Was ist Durometer? Kunststoff- und Elastomerhärte verstehen und bewerten

In der Anfangsphase eines Projekts sollten sich Ingenieure und Produktteams die Zeit nehmen, die mechanischen Spezifikationen jedes potenziellen Materials zu verstehen. Dazu gehören nicht nur die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften, die in jedem Datenblatt zu finden sind, sondern auch andere Faktoren, wie zum Beispiel, wie gut das Material unter bestimmten Umweltbedingungen funktioniert oder wie langlebig es ist. Die Berücksichtigung dieser und anderer Faktoren hilft Produktteams, ein überlegenes Produkt zu entwickeln und gleichzeitig die Zeit- und Kosteneffizienz zu optimieren.

Einer der wichtigsten Faktoren, die bei der Herstellung von Kunststoff zu berücksichtigen sind, ist die Durometer- oder Shore-Härte, die für die Härte eines bestimmten Materials spricht. Hier ist alles, was Ingenieure und Produktteams über diese wichtige Messung wissen sollten:

Was ist Durometer?

Durometer ist eine standardisierte Methode zur Messung der Härte von Materialien wie Gummi oder Kunststoff. Die Härte ist ein Maß dafür, wie widerstandsfähig ein Kunststoff gegenüber Verformungen durch mechanische Eindrücke oder Abrieb ist.

Ingenieure können die Härte eines Materials mit einem Durometer-Tester testen. Die Vorrichtung sieht aus wie ein runder Reifendruckmesser und hat eine Nadel an einer kalibrierten Feder, die sich von einem Ende erstreckt. Um die Durometer-Härte zu testen, platziert ein Ingenieur die Nadel gegen das Elastomer oder den Kunststoff und übt Druck aus. Sobald die Nadel so weit wie möglich in das Material eingedrungen ist, zeigt die Messnadel die entsprechende Durometer-Härte auf der entsprechenden Skala an.

Obwohl die Härte auf einer Skala von null bis 100 gemessen werden kann, ist sie keine Maßeinheit. Es ist eigentlich eine dimensionslose Messung, was bedeutet, dass Durometer-Zahlen messen, wie hart oder weich ein Material im Vergleich zu anderen Materialien ist, die mit derselben Durometer-Skala gemessen wurden. Niedrigere Zahlen zeigen weichere Kunststoffe an, während höhere Zahlen härtere Kunststoffe anzeigen. Beispielsweise ist ein 90A-Polyurethanschlauch härter als ein 70A-Polyurethanschlauch.

Verschiedene Shore-Härteskalen wurden erfunden, damit Ingenieure und Produktteams die Härte von Materialien anhand einer konsistenten, universellen und reproduzierbaren Referenz diskutieren konnten. Die drei gebräuchlichsten Shore-Härteskalen sind Shore 00, Shore A und Shore D. Shore 00 wird nur verwendet, um die Härte von extrem weichen Gummis und Gelen zu messen, Shore A misst flexible Gummis, die von sehr weich bis hart reichen können, und Shore D wird nur zum Messen von Hartgummi und Kunststoff verwendet.

Produktteams sollten wissen, dass die Durometer-Härte nicht direkt mit der Flexibilität des Endteils korreliert. Vielmehr ist es ein indirektes Maß für die Steifigkeit, das Teams verwenden können, um die allgemeine Haptik eines Materials auf einen Blick besser zu verstehen. Produktteams sollten auch wissen, dass sie keine Materialien vergleichen können, die auf unterschiedlichen Shore-Härteskalen liegen. Durometer-Zahlen sind relativ zu den Materialien auf ihrer spezifischen Skala, was bedeutet, dass es keine direkte Beziehung zwischen der Härte auf einer Durometer-Skala und der Härte auf einer anderen gibt.

Beispielsweise ist ein Material mit einer Durometer-Härte von etwa 80 auf einer Shore-00-Skala etwa so hart wie ein Radiergummi, aber ein Material mit einem Maß von 80 auf der Shore-D-Durometer-Skala hat die Härte eines Schutzhelms. Diese Messungen sind natürlich nicht äquivalent, obwohl sie dieselbe Nummer haben, sodass Produktteams daran denken müssen, nur die Härte von Materialien auf derselben Skala zu vergleichen.

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Wie die Durometer-Härte die Materialauswahl beeinflusst

Bei der Bewertung von Elastomeren oder Kunststoffen sollten Ingenieure und Produktteams die Endanwendung ihres Produkts und die Projektanforderungen berücksichtigen. Diese Faktoren werden dazu beitragen, den Pool potenzieller Materialien einzugrenzen und den Produktteams einen Hinweis darauf zu geben, auf welche Shore-Durometer-Skala sie sich konzentrieren sollten. Wenn das Teil zum Beispiel in der Lage sein muss, über einen längeren Zeitraum viel Gewicht zu tragen, sollten die Teams die Shore-00-Skala vollständig umgehen und nur Materialien zwischen dem 70- und 100-Bereich auf der Shore-A-Härteskala und/oder der Härteskala von Shore A in Betracht ziehen gesamten Bereich der Shore-D-Härteskala.

Ingenieure sollten auch die gewünschte Härte mit anderen Überlegungen wie Kosten abwägen, um zu bestimmen, welche Kompromisse sie eingehen möchten. Beispielsweise können härtere Metalle teurer oder schwieriger zu bearbeiten sein. Um dies zu umgehen, können Ingenieure Härtungsbehandlungen nach dem Prozess verwenden, um höhere Durometer zu erreichen und gleichzeitig eine einfache Bearbeitung beizubehalten.

Dennoch ist die Materialhärte nicht der einzige Faktor, der zählt, und die Härte ist nicht unbedingt ein Hinweis auf andere Eigenschaften wie Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit. Steifheits- und Kompressionsmodulmessungen liefern eine genauere Ablesung der Dichtungsleistung eines bestimmten Gummis als seine Durometerhärte.

Um ihre Due Diligence durchzuführen und das beste Material für ihre spezifischen Anforderungen auszuwählen, sollten Produktteams Optionen anhand einer Reihe mechanischer Eigenschaften bewerten, darunter Dichte, Druckkraft, Durchbiegung, Anlegekraft und Dicke sowie die Durometer-Härte.

Durometer-Überlegungen für Spritzgussformen

Die Härte von Materialien ist besonders wichtig, wenn man mit Formen arbeitet. Ingenieure müssen einen Formkautschuk wählen, der es ihnen ermöglicht, das Originalmodell und alle nachfolgenden Gussteile nach dem Aushärten leicht aus der Form zu entnehmen – und die Shore-Härte hat einen direkten Einfluss darauf.

Es wäre beispielsweise nicht ratsam, ein Elastomer mit einer Härte von 70 A zu verwenden, um eine Form für ein Teil mit dünnen Segmenten herzustellen, die in verschiedenen Winkeln herausragen. Ein Gummi mit einer Härte von 70 A ist so hart wie ein Autoreifen und bietet nicht die erforderliche Flexibilität, um ein so empfindliches Teil herauszuziehen, ohne es zu beschädigen. Ein Elastomer mit einer Shore-Härte von 30 A oder weniger wäre wahrscheinlich flexibel genug für diese Anwendung.

Durometer-Überlegungen für die additive Fertigung

Es ist auch wichtig, dass Produktteams beim Einsatz von additiven Fertigungstechnologien die Härte der Materialien berücksichtigen. Viele Produktteams sind mit additiven Fertigungsmaterialien nicht so vertraut, aber wenn Sie die Härte eines additiven Materials kennen, können Sie sie mit der Härte traditionellerer Kunststoffe vergleichen, die beim Spritzgießen verwendet werden. Dies gibt Ihnen eine allgemeine Vorstellung davon, wie das Zusatzmaterial funktionieren wird, und bietet einen Bezugsrahmen.

Beachten Sie, dass einige Additivmaterialien zwei Durometer haben – ein Instant-Durometer und ein Fünf-Sekunden-Durometer. Beispielsweise wird ein Teil, das mit dem Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™-Prozess hergestellt wurde, wahrscheinlich nicht wie erwartet funktionieren, bis es ausgehärtet ist. Produktteams, die Heimdrucker verwenden oder intern fertigen, werden einen Unterschied bemerken, aber wenn Sie mit einem Fertigungspartner zusammenarbeiten, brauchen Sie sich keine Gedanken über die sofortige Härte eines Materials zu machen, da Sie nur das Endprodukt sehen. Dennoch ist es gut zu wissen, dass einige Materialien eine zusätzliche Aushärtung und Nachbearbeitung erfordern, um ihre endgültige Härte zu erreichen, daher können sich anfängliche Messungen ändern.

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Zusammenfassend ist Durometer ein dimensionsloses, aber standardisiertes Maß, das verwendet wird, um die Härte eines Elastomers oder Kunststoffs im Vergleich zu anderen Elastomeren oder Kunststoffen auf der gleichen Skala anzugeben. Materialien mit höheren Durometern sind härter, aber die Teams sollten darauf achten, Materialien nicht auf verschiedenen Skalen zu vergleichen, da es keine direkte Beziehung zwischen einer bestimmten Zahl auf einer Skala und derselben Zahl auf einer anderen gibt.

Ingenieure und Produktteams sollten bei der Materialauswahl die Härte berücksichtigen, insbesondere wenn ihre Anwendungen spezifische Härte- oder Weichheitsanforderungen haben. Die Beurteilung der Shore-Härte allein reicht jedoch nicht aus. Die Teams sollten alle relevanten Design- und Leistungsanforderungen sorgfältig prüfen, um das oder die am besten geeigneten Materialien auszuwählen. Ein erfahrener Fertigungspartner kann die Materialauswahl vereinfachen und den gesamten Produktentwicklungsprozess rationalisieren.

Bei Fast Radius sind wir darauf spezialisiert, Produktteams dabei zu helfen, sicherzustellen, dass ihre Endprodukte ihren Anforderungen entsprechen. Wir wissen, wie entscheidend die Materialauswahl ist, und eine Partnerschaft mit uns bedeutet, Zugang zu unserer langjährigen Erfahrung in den Bereichen Fertigung, Engineering und Lieferkette zu erhalten. Durch die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Fertigungspartner wie Fast Radius können Produktteams den Materialauswahlprozess einfach und stressfrei gestalten und gleichzeitig Projektzeitpläne verkürzen und Kosten niedrig halten. Kontaktieren Sie uns noch heute, um loszulegen.

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