硫化橡膠與熱塑性彈性體硬度測試

硫化橡膠與熱塑性彈性體硬度測試標準與方法

硫化橡膠與熱塑性彈性體硬度測試是彈性體材料基本重要的物性參數。硬度可用於鑒別和確定材橡膠彈性體材料料基本物性和應用方向。0A硬度橡膠彈性體,可用於成人用品;35A硬度橡膠彈性體,可用於皮筋等產品;60A硬度橡膠彈性體,可用於各類工具手柄包膠等等。

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

● 邵氏硬度是什麼?如何換算?一篇搞懂原理、種類與用法

● 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!

● What is ‘Shore’ hardness?

● Durometer Shore Hardness Scale?

● Hardness Shore A vs. Shore D

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