Durometer erklärt: Härte von Kunststoffen & Elastomeren für Ingenieure bewerten

In den Anfangsphasen jedes Projekts sollten Ingenieure und Produktteams sich die Zeit nehmen, die mechanischen Spezifikationen jedes potenziellen Materials zu verstehen. Dies umfasst nicht nur die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften, die in jedem Datenblatt zu finden sind, sondern auch andere Faktoren wie die Leistung des Materials unter bestimmten Umgebungsbedingungen oder seine Haltbarkeit. Die Berücksichtigung dieser und weiterer Faktoren hilft Produktteams, ein überlegenes Produkt zu schaffen und gleichzeitig Zeit- und Kosteneffizienz zu optimieren.

Einer der wichtigsten Faktoren bei der Fertigung mit Kunststoff ist der Durometer oder Shore-Durometer, der die Härte eines Materials angibt. Hier ist alles, was Ingenieure und Produktteams über diese wichtige Messgröße wissen sollten:

Was ist Durometer?

Durometer ist eine standardisierte Methode zur Messung der Härte von Materialien wie Gummi oder Kunststoff. Härte misst, wie widerstandsfähig ein Kunststoff gegen Verformung durch mechanische Einpressung oder Abrieb ist.

Ingenieure können die Härte eines Materials mit einem Durometer-Tester prüfen. Das Gerät sieht aus wie ein rundes Reifendruckmessgerät und hat eine Nadel an einer kalibrierten Feder an einem Ende. Zum Testen der Durometer-Härte drückt ein Ingenieur die Nadel gegen das Elastomer oder den Kunststoff und übt Druck aus. Sobald die Nadel so tief wie möglich in das Material eingedrungen ist, zeigt die Messnadel die entsprechende Durometer-Härte auf der passenden Skala an.

Obwohl Durometer auf einer Skala von 0 bis 100 gemessen werden kann, ist es keine Maßeinheit. Es ist tatsächlich eine dimensionslose Messung, was bedeutet, dass Durometer-Zahlen angeben, wie hart oder weich ein Material relativ zu anderen Materialien ist, die mit derselben Durometer-Skala gemessen wurden. Niedrigere Zahlen deuten auf weichere Kunststoffe hin, höhere auf härtere. Beispielsweise ist 90A-Polyurethan-Rohr härter als 70A-Polyurethan-Rohr.

Verschiedene Shore-Härteskalen wurden erfunden, damit Ingenieure und Produktteams die Härte von Materialien mit einer konsistenten, universellen und reproduzierbaren Referenz besprechen können. Die drei gängigsten Shore-Härteskalen sind Shore 00, Shore A und Shore D. Shore 00 wird nur für extrem weiche Gummis und Gele verwendet, Shore A misst flexible Gummis von sehr weich bis hart, und Shore D wird nur für harte Gummis und Kunststoffe verwendet.

Produktteams sollten wissen, dass Durometer-Härte nicht direkt mit der Flexibilität des Endteils korreliert. Es ist vielmehr ein indirektes Maß für Steifigkeit, das Teams hilft, das allgemeine „Gefühl“ eines Materials auf einen Blick zu verstehen. Teams sollten auch wissen, dass sie Materialien auf unterschiedlichen Shore-Härteskalen nicht direkt vergleichen können. Durometer-Zahlen sind relativ zu den Materialien auf ihrer spezifischen Skala – es gibt keine direkte Beziehung zwischen Härte auf einer Durometer-Skala und Härte auf einer anderen.

Beispielsweise hat ein Material mit Durometer-Härte von ca. 80 auf der Shore-00-Skala etwa die Härte eines Radiergummis, aber ein Material mit 80 auf der Shore-D-Skala hat die Härte eines Schutzhelms. Deutlich sind diese Messungen nicht äquivalent, obwohl sie dieselbe Zahl teilen. Produktteams müssen also beachten, nur die Härte von Materialien auf derselben Skala zu vergleichen.

Hier klicken, um Ihre Kopie des untenstehenden Durometer-Charts herunterzuladen.

Wie Durometer-Härte in die Materialauswahl einfließt

Bei der Evaluierung von Elastomeren oder Kunststoffen sollten Ingenieure und Produktteams an die Endverwendung ihres Produkts und die Projekanforderungen denken. Diese Faktoren helfen, den Pool potenzieller Materialien einzugrenzen und geben einen Hinweis, auf welche Shore-Durometer-Skala sie sich konzentrieren sollten. Wenn das Teil über einen längeren Zeitraum viel Gewicht tragen muss, sollten Teams die Shore-00-Skala ganz überspringen und nur Materialien zwischen 70 und 100 auf der Shore-A-Skala und/oder den gesamten Bereich der Shore-D-Skala in Betracht ziehen.

Ingenieure sollten auch die gewünschte Härte mit anderen Überlegungen wie Kosten abwägen, um zu bestimmen, welche Kompromisse sie eingehen wollen. Beispielsweise können härtere Metalle teurer oder schwieriger zu bearbeiten sein. Als Workaround können Ingenieure nachträgliche Härtungsbehandlungen nutzen, um höhere Durometer bei Beibehaltung der Bearbeitbarkeit zu erreichen.

Dennoch ist Materialhärte nicht der einzige relevante Faktor, und Härte ist nicht notwendigerweise indikativ für andere Eigenschaften wie Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit. Steifigkeits- und Kompressionsmodul-Messungen geben eine genauere Auskunft über die Dichtleistung eines bestimmten Gummis als seine Durometer-Härte.

Um ihre Sorgfaltspflicht zu erfüllen und das beste Material für ihre spezifischen Anforderungen auszuwählen, sollten Produktteams Optionen anhand einer Reihe mechanischer Eigenschaften bewerten – einschließlich Dichte, Kompressionskraft-Verformung, Anpresskraft und Dicke – zusätzlich zur Durometer-Härte.

Durometer-Überlegungen für Spritzgussformen

Die Härte von Materialien ist besonders wichtig bei der Arbeit mit Formen. Ingenieure müssen ein Formgummi wählen, das die einfache Entnahme des Originalmodells und aller nachfolgenden Gussteile aus der Form nach dem Aushärten erlaubt – und die Shore-Härte hat direkten Einfluss darauf.

Beispielsweise wäre es unklug, einen 70A-Durometer-Elastomer für eine Form für ein Teil mit dünnen Segmenten zu verwenden, die in verschiedenen Winkeln hervorstehen. Ein 70A-Durometer-Gummi ist so hart wie ein Autoreifen und bietet nicht die Flexibilität, um ein so empfindliches Teil ohne Bruch zu entnehmen. Ein Elastomer mit 30A Shore-Durometer oder niedriger wäre für diese Anwendung wahrscheinlich flexibel genug.

Durometer-Überlegungen für additive Fertigung

Es ist auch wichtig, dass Produktteams die Härte von Materialien bei additiven Fertigungstechnologien berücksichtigen. Viele Produktteams sind mit additiven Fertigungsmaterialien weniger vertraut, aber wenn Sie den Durometer eines additiven Materials kennen, können Sie ihn mit dem Durometer traditionellerer Kunststoffe im Spritzguss vergleichen. Dies gibt Ihnen eine allgemeine Vorstellung davon, wie das additive Material performen wird, und liefert einen Referenzrahmen.

Beachten Sie, dass einige additive Materialien zwei Durometer haben – einen Sofort-Durometer und einen 5-Sekunden-Durometer. Beispielsweise wird ein Teil, das mit dem Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™-Prozess hergestellt wird, wahrscheinlich nicht wie erwartet performen, bevor es ausgehärtet ist. Produktteams, die Heimdrucker nutzen oder Inhouse fertigen, werden einen Unterschied bemerken, aber wenn Sie mit einem Fertigungspartner arbeiten, müssen Sie sich um den Sofort-Durometer eines Materials keine Sorgen machen, da Sie nur das Endprodukt sehen. Dennoch ist es gut zu wissen, dass einige Materialien zusätzliche Aushärtung und Nachbearbeitung benötigen, um ihren finalen Durometer zu erreichen, sodass initiale Messungen sich ändern können.

Mit Fast Radius starten

Zusammenfassend: Durometer ist eine dimensionslose, aber standardisierte Messung zur Angabe der Härte eines Elastomers oder Kunststoffs relativ zu anderen Elastomeren oder Kunststoffen auf derselben Skala. Materialien mit höheren Durometern sind härter, aber Teams sollten vorsichtig sein, Materialien nicht über verschiedene Skalen zu vergleichen, da es keine direkte Beziehung zwischen einer gegebenen Zahl auf einer Skala und derselben Zahl auf einer anderen gibt.

Ingenieure und Produktteams sollten Durometer bei der Materialauswahl berücksichtigen, besonders wenn ihre Anwendungen spezifische Härte- oder Weichheitsanforderungen haben. Die Bewertung der Shore-Härte allein ist jedoch unzureichend. Teams sollten alle relevanten Design- und Leistungsanforderungen sorgfältig prüfen, um das am besten passende Material oder die Materialien auszuwählen. Ein erfahrener Fertigungspartner kann die Materialauswahl vereinfachen und den gesamten Produktentwicklungsprozess straffen.

Bei Fast Radius spezialisieren wir uns darauf, Produktteams dabei zu helfen, sicherzustellen, dass ihre Endprodukte ihren Bedürfnissen entsprechen. Wir wissen, wie entscheidend Materialauswahl ist, und die Partnerschaft mit uns bedeutet Zugang zu unseren gemeinsamen Jahren an Fertigungs-, Engineering- und Lieferkettenexpertise. Durch die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Fertigungspartner wie Fast Radius können Produktteams den Materialauswahlprozess einfach und stressfrei gestalten, während sie Projektzeitpläne beschleunigen und Kosten niedrig halten. Kontaktieren Sie uns noch heute!

Um mehr über die Arbeit mit Kunststoffen zu erfahren und über die neuesten Fertigungsnachrichten auf dem Laufenden zu bleiben, sehen Sie sich alle aktuellen Artikel im Fast Radius Ressourcenzentrum an.

Bereit, Ihre Teile mit Fast Radius zu fertigen?

Angebot starten