Способность сопротивляться проникновению в поверхностные слои другого тела. Таково определение твердости. Но, как это определение определить, в каких цифрах зафиксировать? Над этим бились сотни ученых. Около 10 из них создали универсальные шкалы твердости.
Они направлены на разные материалы, разнятся в нюансах измерений. Одна из таких шкал – твердость по Шору. Кем он был, и как подошел к вопросу сопротивления одних материалов другим, расскажем далее.
Измерение твердости по Шору
Шора звали Альбертом. Он был американским промышленником, жил в 20 веке. Шкалу твердости разработал, дабы облегчить свой труд и сделать предприятие успешным.
Завод производил низкомодульные материалы. Их характеризует малая продольная упругость. Это приводит к высокой эластичности, даже при комнатных температурах. Таковы полимеры, продукты вулканизации, каучуки, некоторые пластмассы. Для них-то и создан метод Шора.
Твердость материалов по Шору – эмпирический метод. Это значит, что он опытный, направлен на изучение фактов, наблюдение.
Показатель получается «оторванным». Нет его связи с фундаментальными характеристиками испытуемого образца. Зато, его твердость влияет на эксплуатационные параметры. Так, твердость резины по Шору интересует, к примеру, автомобилистов.
Они ориентируются на шкалу, покупая покрышки. Стандарт их твердости – от 50 до 75 единиц Шора. Чем мягче резина, тем лучше ее сцепление с дорогой.
Однако, податливость материала приводит к его скорейшему изнашиванию, нагреву. Мягкая резина шумная и быстро теряет форму. Число Шора позволяет подобрать идеальные покрышки для конкретных условий и потребностей.
Только вот, указывают показатель шкалы на своих покрышках всего около 30% производителей. Наличие заметки указывает на ответственный подход к делу и качество товара. Проблемы в определении твердости по Шору нет. Было бы желание. Прибор для опытов прост, как и схема их проведения.
Единственный минус – приличный разброс значений результатов. Но, более удобного метода, пока, не придумано. Перейдем от теории к практике?
Принцип измерения по Шору
Прибор твердости Шору пришлось разработать самому. Это произошло в 1920. Называется аппарат дюрометром. У него есть опорная площадка с отверстием по центру, индентор, то есть вдавливатель, и калиброванная пружина, прилагающая к нему определенную силу.
Последний элемент машины – индикатор. Он определяет степень выдвижения «носика» индентора за пределы опорной поверхности.
Измерительных шкал у прибора несколько. Основных две, это A и D. Разбивка необходима для точности опытов, ведь испытуемыми становятся материалы с разной твердостью. Мягкие проверяют по шкале А, а более упругие – по D.
Измерение твердости по Шору требует внимания к внешним условиям. Часть полимеров реагируют, к примеру, на влажность воздуха, или размягчаются под воздействием прямых солнечных лучей. Нужно исключить факторы, влияющие на параметры материала. Для этого есть стандарты ISO.
Требования предъявляются и к толщине испытуемого образца. Она не должна быть меньше 6-ти миллиметров. Ширина материала должна позволять сделать отступ от любого из краев минимум в 12 миллиметров. Важна и гладкость испытуемого.
Шероховатые материалы могут неплотно прилегать к опорной поверхности, что искажает результаты измерений.
Чтобы определить, к примеру, твердость полиуретана по Шору, дюрометр устанавливают вертикально. «Носик» индентора, при этом, должен отстоять от края образца на те самые 12 миллиметров.
Прижать опорную поверхность к образцу нужно как можно быстрее, без толчка, держа параллель между плоскостями. Остается приложить к опорной поверхности давление, обеспечивающее надежный контакт с испытуемым материалом. Для этого используют груз. Но, допускается и ручной жим.
Мгновенное измерение проводят за 1 секунду. Однако, обычно, показатели снимают через 15 секунд. Для верности, проводят 5 замеров в разных местах поверхности.
Среднее значение – и есть число твердости. Оно может быть от 0 до 100. Такова шкала твердости Шора. Попробуем применить измерения не только при выборе автомобильных покрышек.
Применение измерения по Шору
Твердость по Шору – таблица, способная указать на нюансы использования товаров. Так, если показатель ластика равен 20 единицам, значит, он художественный. Творцам нужны мягкие резинки, не портящие бумагу для рисования, способные деликатно растушевывать, к примеру, карандашные наброски.
Для канцелярских же целей, школы, или офиса, лучше подходят ластики с твердостью около 50 единиц Шора. Покупая герметик для строительства, работ по дому, важно знать, легко ли будет его вскрыть. К примеру, фиксировали некоторые швы в ванной.
Если герметик потемнеет, или потрескается, его придется выскабливать. Это сложнее, чем вычистить обычную затирку. Чем мягче и податливее герметик, тем проще будет его, так скажем, демонтаж.
У герметика твердость по Шору должна лежать в пределах 10-25 единиц. Иначе, товар не качественный.
Для велосипедных камер приемлемые единицы твердости по Шору гораздо меньше, чем для автомобильных покрышек. Для велика достаточно показателя в 30 баллов.
В разрез идут колеса скейтбордов. Даже у мягких вариаций должно быть 75 единиц.
Для жестких колес скейтборда показатель, и вовсе, равен рекомендациям к цельнолитым шинам вилочных автопогрузчиков – 95-98 единиц.
Для сравнения, пластик строительных касок для защиты во время работ гарантирует лишь 75 баллов. Приобретение некачественного головного убора с твердостью по Шору этак в 40-60 может стоит жизни.
Какие материалы измеряются на твердость по Шору
Из вышесказанного понятно, что твердость по Шору – ГОСТ, действующий для силикона, каучука, эбонита, пластика, резины. Нормы, кстати, установлены еще Государственным Комитетом СССР. В первую очередь определили рамки для резины. ГОСТ получил код 263-75.
Исследования проводили в Министерстве Нефтеперерабатывающей промышленности. Стандарт утвержден 21 января 1975 года, несколько раз корректировался.
Измерять по Шору можно и металлические поверхности. Однако, в этом случае смотрят не на глубину погружения «носика» индентора, а на высоту отскока бойка. По сути, это отдельный метод и отдельная шкала. Однако, они тоже разработаны Шором в параллель с таблицей для низкомодульных материалов.
В промышленности к методу отскока прибегают редко. Есть шкалы, позволяющие измерить показатель твердости металлических изделий более точно, к примеру, схема Роквелла.
Перечень материалов, «подвластных» дюрометрам Шора, не дает полного представления о продукции, твердость которой, как говориться, имеет значение. Так, по шкале американского промышленника измеряют даже податливость бинтов Мартенса. Их используют для фиксации шин.
Так медики называют предметы, удерживающие кости в физиологически верном положении. По сути, шиной может служить даже доска, примотанная к сломанной голени, или бедру.
От качества бинта зависит надежность фиксации. Слишком мягкая резина будет излишне податливой, а твердая способна перетянуть кровеносные сосуды. Так что, показатель Шора может пригодиться в самых неожиданных местах и ситуациях.