Durometer (hardheid) begrijpen:definities, toepassingen, typen en praktische voorbeelden

Het kennen van de verschillende eigenschappen van een materiaal is van cruciaal belang voor het ontwerpen van een onderdeel dat aan een bepaalde functie kan voldoen. Een belangrijke eigenschap waarmee rekening moet worden gehouden, is de hardheid (durometer) van een materiaal. Durometer is een gestandaardiseerde methode om de hardheid van een materiaal of de weerstand tegen plaatselijke vervorming als gevolg van indeuking of slijtage te meten. Het wordt vaak gebruikt om de hardheid van polymere materialen en andere niet-metalen te beschrijven.

Hardheid (durometer) is een dimensieloze meting. De hardheid van een bepaald materiaal is relatief ten opzichte van de hardheid van andere materialen, waarbij waarden worden verkregen met behulp van dezelfde schaal. Er zijn verschillende durometerschalen ontwikkeld om de hardheden van verschillende materialen te kwantificeren en te vergelijken. Dit artikel definieert de durometer, de verschillende schaaltypes en voorbeelden.

Wat is durometer (hardheid)?

Durometer verwijst naar de hardheid zelf, of het vermogen van een materiaal om plaatselijke vervorming te weerstaan. Het wordt vaak gebruikt om de hardheid van polymeren en andere niet-metalen te meten. Durometer kan ook verwijzen naar Shore-hardheid of Shore-durometer, genoemd naar Alfred Shore die de Shore-hardheidsschaal ontwikkelde. De term durometer wordt ook gebruikt om te verwijzen naar het instrument dat de hardheid van materialen meet.

Durometer is een eenheidloze waarde. Dat betekent dat de hardheid van een materiaal relatief is aan de gemeten hardheid van andere materialen bij gebruik van dezelfde durometerschaal. Hardheidswaarden variëren van 0–100. Materialen met hogere waarden zijn harder dan materialen met lagere waarden. Een golfbal met een Shore-hardheid van 90A is bijvoorbeeld harder dan een potloodgum met een Shore-hardheid van 40A. Het is echter belangrijk om alleen de hardheidswaarden van dezelfde schaal te vergelijken. Een hardheid van 40 op de Shore A-schaal is niet hetzelfde als een hardheid van 40 op de Shore D-schaal. Dit komt omdat de hardheidswaarden relatief zijn ten opzichte van materialen op dezelfde schaal en er geen verband bestaat tussen de waarden van verschillende schalen.

Een hardheidsmeter gebruiken

In de onderstaande stappen wordt beschreven hoe u een hardheidstest uitvoert: 

1. Identificeer en bevestig de juiste inkepingsvoet aan de durometer. De te gebruiken Shore-hardheidsschaal is afhankelijk van het materiaal van het testmonster, terwijl de vorm en grootte van de inkepingsvoet afhangen van de Shore-hardheidsschaal.
2. Leg het testmonster op een hard, vlak oppervlak dat ¼” dik of groter is.
3. Test de Shore-hardheid van het materiaal door de durometer en de inkepingsvoet tegen het oppervlak van het testmonster te plaatsen.
4. Noteer de Shore-hardheidswaarde.

De testmethode is hetzelfde, ongeacht welke Shore-hardheidsschaal wordt gebruikt.

Wat is een hardheidsschaal?

Een durometerschaal is een classificatie die de hardheid beschrijft van verschillende materialen die zijn gegroepeerd op basis van vergelijkbare eigenschappen zoals stijfheid en flexibiliteit. Sommige hardheidsschalen (durometer), zoals Shore A en Shore OO, zijn bedoeld voor zachtere materialen. Anderen, zoals Shore D, zijn voor hardere materialen. De waarden van elke schaal variëren van 0 tot 100, waarbij materialen harder worden naarmate hun hardheidswaarde toeneemt.

Wat zijn de verschillende soorten hardheidsschalen?

Er zijn verschillende soorten hardheidsschalen (durometer) die de hardheid van verschillende materialen kwantificeren. De ASTM D2240 is het standaard meetsysteem dat wordt gebruikt voor het meten van de durometer van onder meer thermoplastische elastomeren (TPE's), thermohardende (gevulkaniseerde) rubbers en elastomere materialen. De 12 verschillende hardheidsschalen worden in de onderstaande lijst beschreven:

1. Een

Shore A, of Type A, durometer (hardheid) schaal wordt gebruikt voor zachte en flexibele materialen zoals:zacht, gevulkaniseerd en natuurlijk rubber, TPE's, flexibele thermoharders en polyacryl, was, leer en vilt. Elastiekjes hebben een hardheid van ongeveer 20A, terwijl het loopvlak van een band een hardheid heeft van ongeveer 70A. 

Raadpleeg onze volledige gids over Shore A-hardheidsschaal voor meer informatie.

2. C

Type C-schaal wordt gebruikt voor “middelharde” rubbers, TPE's en kunststoffen en overlapt met de Type D-schaal. De Type C-schaal is bedoeld voor materialen met een hardheid hoger dan 90B, maar lager dan 20D. Een horlogeband gemaakt van TPE kan bijvoorbeeld een hardheid hebben van 20C, of ongeveer 12D.

3. D

Shore D, of Type D, schaal wordt gebruikt voor hardere materialen zoals harde rubbers en stijve thermoplastische materialen zoals polycarbonaat. De hardheid van een skateboardwiel is bijvoorbeeld ongeveer 50D, terwijl een helm een hardheid van 80D heeft. De Shore D-schaal is bedoeld voor materialen met een Shore A-waarde die hoger is dan 90A.

Raadpleeg onze volledige gids over de Shore D-hardheidsschaal voor meer informatie.

4. B

De Type B-schaal is bedoeld voor matig harde rubbers, TPE's, vezelmaterialen en papierproducten. Deze schaal is bedoeld voor materialen die een hardheid hebben van meer dan 90A, maar lager dan 20D. Terwijl Shore D ook wordt gebruikt voor materialen boven 90A, kan Shore B worden gebruikt om de hardheid van materialen aan de onderkant van de Shore D-schaal te meten. Een zwenkwieltje van een winkelwagentje heeft bijvoorbeeld een hardheid van 76B of grofweg 90A.

5. M

De Type M-schaal wordt gebruikt voor onregelmatig gevormde en dunne rubbers, TPE's en kunststoffen. Voorbeelden hiervan zijn O-ringen en pakkingen. Deze schaal is bedoeld voor materialen met een Shore A hardheid tussen 20 en 85.

6. E

Durometer Type E wordt gebruikt om de hardheid te meten van zachte rubbers, geschuimde elastomeren en textielwikkelingen met gemiddelde dichtheid, zoals gewikkelde draden en garens.

7. O

De Type O-schaal is voor zachte rubbers, TPE's en kunststoffen en voor textielwikkelingen met gemiddelde dichtheid. De schaal is bedoeld voor materialen met een hardheid lager dan 20DO.

8. OO 

De Type OO-schaal is bedoeld voor uitzonderlijk zachte rubbers, TPE's, kunststoffen, schuimen, sponzen, dierlijk weefsel en textielwikkelingen met een lage dichtheid. Deze schaal is bedoeld voor materialen met een hardheid lager dan 20O.

9. DOEN 

Type DO-schaal is voor materialen met een hardheid boven 90C. Denk hierbij aan ‘matig harde’ rubbers, TPE’s en dichte textielwikkelingen. 

10. OOO

Type OOO wordt gebruikt voor het meten van ongelooflijk zachte materialen zoals pakschuim en schuim met open en gesloten cellen. 

11. OOO-S

De schaal van het type OOO-S is bedoeld voor het meten van de visco-elastische polymeerhardheid. Denk hierbij aan voorwerpen als fietsstoeltjes, stoelkussens en gelmatrassen. 

12. R

In tegenstelling tot de andere schalen is de R-schaal geen Shore-hardheid, maar eerder een Rockwell R-schaal. De Rockwell-hardheidsschaal is vergelijkbaar met de Shore-hardheidsschaal, maar wordt vaak gebruikt voor metalen in plaats van kunststoffen. De R-schaal is het beste voor metalen en harde TPE's, thermoplastische en thermohardende materialen.

De drie meest gebruikte schalen zijn de A-, D- en OO-schalen. Hoewel de grenzen van veel van de durometerschalen elkaar overlappen (zoals Shore B en Shore D, die beide bedoeld zijn voor materialen met een hardheid van meer dan 90A), zijn deze drie schalen veelomvattend en kunnen ze een breed scala aan materialen met verschillende hardheden bestrijken. Het is echter belangrijk op te merken dat de hardheidswaarden tussen verschillende schalen niet mogen worden vergeleken, en dat hardheidswaarden tussen schalen niet mogen worden omgezet.

Wat zijn de voorbeelden van materialen die gewoonlijk worden gemeten met een hardheidsmeter?

De onderstaande lijst beschrijft enkele materialen waarvan de hardheid gewoonlijk wordt gemeten met een durometer:

1. Gevulkaniseerd rubber

Gevulkaniseerde rubbers zijn rubbers die door chemische processen en verhitting zijn gehard. Vulkanisatie maakt rubbers harder en elastischer dan traditionele rubbers. De hardheid van gevulkaniseerde rubbers wordt vaak gemeten met een durometer, zodat ingenieurs kunnen vaststellen of een bepaald materiaal ideaal is voor een toepassing. Gevulkaniseerde rubbers hebben een hardheid tussen de 30A en 70A en worden vaak gebruikt in banden, schoenen en pakkingen.

2. Thermoplastische elastomeren

TPE's worden in verschillende toepassingen gebruikt, van weerafdichtingen en schokdempers tot schoenzolen en duikvinnen. Voor TPE's wordt de hardheid (durometer) gemeten omdat TPE's vaak worden gebruikt in zeer schurende omgevingen waarin zowel slijtvastheid als flexibiliteit gewenst zijn. De TPE-hardheid varieert van 20 Shore OO tot 90A. 

3. Elastomere materialen

Elastomere materialen zijn doorgaans thermohardende materialen, zoals schuimen, sponzen en rubbers die elastische of rubberachtige eigenschappen vertonen. Elastomeren worden vaak gebruikt in lijmen, afdichtingen en flexibele onderdelen in auto's, consumentenproducten, medische apparaten en meer. Durometer wordt vaak getest omdat deze materialen een breed scala aan toepassingen vervullen waarbij flexibiliteit belangrijk is. De durometer voor elastomeren varieert meestal tussen 20A en 90A.

4. 3D-geprinte materialen

Filamenten en polymeren van 3D-printers kunnen worden gebruikt om onderdelen te printen die aan een breed scala aan toepassingen voldoen. Daarom is het belangrijk om de hardheid van deze materialen te kennen om een succesvol ontworpen onderdeel te garanderen. Hardheidswaarden voor 3D-geprinte materialen zijn vaak harder dan TPE's en andere elastomere materialen. Hardheidswaarden voor 3D-geprinte materialen variëren van 70A tot 100A.

5. Cellulaire materialen

Cellulaire materialen zijn poreuze materialen die worden beschouwd als materialen met open cellen of materialen met gesloten cellen. Voorbeelden hiervan zijn sponzen, schuim, kurk en gewikkeld textiel met een lage dichtheid. Cellulaire materialen worden vaak gebruikt in lichtgewicht constructies, geluidsbeheersing en absorptie van crashenergie. Daarom wordt hardheid verkregen om de materialen te bepalen die ideaal zijn voor verschillende toepassingen. De hardheid voor cellulaire materialen kan variëren van 30–70 Shore OO.

6. Gelachtige materialen

Gelachtige materialen zijn materialen die de eigenschappen van zowel vaste stoffen als vloeistoffen gemeen hebben. Voorbeelden hiervan zijn silicagels, hydrogels en gelinlegzolen voor schoenen. Shore OO-testen worden gebruikt om de hardheid van gelachtige materialen te meten. Hardheidswaarden variëren doorgaans van 10 Shore OO tot 40 Shore OO.

Wat is de meest nauwkeurige durometer (hardheid) tester?

De drie meest nauwkeurige durometer (hardheid) testers vindt u hieronder:

1. Qualitest™ HPE III: Kan worden beschouwd als de meest nauwkeurige durometer. Het is een digitale durometer die hardheidswaarden tot op één decimaal nauwkeurig weergeeft. De materiaalhardheid kan veranderen door temperatuurschommelingen. De HPE III is uitgerust met thermokoppels die de temperatuur van het testmonster kunnen interpreteren en ondanks deze schommelingen nauwkeurige metingen kunnen leveren. Vergeleken met een analoge meter stelt de digitale meter gebruikers in staat een beter begrip te krijgen van de hardheid van een materiaal zonder dat ze hoeven te raden. 
2. Checkline DD-100 hardheidstester: Gebruikt een digitale uitlezing met één decimaal voor hardheidsmetingen. Bovendien kunnen hardheidsmetingen onder elke hoek worden uitgevoerd, omdat de zwaartekracht de metingen niet beïnvloedt. 
3. Qualitest™ HPE III Basic: Een digitale durometer die hardheidswaarden tot op één decimaal nauwkeurig weergeeft.