硬度计解释：塑料和弹性体硬度实用指南

发布于2023年5月23日

在任何开发工作开始时，工程师和产品团队都必须仔细检查每种候选材料的机械特性。除了基本的物理、化学和机械数据表之外，环境适应能力和长期耐用性等因素也会影响性能。全面评估可推动更高质量的产品以及更严格的进度和预算。

对于塑料，硬度计（或肖氏硬度计）提供了材料硬度的关键衡量标准。下面是一份简明的入门书，为工程师和产品团队提供了基本的见解。

什么是硬度计？

硬度计是用于量化弹性体和塑料硬度的行业标准指标。它反映了材料在受到压痕或磨损时的抗变形能力。

为了获得硬度计读数，需要将一个简单的手持式测试仪（类似于带有校准弹簧加载针的圆形轮胎压力表）压入材料中，直至达到极限。穿透深度直接转换为所选肖氏硬度的数字。

虽然硬度计范围为 0-100，但它是无量纲的；这些值纯粹是在单一尺度内进行比较。较低的分数表示较软的材料，较高的分数表示较硬的材料。例如，90A 聚氨酯管明显比 70A 管更坚固。

开发了不同的肖氏硬度计，为工程师提供通用参考。三种最常用的等级是肖氏硬度 00、肖氏硬度 A 和肖氏硬度 D。肖氏硬度 00 捕捉凝胶和非常软橡胶的柔软度；肖氏硬度 A 涵盖从非常软到硬的柔性橡胶；肖氏硬度 D 是为硬橡胶和硬质塑料保留的。

硬度不等于柔韧性；它是刚度的间接测量。它可以快速感知材料的触感，但无法预测成品零件的确切弯曲或弯曲程度。此外，不同肖氏硬度计上的数字不可互换。

例如，Shore 00 上的 80 感觉就像橡皮擦，而 Shore D 上的 80 感觉就像安全帽。相同的数值掩盖了截然不同的物理属性，这强调了为什么比较必须保持在相同的范围内。

材料选择从预期的最终用途和项目规格开始。这些标准对候选列表进行了精简，并指出了相关的肖氏硬度等级。对于必须长期承受重量的承重部件，设计人员应跳过肖氏硬度 00，而重点关注 70-100 范围内的肖氏硬度 A 材料或完整的肖氏硬度 D 谱。

必须权衡硬度与成本和可制造性。尽管较硬的合金可能会产生更高的材料或加工费用，但后处理硬化技术可以在不影响加工便利性的情况下提高最终硬度。

硬度本身并不能预测强度、耐腐蚀性或密封能力。与硬度计值相比，刚度和压缩模量数据可以更清晰地了解橡胶的密封性能。

彻底的材料审核应评估密度、压缩力偏转、施加力、厚度和硬度，以确保所选材料满足所有功能和性能标准。

在注塑成型中，模具橡胶的肖氏硬度严重影响零件的脱模。选择平衡灵活性和耐用性的橡胶可确保母模和铸件轻松脱模。

使用 70A 硬度的弹性体来模制具有薄的、有角度的部分的零件可能存在风险；它的硬度与汽车轮胎相当，可能会妨碍清洁提取。较低的肖氏 A 等级（大约 30A 或更低）为精致的几何形状提供了必要的柔韧性。

在增材制造中，了解零件的硬度有助于将其与传统注塑塑料进行比较。这种比较提供了材料预期性能的实际意义。

一些增材制造树脂报告两个值：即时硬度计和五秒硬度计。例如，使用 Carbon 的数字光合成 (DLS™) 生产的零件可能要等到固化后才能达到最终硬度。内部或家庭打印机将看到这种变化，而处理最终固化的合作伙伴可能不会。选择增材制造材料时，了解这种后固化演变至关重要。

简而言之，硬度计是一种无量纲、标准化的度量标准，将弹性体和塑料硬度在单一肖氏硬度范围内进行排序。虽然较高的值表示硬度增加，但跨尺度比较是无效的。

当项目需要特定的硬度或柔软度时，硬度计就成为重要的选择标准，但它不应该单独存在。对设计和性能参数的全面审查，再加上经验丰富的制造合作伙伴的专业知识，可以产生最佳的材料选择并加速开发。

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