橡胶特性的最为广泛测量.doc

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  硬度是用来表征橡胶特性的最为广泛测量的性能之一。IRHD(国际橡胶硬度)硬度标度和邵尔硬度标度被广泛地使用。两种硬度计都有几种类型一IRHD微型硬度标度／静负荷硬度标度和邵尔A硬度标度在橡胶中最为常用，两种方法在国际标准中都有叙述。两种试验方法采用完全不同的压头几何形状、作用力、试验时间和程序 IRHD试验通常为非破坏性的，并且正因如此而作为成品检验的首选方法。试验要花35秒钟。相反，邵尔硬度法则常常是破坏性的(会留下永久的压痕)，但试验仅在1～3秒钟。
    大多数的IRHD硬度标度和邵尔硬度标度都有台式的和手握式的两种型式。IRHD静负荷硬度与微型硬度存在对应关系。

一：IRHD硬度
    现在使用的IRHD法有4种：常规硬度试验(静负荷)、高硬度试验、低硬度试验和微型试验。常规试验用于大于或等于4ram厚的样品，并且最好用于在35～85IRHD范围内的橡胶(但可有保留地用于30～95IRHD的范围内)。高硬度试验
用于与常规试验尺寸相同的样品，但范围为85～100IRHD。低硬度试验用于大于或等于6ram厚的试验样品，且硬度范围在10~35IRHD。微型试验的样品厚度小于4mm，且用于在35～85IRHD范围内的橡胶(但可有保留地用于30～95IRHD的范围内)。所有的4种方法均采用球形针式压头。各方法之间的球形压头和测足的尺寸各不相同 对于常规试验、高硬度和低硬度试验，作用力是相同的，只有微型试验需要施加较小的力。值得注意的是IRHD的标度是非线性的。

IRHD法是以静负荷(重量)的使用为基础的 在8．3N(静负荷)的力下，对微型硬度试验机而言则是在235mN的力下，用测足来对样品进行定位。然后施加0．3N(静负荷)或8．3raN(微型硬度试验机)的基本负荷，经过5秒钟。给出基准点的位置。随后再施加5．4N(静负荷)或145mN(微型)的补充负荷并持续30秒。测量从基准点开始所增加的位移并转换成IRHD值(在标准中规定为非线性标定)。(常规)静负荷的满刻度位移为I-8ram；微型的为0．3ram。

二：SHORE硬度

    硬度试验机的邵尔硬度范围包括有8种标度类型：A、B、C、 D、DO、O、OO和M 这些用于测量范围较宽的材料。A型标度用于软的橡胶和弹性体，而c型用于中硬度级的橡胶和塑料；两种类型均采用平头锥形压头。A型是最常用于橡胶的标度。B型用于中等硬度橡胶的测量，而D型用于硬橡胶和塑料的测量．这两种均采用30。的压头。DO型用于非常密实的成卷织物、0 型用于软橡胶和中密度的织物，而OO型则用于低密度的成卷织物和海绵。这三种是采用3／32英寸的球形端点压头。所有的类型都要求样品的厚度要大于6ram。M 型用来测定硬度在20～90范围内的不规则的和薄的橡胶。并采用非常小的圆形针式压头。尽管在厚度降至压头能穿透样品时，承载台就会开始影响数据，较薄的样品还是可以使用。各种硬度计闻的弹簧弹力是不同的。A型、B型和0型采用的是相同的弹簧弹力建议对这些硬度计施加相当于lkg的力，以便确保能够重复地克服弹簧弹力。(注意德国标准采用1．27kg的力及较小的压头尺寸公差)。c型、D型和DO型采用同样的弹簧．需要相当于5kg的力来克服该弹力。OO型采用了不同的弹簧，需要400g的力 M 型通常是提出一个适于克服所标定的弹簧弹力的力。所有的邵尔标度均为线性的。

    邵尔硬度采用标定好了的弹簧。例如：A型的弹力从O．5N到8．1N不等(高于满位移)而M 型则从0．3N到0．8N不等。压力器的测足所施加的力足以克服弹簧的弹力。一旦压力器的测足接触到样品，在预定的停留时间之后，压痕的深度就被记录下来；ASTM 标准的停留时闻为1秒和3秒。由于在1秒钟后读数通常还会有明显的变化。DIN标准的停留时间则采用了3秒钟。力随着压头的位移呈线性增长(对于A型标度而言，满刻度为1．25mm)。

厚度的影响
IRHD静负荷试验所用的样品厚度对结果的影响比邵尔A硬度的样品厚度对结果的影响要大.

弯曲表面的影响
在测量弯曲试样时，tRHD静负荷硬度计、微型硬度计和邵尔A型硬度计产生了较为平坦的曲线，意殊着这些硬度计并不太苛求地依赖于准确的试样定位

温度的影响
温度升高大约10℃，对于较硬的天然胶试样似乎仅对邵尔A型硬度造成了较大的差别 而采用1RHD静负荷硬度计则几乎没有什么差别.

什么是橡胶的硬度？
    橡胶的硬度是指硫化橡胶在给定的条件下抵抗刚性测量器具探头压入的性能。
    邵尔硬度是试样受测量器具钝针压入时，钝针陷入试样表面凹陷深浅的程度，并由测量器具指针所表示的度数（或读数）来表示。
    橡胶国际硬度是在一定条件下，使用特定的压入器（测量钢球）在一个小的接触压力和一个大的总压力的作用下，压入橡胶的深度差值。橡胶国际硬度（IRHD)是以这个差值，利用"压入深度差值D和橡胶国际硬度值的关系表（下表或根据此表制作的曲线来求得，或者由以橡胶国际硬度为单位的刻度盘来直接读数。
表：压入深度差值D和橡胶国际硬度值的关系表 

D/0.01mm
IRHD
D/0.01mm
IRHD
D/0.01mm
IRHD
D/0.01mm
IRHD
0
100
48
72.2
96
50.2
144
36.9
1
100
49
71.6
97
49.8
145
36.7
2
99.9
50
71
98
49.5
146
36.5
3
99.8
51
70.4
99
49.1
147
36.2
4
99.6
52
69.8
100
48.8
148
36
5
99.3
53
69.3
101
48.5
149
35.8
6
99
54
68.7
102
48.1
150
35.6
7
98.6
55
68.2
103
47.8
151
35.4
8
98.1
56
67.6
104
47.5
152
35.2
9
97.7
57
67.1
105
47.1
153
35
10
97.1
58
66.6
106
46.8
154
34.8
11
96.5
59
66
107
46.5
155
34.6
12
95.9
60
65.5
108
46.2
156
34.4
13
95.3
61
65
109
45.9
157
34.2
14
94.7
62
64.5
110
45.6
158
34
15
94
63
64
111
45.3
159
33.8
16
93.4
64
63.5
112
45
160
33.6
17
92.7
65
63
113
44.7
161
33.4
18
92
66
62.5
114
44.4
162
33.2
19
91.3
67
62
115
44.1
163
33
20
90.6
68
61.5
116
43.8
164
32.8
21
89.8
69
61
117
43.5
165
32.6
22
89.2
70
60.6
118
43.3
166
32.4
23
88.5
71
60.1
119
43
167
32.3
24
87.8
72
59.7
120
42.7
168
32.1
25
87.1
73
59.2
121
42.5
169
31.9
26
86.4
74
58.8
122
42.2
170
31.7
27
85.7
75
58.3
123
41.9
171
31.6
28
85
76
57.9
124
41.7
172
31.4
29
84.3
77
57.5
125
41.4
173
31.2
30
83.6
78
57
126
41.1
174
31.1
31
82.9
79
56.6
127
40.9
175
30.9
32
82.2
80
56.2
128
40.6
176
30.7
33
81.5
81
55.8
129
40.4
177
30.5
34
80.9
82
55.4
130
40.1
178
30.4
35
80.2
83
55
131
39.9
179
30.2
36
79.5
84
54.6
132
39.6
180
30
37
78.9
85
54.2
133
39.4

38
78.2
86
53.8
134
39.1

39
77.6
87
53.4
135
38.9

40
77
88
53
136
38.7

41
76.4
89
52.7
137
38.4

42
75.8
90
52.3
138
38.2

43
75.2
91
52
139
38

44
74.5
92
51.6
140
37.8

45
73.9
93
51.2
141
37.5

46
73.3
94
50.9
142
37.3

47
72.7
95
50.5
143
37.1

在橡胶国际硬度的测试及换算中，压入的深度差与橡胶国际硬度之间的关系如下：
     1)对于完全弹性的各向同性材料，压入深度P（以0.01mm为1个单位）和杨氏弹性模量E (以NN/m2表示）之间的已知关系是   
               F/E=0.0038R0.65P1.35(该公式为近似表达式）
式中P-压人深度（mm）；
      F-压人力(N)
      R-钢球的半径（mm）；
      E-杨氏模量（MN/m2)。
    2)使用下图所示的正态误差积分曲线表示1gE和和橡胶国际硬度的关系。此曲线表明了两点：
      (1)相应于曲线中点的值等于0.364MN/m2 (MPa）；
      (2)曲线的最大斜率：57IRHD/1gE单位增量。

               1gE（MN/m2）
    图：1gE和IRHD的关系曲线
    此外，IRHD的刻度是这样规定的，当IRHD数值等于0时，表示橡胶的杨氏弹性模量为0；当IRHD数值等于100时，则表示橡胶的杨氏弹性模量为无限大。因此， 橡胶国际硬度的增量总是近似地表示相同比例的杨氏弹性模量的增长，对于高弹性橡胶，橡胶国际硬度和邵尔A型硬度的数值大致相同。
    邵尔A(Shore A）型硬度用来测定高弹性橡胶的硬度，而邵尔D(Shore D)型硬度则是用来测定硬质橡胶的硬度。
    通常，弹性橡胶的硬度可以采用以下几种写法来表示：
    橡胶硬度：邵尔（A）60±5；   
    橡胶硬度（邵尔A）：60±5；    
    邵尔（A〉：60±5。   
    欧洲国家使用邵尔硬度有以下表示形式：   
    60 ±5 SH.A； 
    60 ±5 Shore.。