TIÊU CHUẨN QUỐC\r\nGIA

TCVN\r\n10229:2013

ISO\r\n18517:2005

CAO SU LƯU HÓA HOẶC NHIỆT DẺO - THỬ NGHIỆM ĐỘ CỨNG - GIỚI\r\nTHIỆU VÀ HƯỚNG DẪN

Rubber,\r\nvulcanized or thermoplastic - Hardness testing - Introduction and guide

Lời nói đầu

TCVN 10229:2013 hoàn toàn\r\ntương đương ISO 18517:2005.

TCVN 10229:2013 do Ban kỹ\r\nthuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC45 Cao su thiên nhiên biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị,\r\nBộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CAO SU LƯU\r\nHÓA HOẶC NHIỆT DẺO - THỬ NGHIỆM ĐỘ CỨNG - GIỚI THIỆU VÀ HƯỚNG DẪN

Rubber,\r\nvulcanized or thermoplastic - Hardness testing - Introduction and guide

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đưa ra các hướng dẫn về\r\nxác định độ cứng của cao su lưu hóa và nhiệt dẻo.

Tiêu chuẩn\r\nnày nhằm cung cấp sự hiểu biết về tầm quan trọng của độ cứng do độ cứng là một\r\nđặc tính của vật liệu và nhằm giúp quá trình lựa chọn phương pháp thử thích hợp.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần\r\nthiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với\r\ncác tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài\r\nliệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả\r\ncác sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 1595-1 (ISO 7619-1), Cao su\r\nlưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Xác định độ cứng\r\nấn lõm - Phần 1: Phương pháp sử dụng thiết bị đo độ cứng (Độ cứng Shore)

TCVN 1595-2 (ISO 7619-2), Cao su\r\nlưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Xác định độ cứng\r\nấn lõm - Phần 2: Phương pháp sử dụng dụng cụ bỏ túi IRHD

TCVN 9810 (ISO 48), Cao su lưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Xác định độ cứng (độ cứng\r\ntừ 10 IRHD đến 100 IRHD)

ISO 7267-1, Trục lăn bọc cao su -\r\nXác định độ cứng biểu kiến - Phần 1: Phương pháp IRHD

ISO 7267-2, Trục lăn bọc cao su -\r\nXác định độ cứng biểu kiến - Phần 2: Phương pháp đo độ cứng loại Shore

ISO 7267-3, Trục lăn bọc cao su -\r\nXác định độ cứng biểu kiến - Phần 3: Phương pháp Pusey và Jones

ISO 18898, Rubber - Calibration and verification of\r\nhardness testers (Cao su - Hiệu chuẩn và kiểm tra thiết bị thử độ cứng).

3. Thuật ngữ và định\r\nnghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng thuật ngữ\r\nvà định nghĩa sau:

3.1. Độ cứng cao su quốc tế\r\n(International rubber hardness degrees)

IRHD

Thang độ cứng được chọn sao cho “0” biểu\r\nthị độ cứng vật liệu có môđun Young bằng\r\nkhông và “100” biểu thị độ cứng vật liệu có môđun Young vô hạn.

CHÚ THÍCH: Các đặc tính sau áp dụng\r\nvới hầu hết dải thông thường của độ cứng:

a) Một độ cứng cao su quốc tế luôn thể hiện\r\nsự khác biệt tương ứng trong môđun Young;

b) Đối với cao su đàn hồi cao, thang đo\r\nIRHD và Shore A có thể so sánh với\r\nnhau được.

3.2. Độ cứng tiêu chuẩn (Standard\r\nhardness)

S

Độ cứng, độ cứng cao su theo tiêu chuẩn\r\nquốc tế, nhận được bằng cách sử dụng quy trình mô tả trong TCVN 9810 (ISO 48) đối\r\nvới mẫu thử có độ dày tiêu chuẩn và không\r\nnhỏ hơn kích thước biên nhỏ nhất được quy định.

3.3. Độ cứng biểu kiến (apparent\r\nhardness)

Độ cứng, độ cứng cao su theo tiêu chuẩn\r\nquốc tế, nhận được bằng cách sử dụng quy trình mô tả trong TCVN\r\n9810 (ISO 48) đối với mẫu thử có kích thước không tiêu chuẩn.

4. Độ cứng ấn lõm

Thuật ngữ độ cứng được áp dụng đối với\r\ncao su liên quan đến thông số độ cứng vững nhận được từ phép thử ấn lõm. Mũi ấn được ấn vào cao su theo một\r\nlực cho trước và vết lõm đo được như minh họa trong Hình 1. Trái với\r\nmột số phương pháp được sử dụng cho các vật liệu khác, vết lõm được đo khi áp một\r\ntải trọng vào.

Trong hầu hết các phép thử, mũi ấn được\r\nbao quanh bởi mặt ép nằm trên mẫu thử\r\ncó lực cho trước. Trong các phép thử tải trọng tĩnh (xem Điều 5), vết lõm đo được\r\nlà sự chênh lệch giữa vết lõm được gây ra bởi lực nhỏ ban đầu và vết lõm được\r\ngây ra bởi lực cuối cùng lớn hơn.

CHÚ DẪN

1 khối lượng hoặc lò xo để đặt lực

2 mũi ấn

3 mặt ép

4 mẫu thử

Hình 1 -\r\nNguyên tắc của phép thử độ cứng

5. Các loại phép thử\r\nđộ cứng

Sự khác biệt được thực hiện giữa các\r\nphép thử tải trọng tĩnh\r\nkhi lực ấn lõm do trọng lực gây ra, và thiết bị đo độ cứng hoặc dụng cụ đo độ cứng bỏ túi khi lực ấn\r\nlõm được tạo ra bởi lò xo.

Các phương pháp tải trọng tĩnh sử dụng\r\nmũi ấn bi có độ cứng được biểu thị theo độ cứng cao su quốc tế (IRHD) quy định\r\ntrong TCVN 9810 (ISO 48). Thang độ cứng này được dựa trên mối quan hệ được xác\r\nđịnh trong 3.1 và đường cong tin cậy thể hiện tương quan log₁₀\r\n(môđun) với độ cứng IRHD. Điều này tạo ra thang đo từ 0 đến 100 đối với các vật\r\nliệu từ mềm vô hạn đến cứng vô hạn. Định nghĩa về IRHD được lựa chọn để đưa ra\r\nsự phù hợp với thang đo Shore A như mô tả dưới đây.

Phương pháp tải trọng tĩnh “thông thường"\r\nđược dự kiến sử dụng cho cao su trong dải từ 35 IRHD đến 85 IRHD và có các sửa đổi\r\nđối với cao su có độ cứng cao và thấp. Phương pháp L bao gồm dải độ cứng từ 10\r\nIRHD đến 35 IRHD và phương pháp H bao gồm dải từ 85 IRHD đến 100 IRHD. Phương\r\npháp tải trọng tĩnh micro được sử dụng đối với các mẫu thử mỏng và sử dụng mũi ấn có đường\r\nkính bằng 1/6 đường kính theo phương pháp “thông thường".

TCVN 9810 (ISO 48) cũng quy định quy\r\ntrình sửa đổi đối với sử dụng các mẫu thử\r\ncong, với kết quả được thể hiện là độ cứng biểu kiến.

Đối với trục lăn cao su, thiết bị tải trọng\r\ntĩnh Pusey và Jones được quy định trong ISO 7267-3 cùng với TCVN\r\n9810 (ISO 48) và các phương pháp đo độ cứng trong ISO 7267-1 và ISO 7267-2.

Trước đây dụng cụ đo độ cứng được dự\r\nkiến là dụng cụ cầm tay, tuy nhiên hiện nay thường được gắn trên một khung đỡ\r\ncó trọng lượng nhằm tác động áp lực mặt ép chính xác. Dụng cụ phổ biến là dụng\r\ncụ đo độ cứng Shore, với nhiều loại khác nhau để phù hợp với các loại vật liệu,\r\nvà được nhiều nhà sản xuất chế tạo. Dụng cụ đo độ cứng thang Shore A đối với\r\ncao su trong dải độ cứng thông thường và dụng cụ đo độ cứng thang D đối với các\r\nvật liệu cứng được tiêu chuẩn hóa trong TCVN 1595-1 (ISO 7619-1) cùng với dụng\r\ncụ vi mô được gọi là AM và dụng cụ đối với các vật liệu mềm được gọi là AO. Loại\r\nA sử dụng mũi ấn nón cụt, các loại D và AM sử dụng nón đầu tròn, trong khi loại\r\nAO sử dụng mũi ấn bi. TCVN 1595-2 (ISO 7619-2) quy định dụng cụ đo bỏ túi có\r\nmũi ấn bi được thiết\r\nkế để đọc thang đo IRHD.

6. Ý nghĩa

Về nguyên tắc, độ cứng có thể liên quan đến\r\nmôđun cao su và công thức kinh nghiệm có thể được thấy trong sách. Mối quan hệ\r\nđối với mũi ấn bi được nêu trong TCVN 9810 (ISO 48) cùng với biểu đồ độ cứng so\r\nvới log(môđun). Mối quan hệ này chỉ đúng đối với cao su đàn hồi hoàn hảo và\r\ntrong thực tế chỉ có thể được\r\nxem là giá trị xấp xỉ.

Do có ít quan hệ với môđun Young hoặc\r\nmôđun trượt, không thể coi độ cứng là đặc tính cơ bản của vật liệu. Tuy nhiên,\r\ndo tính đơn giản và không tốn kém của thử nghiệm độ cứng cùng với bản chất\r\nkhông phá hủy của phép thử, độ cứng được\r\nsử dụng phổ biến làm thước đo tiện lợi cho tính cứng rắn của vật liệu.

Giới hạn độ phân giải và độ chính xác\r\ncó thể đạt không phải lúc nào cũng được đánh giá đúng. Nhìn chung, sai số tốt\r\nnhất có thể đạt được là ± 1 IRHD, được quy đổi sang khoảng ± 4 % môđun tại mức giữa của\r\nthang tỷ lệ và khoảng ± 16 % tại độ cứng thấp và rất cao.

7. Sử dụng các phép\r\nthử độ cứng

Độ cứng là thước đo của tính chất cứng\r\nhoặc môđun. Đây là một đặc tính quan trọng của\r\ncao su trong hầu hết các ứng dụng. Tính chất phổ biến của nó là tính đơn giản\r\nvà tính đa dạng của mẫu thử được yêu cầu, tính không tốn kém và bản chất không phá hủy\r\nmẫu của phép thử. Do những đặc tính này, độ cứng được sử dụng phổ biến làm thử\r\nnghiệm kiểm soát chất lượng, xử lý sự cố, làm thông số phân loại cho cả các hợp\r\nchất và sản phẩm và là yêu cầu chi tiết kỹ thuật sản phẩm và vật liệu. Độ cứng\r\nđược sử dụng rộng rãi làm thước đo tiện lợi và không phá hủy của trạng thái và\r\ntính đồng đều của lưu hóa đối với dãy các sản phẩm lưu hóa. Độ cứng cũng có thể\r\nđược sử dụng để theo dõi sự già hóa, nhiễm bẩn và độ xốp và do vậy phù hợp với các mục đích chẩn đoán.

8. Lựa chọn phương\r\npháp

Khi cần dụng cụ cầm tay, ví dụ dùng để\r\nthử mẫu sản phẩm, sử dụng dụng cụ đo độ cứng bỏ túi hoặc dụng cụ đo độ cứng chịu\r\ntải bằng lò xo. Cho đến nay, dụng cụ đo\r\nloại A là dụng cụ đo phổ biến nhất, tuy nhiên dụng cụ đo bỏ túi IRHD và loại AO\r\ncó lợi thế về mũi ấn bi, giúp\r\ncho ít bị hư hỏng hơn so với nón cụt. Dụng cụ đo độ cứng bỏ túi IRHD cũng có độ\r\ndao động lực đàn hồi lò xo rất thấp trong khoảng đo độ cứng và các kết quả\r\ntương ứng trực tiếp với kết quả đạt được bằng dụng cụ tải trọng tĩnh. Đối với\r\ncao su rất cứng và loại mẫu thử mỏng, loại\r\nAM và loại D tương ứng là thích hợp. Thang đo loại Shore D thường đi cùng với vật\r\nliệu chất dẻo nhưng thường\r\nđược sử dụng đối với vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo và ebonit cứng hơn và đôi khi\r\nđược ưa chuộng đối với thang đo IRHD và Shore A cho cao su có độ cứng trên 90\r\nIRHD.

CHÚ THÍCH: Dụng cụ đo độ cứng\r\nđã được chế tạo\r\ncó thiết bị tích hợp đảm bảo áp dụng áp suất mặt ép chính xác có thể bỏ qua lực\r\ntác động của người đo.

Các phương pháp tải trọng tĩnh được\r\ndùng làm phương pháp ưu tiên đối với các mẫu thử tiêu chuẩn trong phòng thử nghiệm, phương pháp tải trọng tĩnh micro được\r\nsử dụng chỉ khi có sẵn\r\ncác mẫu thử mỏng. Các thang đo độ cứng cao và thấp dùng để cải thiện sự chênh lệch\r\ntại mức tỷ lệ cao nhất nhưng ít nhất đối với thang đo cao đã cho thấy không ưu\r\nviệt hơn (xem Thư mục tài liệu tham khảo [1] để có thông tin chi tiết hơn). Tuy\r\nnhiên, nhiều người thích sử dụng dụng cụ đo độ cứng loại Shore gắn trên khung\r\ngiá (không dùng loại cầm tay).

Lý do đối với việc sử dụng dụng cụ đo\r\ntải trọng tĩnh là tải trọng cấp lực không đổi và ổn định hơn so với\r\nlò xo. Một đánh giá hệ thống các thông số ảnh hưởng đến độ chụm đã chỉ ra rằng phương\r\npháp tải trọng tĩnh trong khía cạnh này tốt hơn (xem Thư mục tài liệu tham khảo\r\n[2] để có thông tin chi tiết hơn).

9. Mẫu thử

Trong thực tế, phép đo độ cứng được thực\r\nhiện trên mẫu thử và sản phẩm với các kích cỡ và hình dạng khác nhau, đặc biệt khi sử dụng dụng\r\ncụ đo độ cứng cầm tay. Các kết quả đạt được phụ thuộc vào kích cỡ mẫu thử, đặc biệt là độ dày, và khi đó điều rất\r\nquan trọng là chỉ các mẫu thử\r\ntiêu chuẩn được sử dụng để nhận được các\r\nkết quả so sánh. Các kết quả trên mẫu thử không tiêu chuẩn được gọi là độ cứng biểu kiến trong TCVN 9810 (ISO 48).

Hạn chế chính của các phép đo độ cứng\r\nbiểu kiến là các kết quả khác với kết quả được thực hiện trên mẫu thử tiêu chuẩn\r\nvà chỉ có thể so sánh được với các thử nghiệm được thực hiện theo cùng cách thức\r\nsử dụng cùng dạng hình học. Khi không có sẵn thiết bị micro để thử\r\nvật liệu mỏng, một vài lớp có thể được sử dụng nhằm thu được độ dày mẫu thử\r\nmong muốn, tuy nhiên, kết quả thử nghiệm có thể khác với kết quả đạt được bằng\r\nmẫu thử tiêu chuẩn.

10. Khối cứng tiêu\r\nchuẩn

Dụng cụ thử độ cứng phải được hiệu chuẩn theo ISO 18898, nhưng bộ khối đối chứng\r\ntiêu chuẩn có sẵn, bộ này hữu dụng đối với\r\nviệc kiểm tra giữa các lần hiệu chuẩn, đặc biệt đối với các dụng cụ đo độ cứng\r\ncầm tay và dụng cụ đo độ cứng bỏ túi.

11. So sánh thang đo\r\nđộ cứng

Đối với cao su đàn hồi tốt, thang đo\r\nShore A và IRHD gần như đồng nhất ngoại trừ tại giới hạn cao và thấp của thang\r\nđo. Đối với các vật liệu thực tế, mối tương quan không được rõ và phụ thuộc vào\r\nvật liệu. Mối quan hệ kinh nghiệm giữa thang đo A và D đã được công bố (xem Thư\r\nmục tài liệu tham khảo [3] để có thông tin chi tiết hơn), tuy nhiên chúng phải\r\nđược xem xét làm giá trị gần đúng đầu tiên. Một nhân tố quan trọng là ảnh hưởng\r\ncủa sự chênh lệch vào thời điểm áp dụng tải trọng, đặc biệt với vật liệu đàn hồi\r\nnhiệt dẻo và cao su lưu hóa biểu hiện hiện tượng trễ cao.

Về mặt lý thuyết, các dụng cụ tải trọng tĩnh\r\nthông thường và micro đều đưa ra kết quả tương đương, tuy nhiên do độ dày và\r\ncác tác động lớp bề mặt (bề mặt có thể cứng hơn phần bên trong), điều này không\r\nphải luôn xảy ra và có thể có sự chênh lệch đáng kể.

THƯ MỤC TÀI\r\nLIỆU THAM KHẢO

[1] KUCHERSKII, A.M., và KAPOROVSKII,\r\nB.M.: Polym. Test., 14, 1995, 3.

[2] BROWN, R.P., và SOEKARNEIN, A.: Polym. Test., 10, 1991,\r\n2.

[3] BROWN, R.P.: Physical Testing of Rubber,\r\nChapman and Hall, London, 1996

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Thuật ngữ và định nghĩa

4. Độ cứng ấn lõm

5. Các loại phép thử độ cứng

6. Ý nghĩa

7. Sử dụng các phép thử độ cứng

8. Lựa chọn phương pháp

9. Mẫu thử

10. Khối cứng tiêu chuẩn

11. So sánh thang đo độ cứng

Thư mục tài liệu tham khảo