Durometer uitgelegd: Hardheid van kunststoffen & elastomeren beoordelen voor ingenieurs

Tijdens de beginfasen van elk project, moeten ingenieurs en productteams de tijd nemen om de mechanische specificaties van elk prospectief 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. Het overwegen van deze en andere factoren helpt productteams een superieur product te creëren terwijl ze tijd- en kostenefficiëntie optimaliseren.

Een van de belangrijkste factoren om te overwegen bij het produceren met kunststof is durometer of shore durometer, wat spreekt over de hardheid van een gegeven materiaal. Hier is alles wat ingenieurs en productteams over deze belangrijke meting moeten weten:

Wat is durometer?

Durometer is een gestandaardiseerde manier om de hardheid van materialen zoals rubber of kunststof te meten. Hardheid is een maat voor hoe weerstandig een kunststof is tegen deformatie veroorzaakt door mechanische indented of abrasie.

Ingenieurs kunnen de hardheid van een materiaal testen met een durometer tester. Het apparaat lijkt op een ronde bandenspanningsmeter en heeft een naald op een gekalibreerde veer die van het ene uiteinde uitsteekt. Om de durometer hardheid te testen, plaatst een ingenieur de naald tegen het elastomeer of de kunststof en oefent druk uit. Zodra de naald het materiaal zo ver mogelijk heeft binnengedrongen, geeft de meetnaald de corresponderende durometer hardheid aan op de juiste schaal.

Hoewel durometer op een schaal van nul tot 100 gemeten kan worden, is het geen meeteenheid. Het is eigenlijk een dimensieloze meting, wat betekent dat durometer nummers meten hoe hard of zacht een materiaal is ten opzichte van andere materialen die gemeten zijn met dezelfde durometer schaal. Lagere nummers wijzen op zachtere kunststoffen, terwijl hogere nummers op harder kunststoffen wijzen. Bijvoorbeeld, 90A polyurethaan buis is harder dan 70A polyurethaan buis.

Verschillende shore hardheidsschalen zijn uitgevonden zodat ingenieurs en productteams de hardheid van materialen konden bespreken met 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 erg zacht tot hard, en shore D wordt alleen gebruikt om harde rubbers en kunststoffen te meten.

Productteams moeten weten dat durometer hardheid niet direct correleert met de flexibiliteit van het eindonderdeel. Het is eerder een indirecte maat van stijfheid die teams kunnen gebruiken om het algemene gevoel van een materiaal op een oogopslag beter te begrijpen. Productteams moeten ook weten dat ze materialen die op verschillende shore hardheidsschalen liggen niet kunnen vergelijken. Durometer nummers zijn relatief aan de materialen op hun specifieke schaal, wat betekent dat er geen directe relatie is tussen hardheid op de ene durometer schaal en hardheid op een andere.

Bijvoorbeeld, een materiaal met een durometer hardheid van ongeveer 80 op een shore 00 schaal is zo hard als een gummetje van een potlood, maar een materiaal met een meting van 80 op de shore D durometer schaal heeft de hardheid van een bouwhelm. Duidelijk, deze metingen zijn niet equivalent, hoewel ze hetzelfde nummer delen, dus productteams moeten onthouden om alleen de hardheid van materialen op dezelfde schaal te vergelijken.

Klik hier om uw kopie van de durometer grafiek hieronder te downloaden.

Hoe durometer hardheid een rol speelt bij materiaalselectie

Bij het evalueren van elastomeren of kunststoffen, moeten ingenieurs en productteams nadenken over de eindgebruikstoepassing van hun product en de projectvereisten. Deze factoren helpen de pool van potentiële materialen in te perken en geven productteams een aanwijzing over welke shore durometer schaal ze zich moeten richten. Als het onderdeel in staat moet zijn om veel gewicht over een lange periode te ondersteunen, moeten teams de shore 00 schaal helemaal overslaan en alleen materialen tussen de 70 en 100 range op de shore A hardheidsschaal en/of het gehele bereik van de shore D hardheidsschaal overwegen.

Ingenieurs moeten ook de gewenste hardheid balanceren met andere overwegingen zoals kosten om te bepalen welke afwegingen ze bereid zijn te maken. Bijvoorbeeld, harder metalen kunnen duurder of moeilijker te bewerken zijn. Om dit te omzeilen, kunnen ingenieurs post-proces verhardingbehandelingen gebruiken om hogere durometers te bereiken terwijl ze de gemakkelijkheid van bewerking behouden.

Toch is materiaalhardheid niet de enige factor die telt, en hardheid is niet noodzakelijk indicatief voor andere eigenschappen zoals sterkte of corrosieweerstand. Stevigheids- en compressiemodulusmetingen zullen een nauwkeurigere lezing geven op de afdichtingsprestaties van een bepaalde rubber dan de durometer hardheid.

Om hun zorgvuldigheid te betrachten en het beste materiaal voor hun specifieke vereisten te selecteren, moeten productteams opties evalueren tegen een reeks mechanische eigenschappen, inclusief dichtheid, compressiekrachtdeflectie, toepassingskracht, en dikte, naast durometer hardheid.

Durometer overwegingen voor spuitgietvormen

De hardheid van materialen is met name belangrijk om te overwegen bij het werken met vormen. Ingenieurs moeten een vormrubber kiezen die hen in staat stelt om het originele model en eventuele daaropvolgende gietingen gemakkelijk uit de vorm te halen zodra deze is uitgehard – en shore hardheid zal een directe impact daarop hebben.

Bijvoorbeeld, het zou niet wijze zijn om een 70A durometer elastomeer te gebruiken om een vorm 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 te extraheren zonder het te breken. Een elastomeer met een 30A shore durometer of lager zou waarschijnlijk flexibel genoeg zijn voor deze toepassing.

Durometer overwegingen voor additieve productie

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

Let op dat sommige additieve materialen twee durometers hebben – een instant durometer en een vijf-seconden durometer. Bijvoorbeeld, een onderdeel geproduceerd met het Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™ proces zal waarschijnlijk niet zoals verwacht presteren totdat het is uitgehard. Productteams die thuisprinters gebruiken of in-house produceren, zullen een verschil merken, maar als u werkt met een productiepartner, hoeft u u geen zorgen te maken over de instant durometer van een materiaal omdat u alleen het eindproduct zult zien. Toch is het goed om te weten dat sommige materialen additionele curing en post-processing vereisen om hun finale durometer te bereiken, dus initiële metingen zijn onderhevig aan verandering.

Aan de slag met Fast Radius

Kortom, durometer is een dimensieloze maar gestandaardiseerde meting gebruikt om de hardheid van een elastomeer of kunststof aan te geven ten opzichte van andere elastomeren of kunststoffen op dezelfde schaal. Materialen met hogere durometers zijn harder, maar teams moeten voorzichtig zijn om materialen niet over verschillende schalen te vergelijken omdat er geen directe relatie is tussen een gegeven nummer op de ene schaal en hetzelfde nummer op een andere.

Ingenieurs en productteams moeten durometer overwegen tijdens materiaalselectie, vooral als hun toepassingen specifieke hardheids- of zachtheidsvereisten hebben. Echter, het evalueren van shore hardheid alleen is onvoldoende. Teams moeten alle relevante ontwerp- en prestatievereisten zorgvuldig overwegen om het best-passende materiaal of materialen te selecteren. Een ervaren productiepartner kan materiaalselectie vereenvoudigen en het hele productontwikkelingsproces stroomlijnen.

Bij Fast Radius specialiseren we ons in het helpen van productteams om te zorgen dat hun eindproducten aan hun behoeften voldoen. We weten hoe cruciaal materiaalselectie is, en partneren met ons betekent toegang krijgen tot onze gezamenlijke jaren aan productie-, engineering- en toeleveringsketenexpertise. Door te werken met een ervaren productiepartner zoals Fast Radius, kunnen productteams het materiaalselectieproces eenvoudig en stressvrij maken, terwijl ze projecttijdlijnen versnellen en kosten laag houden. Neem vandaag nog contact met ons op om te beginnen.

Om meer te leren over werken met kunststoffen en op de hoogte te blijven van de laatste productie-industrienieuws, bekijk alle recente artikelen in het Fast Radius kenniscentrum.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?

Start uw offerteaanvraag