Wat is durometer? De hardheid van kunststof en elastomeer begrijpen en evalueren

Tijdens de beginfase van een project moeten ingenieurs en productteams de tijd nemen om de mechanische specificaties van elk toekomstig materiaal te begrijpen. Dit omvat niet alleen de fysieke, chemische en mechanische eigenschappen die in elk gegevensblad te vinden zijn, maar ook andere factoren, zoals hoe goed het materiaal presteert onder bepaalde omgevingsomstandigheden of hoe duurzaam het is. Door deze en andere factoren in overweging te nemen, kunnen productteams een superieur product creëren en tegelijkertijd tijd- en kostenefficiëntie optimaliseren.

Een van de belangrijkste factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij de productie met plastic is de durometer of shore-durometer, die de hardheid van een bepaald materiaal aangeeft. Hier is alles wat ingenieurs en productteams moeten weten over deze belangrijke meting:

Wat is durometer?

Durometer is een gestandaardiseerde manier om de hardheid van materialen zoals rubber of plastic te meten. Hardheid is een maatstaf voor hoe bestand een kunststof is tegen vervorming veroorzaakt door mechanische indrukking of slijtage.

Ingenieurs kunnen de hardheid van een materiaal testen met behulp van een durometertester. Het apparaat ziet eruit als een ronde bandenspanningsmeter en heeft een naald op een gekalibreerde veer die aan het ene uiteinde uitsteekt. Om de hardheid van de durometer te testen, plaatst een ingenieur de naald tegen het elastomeer of plastic en oefent hij druk uit. Zodra de naald zo ver mogelijk in het materiaal is gepenetreerd, geeft de meetnaald de bijbehorende hardheid van de durometer op de juiste schaal aan.

Hoewel durometer kan worden gemeten op een schaal van nul tot 100, is het geen meeteenheid. Het is eigenlijk een dimensieloze meting, wat betekent dat durometergetallen meten hoe hard of zacht een materiaal is ten opzichte van andere materialen die zijn gemeten met dezelfde durometerschaal. Lagere cijfers geven zachtere kunststoffen aan, terwijl hogere cijfers hardere kunststoffen aangeven. 90A polyurethaanslang is bijvoorbeeld harder dan 70A polyurethaanslang.

Er werden verschillende shore-hardheidsschalen uitgevonden zodat ingenieurs en productteams de hardheid van materialen konden bespreken met behulp van een consistente, universele en reproduceerbare referentie. De drie meest voorkomende Shore-hardheidsschalen zijn Shore 00, Shore A en Shore D. Shore 00 wordt alleen gebruikt om de hardheid van extreem zachte rubbers en gels te meten, Shore A meet flexibele rubbers die kunnen variëren van zeer zacht tot hard, en Shore D wordt alleen gebruikt om harde rubbers en kunststoffen te meten.

Productteams moeten weten dat de hardheid van de durometer niet direct correleert met de flexibiliteit van het eindstuk. Het is eerder een indirecte maatstaf voor stijfheid die teams kunnen gebruiken om in één oogopslag het algemene gevoel van een materiaal beter te begrijpen. Productteams moeten ook weten dat ze materialen die op verschillende Shore-hardheidsschalen liggen, niet kunnen vergelijken. Durometernummers zijn relatief ten opzichte van de materialen op hun specifieke schaal, wat betekent dat er geen directe relatie is tussen hardheid op de ene durometerschaal en hardheid op een andere.

Bijvoorbeeld, een materiaal met een hardheid van ongeveer 80 op een Shore 00-schaal is ongeveer net zo hard als een potloodwisser, maar een materiaal met een meting van 80 op de Shore D-durometerschaal heeft de hardheid van een veiligheidshelm. Het is duidelijk dat deze metingen niet gelijkwaardig zijn, hoewel ze hetzelfde aantal delen, dus productteams moeten onthouden om alleen de hardheid van materialen op dezelfde schaal te vergelijken.

Klik hier om uw exemplaar van de durometergrafiek hieronder te downloaden.

Hoe hardheid durometer meespeelt in materiaalkeuze

Bij het evalueren van elastomeren of kunststoffen moeten ingenieurs en productteams nadenken over de eindtoepassing van hun product en de projectvereisten. Deze factoren helpen de pool van potentiële materialen te verkleinen en geven productteams een idee op welke shore-durometerschaal ze zich moeten concentreren. Als het onderdeel bijvoorbeeld gedurende een langere periode veel gewicht moet kunnen dragen, moeten teams de 00-schaal van de wal helemaal omzeilen en alleen materialen tussen het 70 en 100-bereik op de wal overwegen. Een hardheidsschaal en/of de volledige bereik van de Shore D hardheidsschaal.

Ingenieurs moeten ook de gewenste hardheid afwegen tegen andere overwegingen, zoals kosten, om te bepalen welke afwegingen ze willen maken. Hardere metalen kunnen bijvoorbeeld duurder of moeilijker te bewerken zijn. Om dit te omzeilen, kunnen ingenieurs na het proces hardingsbehandelingen gebruiken om een ​​hogere durometers te bereiken terwijl het machinale bewerkingsgemak behouden blijft.

Toch is de materiaalhardheid niet de enige factor die ertoe doet, en hardheid is niet noodzakelijk een indicatie van andere eigenschappen zoals sterkte of corrosieweerstand. Metingen van stijfheid en compressiemodulus geven een nauwkeuriger aflezing van de afdichting van een bepaald rubber dan de hardheid van de durometer.

Om hun due diligence te doen en het beste materiaal voor hun specifieke vereisten te selecteren, moeten productteams opties evalueren op basis van een reeks mechanische eigenschappen, waaronder dichtheid, doorbuiging van de compressiekracht, aanbrengkracht en dikte, naast de hardheid van de durometer.

Durometeroverwegingen voor spuitgietmatrijzen

Vooral bij het werken met mallen is de hardheid van materialen van belang. Ingenieurs moeten een malrubber kiezen waarmee ze gemakkelijk het originele model en eventuele latere gietstukken uit de mal kunnen halen zodra deze is uitgehard - en de hardheid van de kust zal daar een directe invloed op hebben.

Het zou bijvoorbeeld niet verstandig zijn om een ​​70A durometer elastomeer te gebruiken om een ​​mal te maken voor een onderdeel met dunne segmenten die onder verschillende hoeken uitsteken. Een 70A durometer rubber is zo hard als een autoband en biedt niet de flexibiliteit die nodig is om zo'n delicaat onderdeel eruit te halen zonder het te breken. Een elastomeer met een durometer van 30 A of lager is waarschijnlijk flexibel genoeg voor deze toepassing.

Durometeroverwegingen voor additive manufacturing

Het is ook belangrijk voor productteams om rekening te houden met de hardheid van materialen bij het gebruik van additieve productietechnologieën. Veel productteams zijn niet zo bekend met additieve productiematerialen, maar als je de durometer van een additief materiaal kent, kun je het vergelijken met de durometer van meer traditionele kunststoffen die worden gebruikt bij spuitgieten. Dit geeft u een algemeen idee van hoe het additieve materiaal zal presteren en biedt een referentiekader.

Merk op dat sommige additieve materialen twee durometers hebben - een instant durometer en een durometer van vijf seconden. Een onderdeel dat is geproduceerd met behulp van het Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™-proces, zal bijvoorbeeld waarschijnlijk niet presteren zoals verwacht totdat het is uitgehard. Productteams die thuisprinters gebruiken of in-house produceren, zullen een verschil merken, maar als u met een productiepartner werkt, hoeft u zich geen zorgen te maken over de onmiddellijke durometer van een materiaal, omdat u alleen het eindproduct ziet. Toch is het goed om te weten dat sommige materialen extra uitharding en nabewerking nodig hebben om hun uiteindelijke durometer te bereiken, dus de eerste metingen kunnen veranderen.

Aan de slag met Fast Radius

Samenvattend, durometer is een dimensieloze maar gestandaardiseerde meting die wordt gebruikt om de hardheid van een elastomeer of kunststof ten opzichte van andere elastomeren of kunststoffen op dezelfde schaal aan te geven. Materialen met een hogere durometer zijn moeilijker, maar teams moeten oppassen dat ze geen materialen op verschillende schalen vergelijken, omdat er geen directe relatie is tussen een bepaald getal op de ene schaal en hetzelfde getal op een andere.

Ingenieurs en productteams moeten tijdens de materiaalkeuze rekening houden met de durometer, vooral als hun toepassingen specifieke hardheids- of zachtheidsvereisten hebben. Het beoordelen van de Shore-hardheid alleen is echter onvoldoende. Teams moeten zorgvuldig alle relevante ontwerp- en prestatie-eisen overwegen om het best passende materiaal of materialen te selecteren. Een ervaren productiepartner kan de materiaalkeuze vereenvoudigen en het hele productontwikkelingsproces stroomlijnen.

Bij Fast Radius zijn we gespecialiseerd in het helpen van productteams om ervoor te zorgen dat hun eindproducten aan hun behoeften voldoen. We weten hoe cruciaal materiaalkeuze is, en samenwerken met ons betekent toegang krijgen tot onze gezamenlijke jarenlange expertise op het gebied van productie, engineering en toeleveringsketen. Door samen te werken met een ervaren productiepartner zoals Fast Radius, kunnen productteams het materiaalselectieproces eenvoudig en stressvrij maken, terwijl de projecttijdlijnen worden versneld en de kosten laag blijven. Neem vandaag nog contact met ons op om aan de slag te gaan.

Bekijk alle recente artikelen in het Fast Radius-informatiecentrum voor meer informatie over het werken met kunststoffen en om op de hoogte te blijven van het laatste nieuws over de maakindustrie.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?