給試樣平面的力卻是不一致的,這裡面也存在一定的偏差,大致2~5A,尤其對較軟硬度。(參考-(影片1))
(4-5) 測試時硬度計與試樣表明接觸的速度
如果用力過快或過慢,都會導致硬度偏差,其間大約有1~2A 的偏差。
☆ 其他參考資料及文章
● 硬度計是什麼?硬度計種類及硬度測試方式 4 大硬度計重點一次看!
● Durometer Shore Hardness Scale?
● Hardness Shore A vs. Shore D
☆ 案例及資料下載
● 壓縮檔裡的檔案內容
