Durómetro Shore

Dispositivo de prueba de dureza

Dos ruedas de patines en línea con diferente durómetro: 85A y 83A

Probador de dureza Shore digital

El durómetro Shore es un dispositivo para medir la dureza de un material, típicamente de polímeros . ^[1]

Los números más altos en la escala indican una mayor resistencia a la penetración y, por lo tanto, materiales más duros. Los números más bajos indican una menor resistencia y materiales más blandos.

El término también se utiliza para describir la clasificación de un material en la escala, como en un objeto que tiene un "durómetro Shore de 90".

La escala fue definida por Albert Ferdinand Shore , quien desarrolló un dispositivo adecuado para medir la dureza en la década de 1920. No fue el primer durómetro ni el primero en ser llamado durómetro ( ISV duro- y -meter ; atestiguado desde el siglo XIX), pero hoy ese nombre generalmente se refiere a la dureza Shore ; otros dispositivos usan otras medidas, que devuelven resultados correspondientes, como para la dureza Rockwell .

Escalas de durómetro

Existen varias escalas de durómetro que se utilizan para materiales con diferentes propiedades. Las dos escalas más comunes, que utilizan sistemas de medición ligeramente diferentes, son las escalas ASTM D2240 tipo A y tipo D.

La escala A es para los más blandos, mientras que la escala D es para los más duros. La imagen del durómetro digital Bareiss se muestra en la foto.

Sin embargo, la norma de pruebas ASTM D2240-00 exige un total de 12 escalas, dependiendo del uso previsto: tipos A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S y R. Cada escala da como resultado un valor entre 0 y 100, donde los valores más altos indican un material más duro. ^[2]

Método de medición

Diagrama de un penetrador o prensatelas durómetro utilizado para Shores A y D

El durómetro, como muchas otras pruebas de dureza, mide la profundidad de una hendidura en el material creada por una fuerza dada sobre un prensatelas estandarizado. Esta profundidad depende de la dureza del material, sus propiedades viscoelásticas , la forma del prensatelas y la duración de la prueba. Los durómetros ASTM D2240 permiten medir la dureza inicial o la dureza de la hendidura después de un período de tiempo determinado. La prueba básica requiere aplicar la fuerza de manera constante, sin sacudidas, y medir la dureza (profundidad de la hendidura). Si se desea una dureza cronometrada, se aplica la fuerza durante el tiempo requerido y luego se lee. El material bajo prueba debe tener un mínimo de 6 mm (0,25 pulgadas) de espesor. ^[3] Los antecedentes teóricos de la prueba se consideran en Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin de Grundlagen und Anwendungen ^[4]

La norma ASTM D2240 reconoce doce escalas de durómetro diferentes que utilizan combinaciones de fuerzas de resorte específicas y configuraciones de indentador. Estas escalas se denominan correctamente tipos de durómetro; es decir, un tipo de durómetro está diseñado específicamente para determinar una escala específica, y la escala no existe por separado del durómetro. La siguiente tabla proporciona detalles para cada uno de estos tipos, con la excepción del Tipo R. ^[5]

Nota: El tipo R es una designación, no un "tipo" verdadero. La designación R especifica un diámetro de prensatelas (de ahí la R, por radio; obviamente, no se podría utilizar D) de 18 ± 0,5 mm (0,71 ± 0,02 pulgadas) de diámetro, mientras que las fuerzas de resorte y las configuraciones del penetrador permanecen sin cambios. La designación R es aplicable a cualquier tipo D2240, con la excepción del tipo M; la designación R se expresa como Tipo xR, donde x es el tipo D2240, p. ej., aR, dR, etc.; la designación R también exige el empleo de un soporte de operación. ^[5]

Algunas condiciones y procedimientos que se deben cumplir, según la norma DIN ISO 7619-1 son:

• Para medir Shore A, el pie indenta el material mientras que para medir Shore D, el pie penetra la superficie del material.
• El material para la prueba debe estar almacenado en un ambiente climatizado de laboratorio al menos una hora antes de la prueba.
• El tiempo de medición es de 15 s.
• La fuerza es 1 kg + 0,1 kg para Shore A y 5 kg + 0,5 kg para Shore D.
• Es necesario tomar cinco medidas.
• La calibración del Durómetro se realiza una vez por semana con bloques de elastómero de diferente dureza.

El valor final de la dureza depende de la profundidad del penetrador después de haberlo aplicado durante 15 segundos sobre el material. Si el penetrador penetra 2,54 mm (0,100 pulgadas) o más en el material, el durómetro es 0 para esa escala. Si no penetra en absoluto, entonces el durómetro es 100 para esa escala. Es por esta razón que existen múltiples escalas. Pero si la dureza es <10 °Sh o >90 °Sh, los resultados no son confiables. La medición debe repetirse con un tipo de escala adyacente.

Pegatina de cerdo utilizada para medir la dureza de la arcilla compactada

El durómetro es una cantidad adimensional y no existe una relación simple entre el durómetro de un material en una escala y su durómetro en cualquier otra escala o mediante cualquier otra prueba de dureza. ^[1]

ASTM D2240 dureza y módulo elástico

Utilizando la dureza de indentación elástica lineal, Gent ^[7] derivó una relación entre la dureza ASTM D2240 y el módulo de Young para elastómeros . La relación de Gent tiene la forma donde es el módulo de Young en MPa y es la dureza tipo A ASTM D2240. $${\displaystyle E={\frac {0.0981(56+7.62336S)}{0.137505(254-2.54S)}},}$$ ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle S}$

Esta relación da un valor de en pero se aleja de los datos experimentales para . ${\displaystyle E=\infty }$ ${\displaystyle S=100}$ ${\displaystyle S<40}$

Mix y Giacomin derivan ecuaciones comparables para las 12 escalas estandarizadas por ASTM D2240. ^[8]

Otra relación, que se ajusta ligeramente mejor a los datos experimentales, es ^[9] donde es la función de error , y está en unidades de Pa. $${\displaystyle S=100\operatorname {erf} (3.186\times 10^{-4}~E^{1/2}),}$$ ${\displaystyle \operatorname {erf} }$ ${\displaystyle E}$

Para que esto sea un poco más esclarecedor, aquí hay una lista de valores de Shore A con su módulo de Young correspondiente (en MPa), donde "MPa" se calcula a partir de "ShoreA" usando la primera fórmula, y luego "AltShoreA" se calcula a partir de "MPa" usando la segunda fórmula:

Una estimación de primer orden de la relación entre la dureza tipo D de ASTM D2240 (para un penetrador cónico con un ángulo de medio cono de 15°) y el módulo elástico del material que se está probando es ^[10] , donde es la dureza tipo D de ASTM D2240, y está en MPa. $${\displaystyle S_{\text{D}}=100-{\frac {20(-78.188+{\sqrt {6113.36+781.88E}})}{E}},}$$ ${\displaystyle S_{\text{D}}}$ ${\displaystyle E}$

Otra relación lineal neo-hookeana entre el valor de dureza ASTM D2240 y el módulo elástico del material tiene la forma ^[10] donde es la dureza tipo A ASTM D2240, es la dureza tipo D ASTM D2240 y es el módulo de Young en MPa. $${\displaystyle \log _{10}E=0.0235S-0.6403,\quad S={\begin{cases}S_{\text{A}}&{\text{for}}~20<S_{A}<80,\\S_{\text{D}}+50&{\text{for}}~30<S_{D}<85,\end{cases}}}$$ ${\displaystyle S_{\text{A}}}$ ${\displaystyle S_{\text{D}}}$ ${\displaystyle E}$

Patentes

• Patente estadounidense 1770045, AF Shore, "Aparato para medir la dureza de los materiales", expedida el 8 de julio de 1930 
• Patente estadounidense 2421449, JG Zuber, "Instrumento de medición de dureza", expedida el 3 de junio de 1947 

Véase también

• Prueba de dureza Brinell  – Escala de dureza BrinellPáginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento
• Bloom (test)  – Prueba para medir la fuerza de un gel
• Prueba de dureza Knoop  – prueba de microendurecimientoPáginas que muestran descripciones de wikidata como alternativa
• Prueba de dureza de rebote de Leeb  : método para comprobar la dureza del metalPáginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento
• Prueba de dureza Rockwell  – Escala de durezaPáginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento
• Prueba de dureza Vickers  – Prueba de dureza

Referencias

1. "Prueba de dureza Shore (durómetro) de plásticos" . Consultado el 22 de julio de 2006 .
2. "Dureza de los materiales". CALCE y la Universidad de Maryland . 2001. Archivado desde el original el 7 de julio de 2007. Consultado el 22 de julio de 2006 .
3. "Dureza del caucho". Laboratorio Nacional de Física, Reino Unido . 2006. Consultado el 22 de julio de 2006 .
4. Willert, Emanuel (2020). Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin: Grundlagen und Anwendungen (en alemán). Springer Vieweg. doi :10.1007/978-3-662-60296-6. ISBN 978-3-662-60295-9.S2CID212954456  .​
5. "DuroMatters! Información básica sobre pruebas de durómetros" (PDF) . CCSi, Inc. Archivado desde el original (PDF) el 24 de marzo de 2012 . Consultado el 29 de mayo de 2011 .
6. "Método de prueba estándar para propiedades del caucho: dureza del durómetro1". ASTM International (D2240 − 15´1): 5 de noviembre de 2017. doi :10.1520/D2240-15E01.
7. AN Gent (1958), Sobre la relación entre la dureza de indentación y el módulo de Young, Institution of Rubber Industry -- Transactions, 34, págs. 46-57. doi :10.5254/1.3542351
8. AW Mix y AJ Giacomin (2011), Durometría de polímeros estandarizada, Journal of Testing and Evaluation , 39 (4), págs. 1–10. doi :10.1520/JTE103205
9. Norma británica 903 (1950, 1957), Métodos de prueba de caucho vulcanizado Parte 19 (1950) y Parte A7 (1957).
10. Qi, HJ, Joyce, K., Boyce, MC (2003), Dureza del durómetro y comportamiento de tensión-deformación de materiales elastoméricos, Rubber Chemistry and Technology , 76 (2), págs. 419–435. doi :10.5254/1.3547752

Enlaces externos

• Cuadro comparativo
• Guía de referencia
• Растеряев Ю.К., Агальцов Г.Н. Связь между твёрдостью и модулем упругости резин (Conexión entre la dureza y el módulo de las encías)
• Convertidor de dureza Shore