Твёрдость резины по Шору: что значат 60 и 70 Shore A

Чтобы понимать допуск по Шору, полезно знать, что стоит за единицей. Индентор твердомера, стальной усечённый конус, выступает из опорной плиты на 2,54 мм, и пружина вдавливает его в резину. Полное погружение даёт ноль, отсутствие погружения сто, шкала линейна, и одна единица равна примерно 0,025 мм хода. Допуск ±5 Shore A, значит, укладывается в разницу около 0,125 мм. Пружина по ГОСТ 263-75 давит тем сильнее, чем выше показание: 0,55 Н на нуле, 4,31 Н на 50 единицах, 8,06 Н на 100.

Шкалу A выбирают для резины, шкалу D для твёрдых материалов

Для резины в России применяют ГОСТ 263-75 «Резина. Метод определения твёрдости по Шору А». Международный аналог сейчас ISO 48-4:2018, он заменил прежний ISO 7619-1:2010 и описывает четыре дюрометра: A для резины обычной твёрдости, D для высокой, AO для мягкой и пористой резины и AM для тонких образцов обычной твёрдости (карточка ISO 48-4 у шведского органа стандартизации). Американские спецификации ссылаются на ASTM D2240 с теми же буквами шкал.

Шкала D работает острым конусом и более жёсткой пружиной. Её берут, когда прибор A показывает больше 90 единиц и перестаёт различать материалы: твёрдый полиуретан, эбонит, фторопласт, полиамид. Точной формулы перевода между A и D нет, потому что индентор и пружина разные. Ориентировочную таблицу соответствия держим на странице шкала Шора и перевод значений, а для литых деталей полоса 60–95 Shore A разобрана отдельно: как выбрать твёрдость полиуретана под нагрузку.

Границы перехода в правой колонке приведены как практический ориентир для марок общего назначения, а точные пределы применимости каждой шкалы задаёт текст стандарта.

Десять единиц между 60 и 70 Shore A меняют работу детали

Резина 60 Shore A заметно продавливается ногтем и при затяжке легко затекает в риски и неровности фланца. Её ставят под крышки, люки и корпуса, где болтов мало, а стенки тонкие, и большой прижим дать нельзя. Под давлением такая прокладка раньше начинает ползти в зазор, особенно если фланец не имеет упора и резину зажимают без ограничителя.

Резина 70 Shore A сопротивляется пальцу заметно сильнее и лучше держит форму. С этой твёрдостью выпускают большую часть колец круглого сечения общего назначения, потому что она даёт баланс между герметичностью при малом давлении и стойкостью к выдавливанию при среднем. Чтобы сжать кольцо 70 Shore A на те же 20 % сечения, нужно больше силы, чем для кольца 60 Shore A. Для крышки на защёлках это бывает решающим.

Зависимость жёсткости от твёрдости нелинейна. Модуль резины растёт быстрее, чем число на шкале, и прибавка в десять единиц у верхнего края полосы ощущается сильнее, чем такая же прибавка между 40 и 50. Поэтому в паре «прокладка и крышка» шаг в пять единиц порой уже меняет вывод, хватит ли усилия болтов.

На схеме показаны ориентировочные полосы для марок общего назначения. Уплотнители дверей и люков с малым прижимом работают при 40–60 Shore A, плоские прокладки крышек и фланцев низкого давления при 50–70, кольца круглого сечения при 60–90 в зависимости от давления, манжеты и грязесъёмники гидравлики при 80–95, буферы и опоры при 50–80. Конкретную твёрдость под ваш узел фиксируем в КП.

Давление и зазор поднимают твёрдость, слабый прижим её опускает

Правило выбора короткое: чем выше давление и шире зазор, куда может выдавиться уплотнение, тем твёрже резина. Чем слабее прижим и грубее поверхности, тем мягче, чтобы материал заполнил неровности. Для кольца в гидравлике ориентир таков: до 10 МПа обычно хватает 70 Shore A, выше берут 80–90 Shore A или ставят защитные шайбы с кольцом 70. О признаках, по которым видно, что кольцо уже уходит в зазор, написано в разборе выдавливания уплотнительного кольца.

Мягкость компенсирует кривизну, но не бесконечно. Если фланец повело на миллиметр, резина 50 Shore A закроет неровность при меньшем усилии, чем 70, однако при давлении выше расчётного её выдавит раньше. В таком узле иногда выгоднее взять толще лист той же твёрдости, чем опускаться по шкале.

Для подвижных уплотнений на твёрдость влияет и трение. Мягкая манжета сильнее прилегает к штоку и быстрее изнашивается на шероховатой поверхности, твёрдая хуже следит за биением. Поэтому у манжет полоса узкая, а отступать от твёрдости из чертежа можно только после проверки на стенде или в узле.

Число по Шору не говорит о материале и о среде

Резина 70 Shore A бывает нитрильной, этиленпропиленовой, фторкаучуковой, силиконовой. В масле NBR сохранит форму, а EPDM той же твёрдости набухнет и размягчится за несколько недель. Поэтому в чертеже твёрдость пишут вместе с полимером, например «NBR 70 Shore A» или «EPDM 60 ±5 Shore A», а у колец ещё и стандарт на смесь. Обратная зависимость тоже не работает: один и тот же каучук выпускают в полосе от 40 до 90 единиц, меняя наполнитель и пластификатор.

Твёрдость меняется с температурой. На морозе резина твердеет и теряет упругость, при нагреве размягчается. Кольцо, которое при +23 °C показывает 70, при −30 °C может оказаться заметно твёрже, а при длительном нагреве у верхней границы материала, наоборот, мягче. Для холодных узлов решение ищут в морозостойкой смеси, а не в более мягкой резине, этому посвящена статья о морозостойкой резине и её марках.

Старение тоже двигает число. От нагрева и кислорода сшивка продолжается, пластификатор уходит, и прокладка твердеет. В растворителе или неподходящем масле бывает обратное. Сравнение твёрдости снятой детали с новой из той же партии даёт быстрый признак, что резина устала или не подходит к среде.

Две цифры по Шору сравнимы только при одном методе замера

Чтобы два замера одной резины совпали, ГОСТ 263-75 жёстко задаёт условия. Толщина образца не меньше 6 мм, сложить его можно максимум из трёх слоёв той же резины. Отсчёт берут через 3 секунды после прижатия, для резины с заметной ползучестью через 15 секунд. Температура +23 ±2 °C, точек замера не меньше трёх, и ни одна не должна отличаться от среднего больше чем на 3 единицы. Цифры с разной толщиной, разным числом слоёв или разной выдержкой стандарт прямо называет несопоставимыми.

Практический вывод для заказчика: цифра на тонкой прокладке 2 мм, снятая на столе, окажется выше паспортной, потому что индентор чувствует твёрдое основание. Порядок замера, выбор прибора и ошибки при входном контроле вынесены в отдельную инструкцию о том, как мерить твёрдость резины твердомером. Здесь достаточно одного правила: спорную цифру сверяют на образце, изготовленном по стандарту, а не на детали случайной толщины.

Что означает твёрдость 70 Shore A у резинового кольца?

Твёрдость 70 Shore A у уплотнительного кольца означает, что индентор дюрометра шкалы A погрузился в резину примерно на 0,76 мм из 2,54 мм возможных. Кольцо такой твёрдости уплотняет при малом давлении и сопротивляется выдавливанию при среднем, поэтому это самая частая твёрдость колец общего назначения. Допуск обычно ±5 единиц, то есть годной считается партия от 65 до 75 Shore A.

Какую твёрдость резины по Шору указать для плоской прокладки?

Плоскую резиновую прокладку чаще заказывают твёрдостью 50–70 Shore A. Ближе к 50 выбирают для крышек с малым числом болтов, тонких корпусов и кривых фланцев, где нужно заполнить неровность малым усилием. Ближе к 70 выбирают для фланцев с давлением и широким зазором. Твёрдость задают вместе с полимером и толщиной листа, потому что тонкий лист твёрдой резины требует большего прижима.

Допуск записывают вместе со шкалой и методом

Резиновая смесь от партии к партии имеет разброс, а измерение добавляет свой. Поэтому твёрдость в чертеже без допуска превращается в спор при приёмке. Для деталей общего назначения ориентир ±5 единиц, для манжет и мембран иногда ±3. Сама запись должна читаться однозначно: «70 ±5 Shore A по ГОСТ 263-75» или «70 ±5 Shore A, ISO 48-4». Если важен замер на самом изделии, это оговаривают отдельно, потому что результат на кольце сечением 3 мм отличается от результата на стандартной пластине.

Пример записи для кольца по чертежу: «Кольцо 45 × 3, NBR, 70 ±5 Shore A, твёрдость по пластине-свидетелю из той же смеси, ГОСТ 263-75». Такая строка снимает вопрос, на чём мерили, и годится для повторного заказа по артикулу.

Перед запуском резиновой детали сверяют твёрдость по пяти пунктам

Твёрдость попадает в КП последней строкой, хотя от неё зависят усилие сжатия, стойкость к выдавливанию и износ детали. Перед запуском заказа по резиновой детали с изготовителем полезно сверить то, что касается твёрдости:

• шкала и число: «Shore A 70»; запись «твёрдость 70» без шкалы не годится;
• допуск и способ замера: стандарт, пластина-свидетель или изделие;
• полимер: твёрдость без материала не фиксирует смесь;
• источник цифры: чертёж разработчика, паспорт старой детали или замер снятого образца;
• рабочая температура: если узел на морозе, твёрдость при +23 °C не описывает поведение зимой.

Пункт про источник цифры решает чаще других. Если 70 Shore A намерили на изношенной прокладке, исходная деталь могла быть 60, а резина просто постарела. Такую цифру подписываем в КП как предположение, а не данные заказчика. Наша компания производит резиновые прокладки и уплотнительные кольца по размерам заказчика, и для заказа по образцу удобнее прислать вместе со снятой деталью и описанием узла новую из той же коробки, если она осталась.

Замена 70 Shore A на 60 допустима не везде

На неподвижной прокладке крышки без давления разница в десять единиц обычно не критична: мягкая резина даже лучше заполнит неровности. На кольце, которое держит давление, замену делать нельзя без расчёта: мягкое кольцо раньше уходит в зазор, по кромке появляется бахрома, и уплотнение разрушается. На манжете гидравлики отступление от твёрдости меняет и герметичность, и износ, поэтому её сохраняют по чертежу.

В обратную сторону ошибка тоже бывает. Если вместо 60 поставить 80, прокладка крышки на защёлках не сожмётся до нужной степени, и щель останется. Для резиновых прокладок по чертежу твёрдость, указанная разработчиком, сохраняется, а предложение изменить её мы подписываем в КП отдельной строкой с основанием.