 |
| Albert F. Shore, jego podpis (logo firmy) i durometr typu A stylu okrągłego Source: www.shore-durometer-history.blogspot.com |
Budowa
Durometr Shore'a (sic!)** (twardościomierz Shore'a, sic!***) zbudowany jest ze stalowego wgłębnika prętowego (zwanego także iglicą lub igłą), stopy dociskowej (naciskowej) i
 |
| Durometr typu D stylu kwadratowego z działką co 5 jednostek twardości i metalowym wzorcem twardości 50 Duro D. Shore Instrument & Mfg Co. Inc. Made in USA |
Obudowa durometra może przybierać różne kształty: trójkątny (ang. quadrant style), okrągły (ang. round style), czujnikowy, łezkowy (migdałowaty) i inne. Najstarsze durometry stylu trójkątnego (od 1915 r.) miały na wskaźniku zegarowym zakres wskazań/ pomiarowy 30-90 jednostek twardości, a kreski były umieszczone co 5 jednostek twardości. W 1941 r. firma Shore® wprowadziła styl okrągły z zakresem wskazań 0-100 i kreskami co 1 jednostkę twardości. Durometry cyfrowe (elektroniczne) mogą mieć rozdzielczość 0.5 lub 0.1 jednostki twardości, ale nie musi to koniecznie oznaczać, że są dokładniejsze (mają mniejszy błąd graniczny) niż zegarowe.
Durometry, będące przyrządami kieszonkowymi mogą być wariantowo łączone ze specjalnymi statywami pomiarowymi, które to statywy poprzez normalizację nacisku stopy i prostopadłości przyłożenia zwiększają dokładność wskazań twardości o około 25 %.
Zasada i procedura pomiaru
Miarą twardości w metodzie durometrowej Shore'a jest głębokość wniknięcia wgłębnika w materiał mierzony (albo inaczej długość wysunięcia wgłębnika poza powierzchnię stopy
 |
| Durometr typu A stylu kwadratowego z gumowym wzorcem twardości marki Shore Instuments, produkcji Instron, USA |
Przygotowanie próbek
Próbki gumowe przed oznaczaniem twardości powinny być kondycjonowane w temperaturze około 23 stopni Celsjusza przez co najmniej 1 godzinę (niektóre normy podają
 |
| Durometr typu OO stylu okrągłego z gumowym wzorcem twardości marki Shore Instruments, produkcji Instron, USA |
Górna i dolna powierzchnia próbki powinny być płaskie i równoległe wobec siebie - jeśli jest używany durometr zamontowany w statywie. Jeśli pomiar następuje "z ręki" - ważna jest tylko płaskość górnej powierzchni.
Wymiary próbek, odległości między wgłębieniami oraz między wgłębieniami a brzegami próbek, a także minimalne liczby pomiarów próbki do obliczenia średniej twardości - podają odpowiednie normy. Dla wykonania pomiaru "warsztatowego" wystarczy wiedzieć, że górna powierzchnia próbki powinna być większa niż powierzchnia stopy dociskowej. Warto też wykonać 3 pomiary danej próbki i wyliczyć z nich średnią arytmetyczną (pamiętajmy, że pojedynczy pomiar jakiejkolwiek wielkości/ właściwości jakiegokolwiek elementu jakimkolwiek przyrządem może być obarczony trudnym do oszacowania błędem). Grubość próbki nie powinna być mniejsza niż 6 mm (ASTM & ISO), przy czym rozmaite normy podają także grubości min. 4 oraz 5 mm. W celu uzyskania próbki o znormalizowanej minimalnej grubości - można ją złożyć z cieńszych warstw, pod warunkiem jednak, że będą one ściśle do siebie przylegać i żadna z warstw nie będzie cieńsza niż 2 mm. Odrębne postanowienia normalizacyjne rządzą próbkami badanymi z użyciem mikro-durometrów, czyli durometrów typu M wg ASTM oraz AM wg ISO.
Typy durometrów
Istnieje wiele typów durometrów (być może około 20) - bardziej lub mniej znanych. Różnią się one między sobą kształtami/ geometriami wgłębników oraz siłami adiustowanych sprężyn, a w niektórych przypadkach także średnicami/ polami powierzchni stóp dociskowych lub maksymalnym wysunięciem wgłębnika ze stopy. Niektóre typy zostały opracowane poza firmą Shore®, a nawet poza USA.
Raportowanie wyników
Z uwagi na to, że każdy typ durometra ma ten sam zakres pomiarowy 0-100 - przy raportowaniu wyników pomiarów należy podać koniecznie symbol literowy typu, np. 70 Shore A/ 70 Duro A/ 70 °Sh A/ 70 HA. Podanie wyniku w postaci 70 Shore/ 70 Duro/ 70 °Sh lub 70 H nie mówi kompletnie nic o twardości materiału. Jeśli temperatura powietrza w miejscu pomiaru jest inna niż temperatura normalna dla badania gumy (23 ± 2 °C) - należy ją podać. Jeżeli przy oznaczaniu twardości kierujemy się wskazaniami konkretnej normy, w której podany jest w sekundach czas w jakim po dociśnięciu stopy należy odczytać wskazanie - należy ten czas również uwzględnić w raporcie. Nie raportujemy wyników poniżej 20 jednostek twardości oraz powyżej 90 jednostek twardości - ponieważ nie są miarodajne. W przypadku uzyskania takich wyników - musimy użyć do pomiaru innego typu durometra.
Ważniejsze normy techniczne
Krajem pochodzenia metody durometrowej Shore'a oraz pierwszych prac normalizacyjnych nad tą metodą są Stany Zjednoczone. Najbardziej rozpowszechnioną i rozpoznawalną na świecie normą techniczną dotyczącą tej metody jest - wspomniana już wyżej - amerykańsko-międzynarodowa norma ASTM D2240 "Standard Test Method for Rubber Property—Durometer Hardness" (pierwotnie ustanowiona w 1959 r. pod numerem ASTM D676 "Method of Test for Indentation of Rubber by Means of a Durometer").
Aktualnie norma ta standaryzuje 11 typów durometrów: A (do gumy miękkiej/ normalnej), B (do gumy średnio-twardej), C (do gumy średnio-twardej, ale twardszej niż dla typu B), D (do gumy twardej oraz sztywnych plastików), DO (do gumy średnio-twardej, ale twardszej niż dla typu C), E (do bardzo miękkiej gumy, gumy komórkowej/ porowatej, pianek, gąbek), M (do cienkich gum/ o-ringów i plastików), O (zwany też 0 czyli zero - do miękkich gum i plastików), OO (zwany też 00 - do bardzo miękkiej gumy, gumy komórkowej/ porowatej, pianek, gąbek), OOO (zwany też 000 - do materiałów bardzo miękkich - produkcja poza firmą SHORE) i OOO-S (typ OOO produkowany przez firmę SHORE) oraz specjalną konfigurację zwaną R. Dwunasty typ o symbolu CF (do pianek kompozytowych) został opisany w normie ASTM F1957.
Bardzo wcześnie bo już w 1954 r. metoda durometrowa Shore'a została ustandaryzowana przez Polski Komitet Normalizacyjny w normie własnej PN-C-04238:1954 (dawna forma numeracji PN-54/C-04238) "Guma - Oznaczanie twardości wg metody Shore'a". W normie tej - wycofanej ze zbioru norm aktualnych w 2011 r. - zostały znormalizowane 3 typy: A, C i D (zastosowanie typów identyczne jak według ASTM D2240). Aktualnie w Polsce obowiązuje w zakresie pomiaru twardości gumy norma PN-C-04206, będąca tłumaczeniem nieaktualnej normy międzynarodowej ISO 7619:1986. Opisane są w niej durometry typu A i D (zastosowanie typów identyczne jak według ASTM D2240) oraz kieszonkowy twardościomierz metody IRHD (nie produkowany już przez nikogo).
Na poziomie międzynarodowym istnieje aktualnie (poza ASTM D2240) norma ISO 7619-1:2010 "Rubber, vulcanized or thermoplastic -- Determination of indentation hardness -- Part 1: Durometer method (Shore hardness)". Standaryzuje ona 4 typy durometrów: A (tak jak w ASTM D2240), D (tak jak w ASTM D2240), AO (zwany też A0 - w ASTM D2240 oznaczony symbolem E, w japońskiej normie branżowej symbolem Asker C, a w chińskiej normie branżowej symbolem W lub C) oraz AM (w ASTM D2240 oznaczony symbolem M). Te 4 typy ISO-wskie pokrywają 90 % możliwości zastosowania durometra pod względem rodzajów materiałów mierzonych.
Warta jest także wspomnienia wycofana już - ale swego czasu bardzo rozpowszechniona - norma niemiecka własna DIN 53505 "Prüfung von Kautschuk und Elastomeren - Härteprüfung nach Shore A und Shore D". Została ona zastąpiona przez DIN EN ISO 7619-1 (czyli niemiecką wersję wspomnianej wyżej normy międzynarodowej ISO 7619-1).
W zakresie badania twardości tworzyw sztucznych i ebonitu przy użyciu durometrów obowiązuje norma międzynarodowa ISO 868, przyjęta przez PKN jako PN-EN ISO 868. Są w niej wymienione durometry typu A i D (zastosowanie - patrz ASTM D2240).
Ciekawostki
- Około 2000 r. amerykańsko-międzynarodowa organizacja normalizacyjna ASTM wprowadziła do wszystkich swoich norm system jednostek miar SI - jako podstawowy system, wg którego podaje się wartości miar. Jednocześnie został wycofany system imperialny (calowy) w zakresie długości oraz system ciężarowy (jednostka: kilogram-Siła; skrót pol.: kG, skrót ang. kgf) w zakresie siły. W związku z powyższym w normie ASTM 2240-00 zmieniły się nieznacznie oryginalne charakterystyki techniczno-metrologiczne durometrów (maksymalne wysunięcia wgłębników ze stopy dociskowej, siły adiustowanych sprężyn oraz w typach z wgłębnikami kulistymi - średnice wgłębników). Np. w typie A max. wysunięcie wgłębnika ze stopy zmieniło się z 2.54 mm (wartość przeliczona z "okrągłego" ułamka calowego ustalonego przez Alberta Shore'a) na 2.5 mm, a max. siła sprężyny z 8.379 N (przeliczenie z 0.855 kG/ kgf - wartości ustalonej przez A. Shore'a) na 8.050 N (0.821 kG/ kgf). Oznacza to, że posiadacze "leciwych" durometrów produkcji amerykańskiej mogą otrzymywać nieco inne wyniki pomiarów twardości niż użytkownicy egzemplarzy "nowomodnych". Nadmienić take należy, że i w dzisiejszych czasach producenci wytwarzają durometry typu A z dwoma różnymi max. siłami sprężyn: 8.065 N (0.822 kG/ kgf) - wg nieaktualnej normy DIN 53 505 oraz 8.050 N - wg ISO & ASTM.
- W 1978 r., łącznie z nowelizacją normy krajowej PN-C-04238, współprojektant tej normy - Bogdan Felczak z Instytutu Przemysłu Gumowego "Stomil" (dzisiejszy IIMPiB - Odział Elastomerów i Technologii Gumy) - zaprojektował normę branżową BN-6631-01:1978 (dawna forma numeracji BN-78/6631-01), w której opisał sposób oznaczania twardości gumy porowatej (komórkowej) stosowanej na podeszwy do obuwia, przy użyciu durometra typu F (durometr własnej konstrukcji, litera F od nazwiska Felczak). Brak jest danych świadczących o tym, że durometr typu F był faktycznie produkowany (np. w Instytucie) i użytkowany. Sama jednak idea podchwycona przez pana Felczaka - tzn idea stworzenia odmiany durometra do gumy komórkowej na buty jest starsza i wywodzi się z Japonii. W 1956 r. został tam opracowany, a później znormalizowany branżowo durometr typu Asker C. Asker C został następnie znormalizowany przez chińską branżę gumową jako typ W, a potem C, przez ISO jako typ AO (A0) i przez ASTM jako typ E. Co ciekawe - w Japonii jest produkowany durometr typu Asker F, a w Chinach wzorowany na nim durometr typu F - jednak durometry nie mają nic wspólnego z polskim, branżowym typem F.
- Albert. F. Shore (1876-1936) prowadził działalność naukowo-techniczną (innowacyjną) w latach 1899-1930. W latach 1900-1936 udało mu się uzyskać w USA, Wlk. Brytanii, Niemczech i Francji 38 patentów na swoje wynalazki. Pierwszy patent z 1900 r. (zgłoszony w 1899 r.) dotyczył lampy łukowej, a ostatni z 1936 r. (zgłoszony w 1927 r.) - nowego rodzaju wgłębnika do statycznego twardościomierza stacjonarnego. Najważniejszy patent z 1908 r. (zgłoszony w 1907 r.) - to patent na skleroskop. Co ciekawe - żaden z patentów nie dotyczy pierwotnego durometra w obudowie trójkątnej (ang. quadrant style) z 1915 r.
- Firma Shore® Instrument & Manufacturing Company Incorporation (w skrócie: Shore®
Instrument & Mfg. Co. Inc., Shore® Instrument lub Shore®) działała od roku 1907 pod adresem 9052 Van Wyck Avenue, Jamaica, NY, USA (aktualna nazwa: Van Wyck Boulevard), a pod koniec istnienia pod adresem 80 Commercial Street, Freeport, NY, 11520, USA (informacje od mr Allan Garatt). Jej szefem był najpierw Albert, a od 1936 r. - jego syn Fred. Ostatnim dyrektorem generalnym firmy był Bill Galbraith, wiodący członek Komitetu Technicznego ds. Gumy w organizacji normalizacyjnej ASTM. W 1995 r. firmę Shore Instrument® kupiła grupa Instron (ITW) likwidując jednocześnie jej osobowość prawną. Instron ulokował swój oddział o nazwie "Wilson/Shore Instruments, Div. Of Instron Corp." pod adresem 100 Royall Street, Canton, MA, 02021-1009, USA, a managerem produktów marki Shore® i Wilson® został ing. Edward Tobolski, członek komietów ASTM do spraw Gumy i Metali. Około 2010 r. Instron z nieznanych powodów zaprzestał wytwarzania durometrów, skleroskopów i rezyliometrów. Od tej pory oddział w Canton, zatrudniający 420 pracowników, produkuje wyłącznie stacjonarne twardościomierze do metali marki Wilson. Aktualnie najbardziej uznanym amerykańskim producentem durometrów jest firma Rex Gauge. Durometry produkują także dziesiątki przedsiębiorstw na całym świecie - w większości ulokowane w Chinach.
ing. Edward
Tobolski
INSTRON, MA, USA
Źródło: ASTM - W Nowym Jorku, w subdzielnicy Jamaica istnieje ulica Shore'a (Shore Avenue). Autor jednak nie jest pewny, czy nazwano ją tak na cześć Alberta F. Shore'a czy z innego powodu.
- Albert F. Shore jest autorem 64-stronicowej książki The Shore Scleroscope for Measuring Hardness of Metals, Shore Instrument & Mfg. Co. Inc. & Harvard University, Cambridge 1910.
- A. F. Shore przez całe życie mieszkał w Nowym Jorku, o czym wiemy z treści patentów. W 1907 r. miejscem jego zamieszkania była czynszowa, wielorodzinna kamienica we Flatiron District na Dolnym Manthattanie przy West 24th Street, nr 226. Najwyraźniej firma, w której był szefem i głównym konstruktorem przynosiła mu duże zyski - gdyż w 1930 r. widzimy go mieszkającego we własnym, dużym i ładnym domu w dystrykcie Upper West Side na Manhattanie przy West 86th Street nr 50.
Grób Alberta F. Shore'a
Source: www.findagrave.com/cgi-bin/fg.cgi?page=gr&GRid=35610479 - Grób Alberta F. Shore'a (1876-1936) i jego żony Mary E. (1880-1950) znajduje się na rzymskokatolickim cmentarzu parafialnym Św. Trójcy na Long Island (Trinity Roman Catholic Cementery, North Amityville, Suffolk County, New York). Cmentarz można odwiedzać w godzinach 8:00-16:00.
Oferta MATBOR Sp. z o.o.
Firma MATBOR Sp. z o.o oferuje Państwu sprzedaż, wzorcowanie (kalibrację) oraz serwis - w tym adiustację (regulację) - wszelkich typów durometrów, durometrowych wzorców twardości (gumowych, plastikowych i metalowych) oraz statywów pomiarowych (operacyjnych).
Niestety oryginalne durometry marki Shore® są nie dostępne w handlu - z powodów podanych w tym artykule. Oferujemy dobrej jakości durometry produkcji amerykańskiej, japońskiej, niemieckiej i chińskiej. W przypadku durometrów chińskich sami oceniamy ich jakość - a w przypadku stwierdzenia niezgodności z normami - odrzucamy serię, model lub producenta. Klientów zainteresowanych najwyższej jakości durometrami zachęcamy do zakupu u nas przyrządów produkowanych przez amerykańską firmę Rex Gauge, założoną w 1930 r., 23 lata po założeniu firmie Shore®, jako jej konkurencja. Największą popularnością wśród naszych klientów cieszą się durometry zegarowe typu A, AO i D niemieckiej marki Sauter, ze względu na niską cenę i jednocześnie porządną jakość.
PRZYPISY
*W dzisiejszej Polsce najpopularniejszym twardościomierzem przenośnym do metali jest twardościomierz Leeba, będący - co ciekawe - jedynie udoskonaloną wersją skleroskopu. Wszystkie twardościomierze Leeba posiadają funkcję konwersji ze skali Leeba (HL/ HLD itp.) na skalę skleroskopową Shore'a (HS/ HSD/ HSC).
**Termin "Durometr Shore'a" to tak zwane "masło maślane" - z uwagi na to, że nie ma innych durometrów poza durometrami Shore'a. Żaden twardościomierz, jakiejkolwiek metody i do jakichkolwiek materiałów nie jest zwany durometrem, za wyjątkiem twardościomierzy do elastomerów i duromerów działających w oparciu o projekt Alberta Shore'a. Wszystkie normy anglo-, franko i germano-języczne posługują się w tym obszarze terminem "durometer", "durometer hardness" lub "durometer method", a nie "hardness tester" (twardościomierz). Dlatego wystarczy użyć samego tylko terminu "durometr" (bez słowa "Shore") - aby wiadomo było, że chodzi o przyrząd do pomiaru twardości gum i plastików sposobem Shore'a.
***Istnieją 2 rodzaje twardościomierzy wynalezionych przez Alberta Shore'a: durometry i skleroskopy. W związku z tym termin "twardościomierz Shore'a" jest nieprecyzyjny i absolutnie nie nadaje się do użycia w dokumentach normalizacyjnych oraz do jakichkolwiek zastosowań technicznych. Mówiąc o pomiarze twardości gumy lub tworzywa sztucznego sposobem Shore'a - należy mówić o pomiarze przy użyciu durometra (a nie twardościomierza Shore'a!), a mówiąc o pomiarze twardości stali sposobem Shore'a - należy mówić o pomiarze przy użyciu skleroskopu (a nie twardościomierza Shore'a!).
****Użycie w niektórych normach i specyfikacjach technicznych terminu "kalibrowana sprężyna" jest niezgodne z Międzynarodowym Słownikiem Podstawowych i Ogólnych Terminów Metrologii. W dzisiejszych czasach termin kalibracja oznacza wzorcowanie, czyli porównanie przyrządu pomiarowego z wzorcem. Natomiast w przypadku sprężyny w durometrze chodzi o sprężynę wyregulowaną czyli wyadiustowaną/ poddaną regulacji czyli adiustacji.
Dodatkowe materiały historyczno-techniczne:
1) Shore Durometer History,
2) Shore Durometers an Instron Company. Catalogue 2004.
**Termin "Durometr Shore'a" to tak zwane "masło maślane" - z uwagi na to, że nie ma innych durometrów poza durometrami Shore'a. Żaden twardościomierz, jakiejkolwiek metody i do jakichkolwiek materiałów nie jest zwany durometrem, za wyjątkiem twardościomierzy do elastomerów i duromerów działających w oparciu o projekt Alberta Shore'a. Wszystkie normy anglo-, franko i germano-języczne posługują się w tym obszarze terminem "durometer", "durometer hardness" lub "durometer method", a nie "hardness tester" (twardościomierz). Dlatego wystarczy użyć samego tylko terminu "durometr" (bez słowa "Shore") - aby wiadomo było, że chodzi o przyrząd do pomiaru twardości gum i plastików sposobem Shore'a.
***Istnieją 2 rodzaje twardościomierzy wynalezionych przez Alberta Shore'a: durometry i skleroskopy. W związku z tym termin "twardościomierz Shore'a" jest nieprecyzyjny i absolutnie nie nadaje się do użycia w dokumentach normalizacyjnych oraz do jakichkolwiek zastosowań technicznych. Mówiąc o pomiarze twardości gumy lub tworzywa sztucznego sposobem Shore'a - należy mówić o pomiarze przy użyciu durometra (a nie twardościomierza Shore'a!), a mówiąc o pomiarze twardości stali sposobem Shore'a - należy mówić o pomiarze przy użyciu skleroskopu (a nie twardościomierza Shore'a!).
****Użycie w niektórych normach i specyfikacjach technicznych terminu "kalibrowana sprężyna" jest niezgodne z Międzynarodowym Słownikiem Podstawowych i Ogólnych Terminów Metrologii. W dzisiejszych czasach termin kalibracja oznacza wzorcowanie, czyli porównanie przyrządu pomiarowego z wzorcem. Natomiast w przypadku sprężyny w durometrze chodzi o sprężynę wyregulowaną czyli wyadiustowaną/ poddaną regulacji czyli adiustacji.
Dodatkowe materiały historyczno-techniczne:
1) Shore Durometer History,
2) Shore Durometers an Instron Company. Catalogue 2004.
