Durometer (Härte) verstehen: Definitionen, Anwendungen, Typen und praktische Beispiele

Die Kenntnis der verschiedenen Eigenschaften eines Materials ist entscheidend für das Design eines Bauteils, das eine bestimmte Funktion erfüllen kann. Eine wichtige zu berücksichtigende Eigenschaft ist die Härte (Durometer) eines Materials. Durometer ist eine standardisierte Methode, um die Härte eines Materials oder seinen Widerstand gegen lokale Verformung durch Eindrücken oder Abrieb zu messen. Es wird oft verwendet, um die Härte von Polymerwerkstoffen und anderen Nichtmetallen zu beschreiben.

Härte (Durometer) ist eine dimensionslose Messung. Die Härte eines bestimmten Materials ist relativ zur Härte anderer Materialien, wobei Werte unter Verwendung derselben Skala ermittelt werden. Verschiedene Durometer-Skalen wurden entwickelt, um die Härten verschiedener Materialien zu quantifizieren und zu vergleichen. Dieser Artikel definiert Durometer, die verschiedenen Skalentypen und Beispiele.

Was ist Durometer (Härte)?

Durometer bezieht sich auf die Härte selbst oder die Fähigkeit eines Materials, lokaler Verformung zu widerstehen. Es wird oft verwendet, um die Härte von Polymeren und anderen Nichtmetallen zu messen. Durometer kann auch auf Shore-Härte oder Shore-Durometer verweisen, benannt nach Alfred Shore, der die Shore-Härteskala entwickelte. Der Begriff Durometer wird auch verwendet, um das Werkzeug zu bezeichnen, das die Härte von Materialien misst.

Durometer ist ein dimensionsloser Wert. Das bedeutet, die Härte eines Materials ist relativ zur gemessenen Härte anderer Materialien bei Verwendung derselben Durometer-Skala. Härtewerte reichen von 0–100. Materialien mit höheren Werten sind härter als Materialien mit niedrigeren Werten. Zum Beispiel ist ein Golfball mit einer Shore-Härte von 90A härter als ein Radiergummi mit einer Shore-Härte von 40A. Es ist jedoch wichtig, nur Härtewerte von derselben Skala zu vergleichen. Eine Härte von 40 auf der Shore-A-Skala ist nicht dasselbe wie eine Härte von 40 auf der Shore-D-Skala. Dies liegt daran, dass Härtewerte relativ zu Materialien auf derselben Skala sind und keine Beziehung zwischen den Werten verschiedener Skalen besteht.

Wie man ein Durometer verwendet

Die folgenden Schritte beschreiben, wie man einen Härteprüftest durchführt:

1. Identifizieren und befestigen Sie den geeigneten Eindringfuß am Durometer. Die zu verwendende Shore-Härteskala hängt vom Prüfmuster-Material ab, während Form und Größe des Eindringfußes von der Shore-Härteskala abhängen.
2. Legen Sie das Prüfmuster auf eine harte, ebene Oberfläche, die ¼" (ca. 6,35 mm) dick oder dicker ist.
3. Prüfen Sie die Shore-Härte des Materials, indem Sie das Durometer und seinen Eindringfuß gegen die Oberfläche des Prüfmusters platzieren.
4. Notieren Sie den Shore-Härtewert.

Die Prüfmethode ist dieselbe, egal welche Shore-Härteskala verwendet wird.

Was ist eine Durometer (Härte) Skala?

Eine Durometer-Skala ist eine Klassifizierung, die die Härte verschiedener Materialien beschreibt, die basierend auf ähnlichen Attributen wie Steifigkeit und Flexibilität gruppiert sind. Einige Härte (Durometer) Skalen, wie Shore A und Shore OO, sind für weichere Materialien gedacht. Andere, wie Shore D, sind für härtere Materialien. Die Werte jeder Skala reichen von 0 bis 100, wobei Materialien härter werden, je höher ihr Härtewert steigt.

Was sind die verschiedenen Typen von Durometer (Härte) Skalen?

Es gibt mehrere verschiedene Typen von Härte (Durometer) Skalen, die die Härte verschiedener Materialien quantifizieren. Die ASTM D2240 ist das Standard-Messsystem, das verwendet wird, um den Durometer von thermoplastischen Elastomeren (TPEs), thermoplastischen (vulkanisierten) Kautschuken und elastomeren Materialien, unter anderen, zu messen. Die 12 verschiedenen Härteskalen werden in der Liste unten beschrieben:

1. A

Shore A, oder Typ A, Durometer (Härte) Skala wird für weiche und flexible Materialien verwendet wie: weiche, vulkanisierte und natürliche Kautschuke, TPEs, flexible Thermoplaste und Polyacrylate, Wachse, Leder und Filz. Gummibänder haben eine Härte von ca. 20A, während eine Reifenlaufstreifen eine Härte von ca. 70A hat.

Um mehr zu erfahren, sehen Sie unseren vollständigen Leitfaden zur Shore-A-Härteskala.

2. C

Typ C Skala wird für „mittelharte“ Kautschuke, TPEs und Kunststoffe verwendet und überlappt mit der Typ D Skala. Die Typ C Skala ist für Materialien gedacht, die eine Härte über 90B, aber unter 20D haben. Zum Beispiel kann ein Uhrenarmband aus einem TPE eine Härte von 20C haben, oder ca. 12D.

3. D

Shore D, oder Typ D, Skala wird für härtere Materialien verwendet wie harte Kautschuke und starre Thermoplaste wie Polycarbonat. Zum Beispiel hat ein Skateboard-Rad eine Härte von ca. 50D, während ein Schutzhelm eine Härte von 80D hat. Die Shore D Skala ist für Materialien gedacht, die einen Shore A Wert über 90A haben.

Um mehr zu erfahren, sehen Sie unseren vollständigen Leitfaden zur Shore-D-Härteskala.

4. B

Die Typ B Skala ist für mittelharte Kautschuke, TPEs, faserige Materialien und Papierprodukte gedacht. Diese Skala ist für Materialien gedacht, die eine Härte über 90A, aber unter 20D haben. Während Shore D auch für Materialien über 90A verwendet wird, kann Shore B verwendet werden, um die Härte von Materialien am unteren Ende der Shore D Skala zu messen. Zum Beispiel hat ein Lenkrollenrad eines Einkaufswagens eine Härte von 76B oder ca. 90A.

5. M

Die Typ M Skala wird für unregelmäßig geformte und dünne Kautschuke, TPEs und Kunststoffe verwendet. Beispiele sind O-Ringe und Dichtungen. Diese Skala ist für Materialien gedacht, die eine Shore A Härte zwischen 20 und 85 haben.

6. E

Durometer Typ E wird verwendet, um die Härte von weichen Kautschuken, geschäumten Elastomeren und mittel-dichten Textilwicklungen wie gewickelten Fäden und Garnen zu messen.

7. O

Die Typ O Skala ist für weiche Kautschuke, TPEs und Kunststoffe und für mittel-dichte Textilwicklungen. Die Skala ist für Materialien gedacht, die eine Härte unter 20DO haben.

8. OO

Die Typ OO Skala ist für außergewöhnlich weiche Kautschuke, TPEs, Kunststoffe, Schäume, Schwämme, Tiergewebe und niedrig-dichte Textilwicklungen. Diese Skala ist für Materialien gedacht, die eine Härte unter 20O haben.

9. DO

Typ DO Skala ist für Materialien, die eine Härte über 90C haben. Dies umfasst „mittelharte“ Kautschuke, TPEs und dichte Textilwicklungen.

10. OOO

Typ OOO wird verwendet, um unglaublich weiche Materialien wie Anzugschäume, offene und geschlossenzellige Schäume zu messen.

11. OOO-S

Die Typ OOO-S Skala ist für die Messung von viskoelastischer Polymerhärte. Dies umfasst Objekte wie Fahrradsitze, Stuhlkissen und Gelmatratzen.

12. R

Im Gegensatz zu den anderen Skalen ist die R Skala keine Shore-Härte, sondern eine Rockwell-R-Skala. Die Rockwell-Härteskala ist der Shore-Härteskala ähnlich, wird aber oft für Metalle statt Kunststoffe verwendet. Die R Skala ist am besten für Metalle und harte TPEs, Thermoplaste und Duroplaste geeignet.

Die drei am häufigsten verwendeten Skalen sind A, D und OO. Während die Grenzen vieler Durometer-Skalen überlappen (wie Shore B und Shore D, die beide für Materialien mit Härte über 90A gedacht sind), sind diese drei Skalen umfassend und können eine breite Palette von Materialien mit unterschiedlichen Härten abdecken. Es ist wichtig zu beachten, dass Härtewerte zwischen verschiedenen Skalen nicht verglichen werden sollten und Härtewerte zwischen Skalen nicht umgerechnet werden sollten.

Was sind Beispiele für Materialien, die üblicherweise mit einem Durometer gemessen werden?

Die folgende Liste beschreibt einige Materialien, deren Härte häufig mit einem Durometer gemessen wird:

1. Vulkanisierter Kautschuk

Vulkanisierte Kautschuke sind Kautschuke, die durch chemische Prozesse und Erhitzen gehärtet wurden. Vulkanisation macht Kautschuke härter und elastischer als traditionelle Kautschuke. Die Härte vulkanisierter Kautschuke wird oft mit einem Durometer gemessen, damit Ingenieure feststellen können, ob ein bestimmtes Material ideal für eine Anwendung ist. Vulkanisierte Kautschuke haben Härte zwischen 30A und 70A und werden oft in Reifen, Schuhen und Dichtungen verwendet.

2. Thermoplastische Elastomere

TPEs werden in mehreren Anwendungen verwendet, von Wetterdichtungen und Stoßdämpfern bis zu Schuhsohlen und Tauchflossen. Härte (Durometer) wird für TPEs gemessen, weil TPEs oft in hochabrasiven Umgebungen verwendet werden, in denen sowohl Abriebfestigkeit als auch Flexibilität erwünscht sind. TPE-Härte reicht von 20 Shore OO bis 90A.

3. Elastomere Materialien

Elastomere Materialien sind typischerweise Duroplaste, wie Schäume, Schwämme und Kautschuke, die elastische oder gummiartige Eigenschaften aufweisen. Elastomere werden oft in Klebstoffen, Dichtungen und flexiblen Teilen in Automobilen, Konsumprodukten, Medizinprodukten und mehr verwendet. Durometer wird oft getestet, weil diese Materialien eine breite Palette von Anwendungen erfüllen, in denen Flexibilität wichtig ist. Durometer für Elastomere reicht meist zwischen 20A und 90A.

4. 3D-gedruckte Materialien

3D-Drucker-Filamente und Polymere können verwendet werden, um Bauteile zu drucken, die eine breite Palette von Anwendungen erfüllen. Daher ist es wichtig, die Härte dieser Materialien zu kennen, um ein erfolgreiches Bauteildesign sicherzustellen. Härtewerte für 3D-gedruckte Materialien sind oft härter als TPEs und andere elastomere Materialien. Härtewerte für 3D-gedruckte Materialien reichen von 70A bis 100A.

5. Zellulare Materialien

Zellulare Materialien sind poröse Materialien, die entweder als offenzellige oder geschlossenzellige Materialien betrachtet werden. Beispiele sind Schwämme, Schaum, Kork und niedrig-dichte gewickelte Textilien. Zellulare Materialien werden oft in Leichtbau, Lärmschutz und Crash-Energieabsorption verwendet. Daher wird Härte ermittelt, um die Materialien zu bestimmen, die für verschiedene Anwendungen ideal sind. Härte für zellulare Materialien kann zwischen 30–70 Shore OO liegen.

6. Gelartige Materialien

Gelartige Materialien sind Materialien, die Eigenschaften sowohl von Feststoffen als auch von Flüssigkeiten teilen. Beispiele sind Silikagel, Hydrogele und Geleinsätze für Schuhe. Shore OO Tests werden verwendet, um die Härte gelartiger Materialien zu messen. Härtewerte reichen typischerweise von 10 Shore OO bis 40 Shore OO.

Was ist der genaueste Durometer (Härte) Prüfer?

Die drei genauesten Durometer (Härte) Prüfer sind im Folgenden aufgeführt:

1. Qualitest™ HPE III: Kann als der genaueste Durometer betrachtet werden. Es ist ein digitaler Durometer, der Härtewerte auf eine Dezimalstelle liefert. Materialhärte kann mit Temperaturschwankungen ändern. Der HPE III ist mit Thermoelementen ausgestattet, die die Temperatur des Prüfmusters interpretieren und genaue Messwerte trotz dieser Schwankungen liefern können. Im Vergleich zu einem analogen Messgerät erlaubt das digitale Messgerät Benutzern, ein definierteres Verständnis der Materialhärte zu haben, ohne raten zu müssen.
2. Checkline DD-100 Durometer Tester: Nutzt ein digitales Display mit einer Dezimalstelle für Härteablesungen. Zusätzlich können Härteprüfungen in jedem Winkel durchgeführt werden, da Schwerkraft die Messwerte nicht beeinflusst.
3. Qualitest™ HPE III Basic: Ein digitaler Durometer, der Härtewerte bis zu einer Dezimalstelle liefert.