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國際橡膠硬度計工作原理

來源:滄州精威儀器設(shè)備制造有限公司   2025年06月09日 09:25  
國際橡膠硬度計(如邵氏硬度計)是用于測量橡膠、塑料等彈性材料硬度的儀器,其工作原理基于壓針在一定壓力下刺入材料的深度,通過深度與硬度的對應(yīng)關(guān)系來表征材料硬度。以下是其核心工作原理及相關(guān)細節(jié):

一、基本原理:力與形變的關(guān)系

國際橡膠硬度計的測量基于彈性體受壓時的形變特性,具體通過以下步驟實現(xiàn):
  1. 壓針設(shè)計

    • 采用特定形狀的壓針(如邵氏硬度計中,A 型用端部為半徑 0.79mm 的鋼球壓針,D 型用角度為 30° 的圓錐壓針)。

    • 壓針的形狀和尺寸直接影響測量結(jié)果,不同型號適用于不同硬度范圍的材料(如 A 型用于軟質(zhì)橡膠,D 型用于硬質(zhì)橡膠)。

  1. 施加壓力

    • 通過彈簧或砝碼施加標準壓力,分為初載荷主載荷

      • 初載荷:先施加較小的力(如 1kgf),使壓針與材料表面緊密接觸,消除表面不平整的影響。

      • 主載荷:在初載荷基礎(chǔ)上,施加更大的力(如 A 型硬度計主載荷為 10kgf,D 型為 50kgf),使壓針刺入材料。

  1. 測量刺入深度

    • 在主載荷作用下,壓針刺入材料的深度與材料硬度成反比:

      • 材料越軟,壓針刺入越深,硬度值越低;

      • 材料越硬,壓針刺入越淺,硬度值越高。

    • 通過機械裝置或電子傳感器記錄刺入深度,并轉(zhuǎn)換為硬度值(邵氏硬度單位為 “HA” 或 “HD”)。

二、關(guān)鍵公式與單位

以邵氏 A 型硬度計為例,硬度值(HA)的計算公式為:
\(HA = \frac{h_0 - h}{k}\)
  • \( h_0 \):壓針壓入硬度計砧座時的初始位置(基準深度);

  • \( h \):壓針在材料中的實際刺入深度;

  • \( k \):常數(shù)(與儀器結(jié)構(gòu)相關(guān),通常為 0.025mm / 單位)。

  • 單位:邵氏硬度值無量綱,直接用 “HA” 或 “HD” 表示(如 50HA 表示中等硬度橡膠)。

三、測量要點與影響因素

  1. 試樣要求

    • 試樣厚度需≥6mm,若厚度不足可疊加(但不超過 3 層),且表面平整、無氣泡。

    • 測試前需將試樣在標準環(huán)境(如 23℃±2℃,濕度 50%±5%)中放置至少 16 小時。

  1. 操作規(guī)范

    • 壓針需垂直于試樣表面,避免傾斜導(dǎo)致測量偏差。

    • 主載荷施加后,需在規(guī)定時間(如 10 秒)內(nèi)讀取數(shù)值,避免材料蠕變影響結(jié)果。

  1. 影響因素

    • 溫度:橡膠硬度隨溫度升高而降低,需嚴格控制測試環(huán)境溫度。

    • 壓針磨損:長期使用后壓針可能變形,需定期校準(如使用標準硬度塊)。

    • 材料各向異性:某些橡膠制品(如輪胎)存在方向性,需在不同方向測量取平均值。

四、常見類型與應(yīng)用場景

類型
壓針形狀
測量范圍(HA/HD)
典型應(yīng)用場景
邵氏 A 型
半徑 0.79mm 鋼球
0-100HA
軟質(zhì)橡膠、海綿、密封圈等
邵氏 D 型
30° 圓錐壓針
0-100HD
硬質(zhì)橡膠、塑料、鞋底等
邵氏 AO 型
更小尺寸鋼球
0-60AO
超軟橡膠(如乳膠)
邵氏 OO 型
極軟材料專用壓針
0-30OO
海綿、凝膠等極軟材料

五、校準與維護

  • 校準工具:使用標準硬度塊(如硬度為 20HA、40HA、60HA 的標準塊)定期校準,確保壓針壓力和深度測量準確。

  • 維護要點:清潔壓針和砧座表面,避免灰塵或雜質(zhì)影響測量;檢查彈簧彈性,及時更換老化部件。

總結(jié)

國際橡膠硬度計通過壓力 - 形變關(guān)系量化橡膠硬度,操作簡便且應(yīng)用廣泛,但需注意試樣制備、環(huán)境條件和儀器校準以確保結(jié)果準確。不同型號硬度計適用于多樣化的材料測試需求,是橡膠工業(yè)質(zhì)量控制和研發(fā)的關(guān)鍵工具。


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