Meranie tvrdosti pri mikroporéznych gumách

Má význam sledovať tvrdosť pri mikroporéznych gumách?

Určite áno. Rovnako ako pri ostatných typoch materiálov (napríklad pri plastových doskách, kompaktných gumách a pod.) je aj pri mikroporéznych gumách tvrdosť jedna zo základných špecifikácií, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri výbere vhodnej gumy. Teda spoločne s farbou, hrúbkou, hustotou a ďalšími mechanicko-fyzikálnymi vlastnosťami.

Pri chybne zvolenej tvrdosti totiž existuje riziko, že gumy nebudú plniť správne svoju funkciu:

• Nižšia tvrdosť môže viesť pri aplikácii až k deformácii gumy.
• Vyššia tvrdosť môže spôsobiť, že výrobky z tejto gumy nepôjdu správne zakomponovať do finálneho použitia.

Stupnica tvrdosti plastov a gúm

Základnou stupnicou, ktorou sa meria tvrdosť plastov a gúm, je stupnica Shore (°Sh), pri ktorej rozlišujeme:

• Shore A – najrozšírenejšia stupnica, ktorou sa meria tvrdosť napr. väčšiny plochých tesniacich kompaktných gúm, mäkkých plastov, polyuretánu, kože. Je tiež využívaná na meranie gumových hadíc, podlahových krytín a dlaždíc, pneumatík.
• Shore B – stupnica, ktorou sa meria špecifické, tvrdšie kaučuky ako v triede A, v praxi sa používa veľmi zriedka.
• Shore C – na meranie ešte tvrdších gúm ako v stupnici Shore B a plastov, tiež zriedka používaná.
• Shore D – na meranie tvrdej gumy a plastov, napr. dosiek z teflónu, dosiek SIMONA z PP, PE, PE-HD, PVC, akrylového skla atď. Využíva sa tiež pri tvrdých valcoch z veľmi tvrdých plastov a pri tesneniach vhodných pre vysoký tlak.
• Shore 0 – zriedka používaná stupnica, ktorou sa merajú veľmi mäkké materiály ako je napríklad nylon, perlon, stredne pevná tkanina.
• Shore 00 – pre extrémne mäkké materiály, ako sú napríklad mikroporézne gumy a iné penové materiály. Tu však existujú výnimky: niektoré peny, teda mikroporézne gumy s otvorenými dutinkami, ako je napríklad guma 304/B/OPC z nášho sortimentu, nemožno merať ani v stupnici 00, výrobca udáva iba hodnotu hustoty materiálu v kg/m³. Všeobecne sa v tomto rozsahu tvrdosti merajú gélové vložky, mäkké tesnenia, elastické materiály.

Predpokladáme, že čím je hmotnosť menšia, tým je materiál mäkší.

Meranie tvrdosti

Tvrdosť gúm sa obvykle meria pomocou durometrov, ktoré sú rozdelené do niekoľkých stupníc v závislosti od typu materiálu.

Tip z praxe:
Nameraná tvrdosť môže byť ovplyvnená rôznymi faktormi:

• zložením meraného materiálu
• pracovnou teplotou
• vekom materiálu

Vychádzame z nasledujúceho prehľadu:

Pozn.: * Durometer je norma na meranie tvrdosti gumy, plastov, penových a ďalších nekovových materiálov.;
** Bežne sa nepoužíva

Hodnoty sa môžu líšiť v závislosti od konkrétneho zloženia materiálu a výrobného procesu.

Zdroj: http://www.merenitvrdosti.cz/piblina-pevodni-tabulka-pro-durometry-shore.html; skrátené a upravené

Kde GUMEX údaje o tvrdosti gúm získava?

Tieto informácie čerpáme z technických listov výrobcov (dodávateľov).
Ďalej ich overujeme za pomoci tvrdomerov Sh°00 (durometrov), ktoré máme na pobočkách.
Takto meriame mikroporézne gumy s uzavretými dutinkami z nášho sortimentu, napríklad  T75 EPS, T100 EPB, T130 EP, T160, T180 EP SOFT.

Čím sa líši hustota × tvrdosť gúm

Hustota a tvrdosť sú dve rôzne fyzikálne vlastnosti gumy:

Hustota je fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje hmotnosť materiálu na jednotku objemu a meria sa v jednotkách kilogramov na meter kubický. Hustota materiálu závisí od jeho zloženia a štruktúry.
Hustota je miera, ktorá vyjadruje, ako sú atómy alebo molekuly usporiadané v materiáli, koľko hmoty je obsiahnutých v určitom objeme. Guma má obvykle nižšiu hustotu ako kovy, čo znamená, že je ľahšia.

Tvrdosť je vlastnosť materiálu, ktorá určuje jeho odolnosť voči deformácii, najmä trvalej deformácii a prenikaniu iných materiálov. Existuje niekoľko metód a stupníc na meranie tvrdosti, v našich podmienkach výroby gumových a plastových výrobkov sa pohybujeme v stupnici Shore (Sh).
Tvrdosť je miera odolnosti materiálu voči mechanickému poškodeniu, napríklad vplyvom rezania, oteru alebo deformácie.

Guma je obvykle mäkká a pružná. Má nižšiu tvrdosť ako väčšina kovov.

Pri výbere vhodnej gumy odporúčame si gumu vždy vyskúšať, napríklad pomocou vzorkovníka, alebo si nechať vyrobiť niekoľko kusov vzoriek z jednotlivých variantov mikroporéznych gúm.

Rozhodne neplatí, že čím vyššia hustota, tým vyššia je aj tvrdosť.
Mikroporézna guma s výrazne vyššou hustotou môže byť mäkšia ako mikroporézna guma s nižšou hustotou, a to z dôvodu:

• Hustota: meria hmotnosť na jednotku objemu a súvisí s tým, aký „ťažký“ materiál je.
• Tvrdosť: meria odolnosť materiálu voči prenikaniu, alebo deformácii a súvisí s tým, ako „odolný“ materiál je.

Tolerancia nameraných hodnôt tvrdosti

Pri tvrdosti je vždy potrebné vziať do úvahy, že sa tolerancia pohybuje (rovnako ako pri rozmeroch) v tolerančnom poli – napríklad pri deklarovanej hodnote 50° Sh 00 +/- 10° Sh 00 sa môže tvrdosť gumy pohybovať v tolerančnom poli 40°Sh 00–60°Sh 00.

Rozdiel merania v stupnici Sh°00 oproti ostatným stupniciam

Každá stupnica Sh°A, Sh°D, Sh°00 má svoj prenosný analógový alebo digitálny tvrdomer. Týmito tvrdomermi tiež meriame v GUMEXE. Na meranie mikroporéznej gumy používame tvrdomer Sh°00, na kompaktnú gumu používame tvrdomer Sh°A, v prípade plastových výrobkov tvrdomer Sh°D.

Pri každom tvrdomere je iná „vpichová ihla“ (hrot durometra). Vidíme zreteľný rozdiel medzi stupnicou Sh°D – je tu ostrá vpichová ihlu, ktorá dokáže preniknúť aj tvrdými plastovými doskami a naproti tomu „zaoblená“ vpichová ihla pri stupnici Sh°00 slúži na preniknutie do mäkších mikroporéznych materiálov, viď fotografie nižšie:

Pochopiteľne existujú aj sofistikovanejšie stacionárne tvrdomery, ktoré sú však skôr využívané v akreditovaných laboratóriách.

Postup merania:

• Pri meraní tvrdosti priložíme durometer k povrchu gumy a postupne zatláčame jeho hrot do meraného materiálu, kým sa nezastaví proces merania.
• Meranie vykonávame na rovnej a hladkej ploche materiálu.
• Výsledky meraní zaznamenávame po určitej dobe od aplikácie sily (tzn. obvykle za 1-3 sekundy).
• Nameraná číselná hodnota ukazuje tvrdosť materiálu.
• Meranie opakujeme na niekoľkých miestach, aby sme zaistili presnosť výsledkov.

Podľa akých štandardov meriame v GUMEX tvrdosť mikroporéznych gúm?

• Norma ISO 868 – zaoberá sa meraním tvrdosti prevažne Sh°A a Sh°D, kedy sa tvrdosť odpočíta na stupnici po uplynutí 15 +/- 1 sekundy, vykoná sa päť meraní od seba vzdialených minimálne 6 mm, výsledná hodnota je aritmetický priemer týchto nameraných hodnôt. Meranie prebieha minimálne 9 mm od okraja. Hrúbka skúšobného telesa musí byť minimálne 4 mm.
• Norma ASTM D 2240 – zaoberá sa komplexným meraním tvrdosti gumy, teda aj na stupnici Sh°00, najväčší rozdiel oproti meraniu na stupnici Sh°A a Sh°D je v hrúbke testovaného materiálu, ktorá musí byť minimálne 6 mm (nie 4,00 mm, ako je tomu pri plastoch a kompaktných gumách – pretože je materiál mäkší, je potrebná väčšia hrúbka testovaného materiálu, aby nedošlo k skresleniu výsledkov v dôsledku pretlačenia). Všeobecne meranie v stupnici 00 nie je tak často normatívne popísané, ako A a D.

Tvrdoměr ve stupnici Sh°A (vlevo), digitální tvrdoměr ve stupnici Sh°00 (vpravo)

Zhrnutie na záver
Dôvody pre zisťovanie tvrdosti pri mikroporéznych gumách:

• Tvrdosť ovplyvňuje mechanické vlastnosti gumy, teda napríklad odolnosť proti opotrebovaniu, pevnosť a pružnosť. Pri mikroporéznych gumách je dôležité zaistenie optimálnej kombinácie pružnosti a pevnosti pre špecifické aplikácie.
• Nameraná tvrdosť materiálu naznačí aj to, ako dobre bude zvolená guma absorbovať nárazy..
• Pri tesniacich prvkoch je dôležitá správna tvrdosť na zaistenie dobrého utesnenia a dlhej životnosti tesnenia. Príliš tvrdý materiál môže zlyhať kvôli nedostatočnej priľnavosti, zatiaľ čo príliš mäkký materiál môže byť veľmi ľahko stlačený, rýchlo „vytlačený“ a stráca tak svoje tesniace schopnosti.
• Tvrdosť môže ovplyvniť aj ďalšie možnosti spracovania konkrétnej gumy počas procesu výroby konkrétnych výrobkov na mieru. Tvrdšie materiály môžu byť ťažšie tvarovateľné, zatiaľ čo príliš mäkké materiály môžu vyžadovať špeciálne výrobné postupy.
• Zisťovanie tvrdosti je súčasťou výslednej kontroly kvality, ktorá deklaruje, že výrobok spĺňa stanovené špecifikácie a požiadavky. Tým je zaručená aj spoľahlivosť a trvanlivosť finálnych produktov.