วิธีการวัดความแข็งของยาง: วิธีการ เครื่องมือ และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากยางต้องมีระดับความต้านทานที่แน่นอนเพื่อรักษารูปร่าง ปิดผนึกอย่างแน่นหนา หรือดูดซับแรงกระแทกโดยไม่เสียหาย แต่สิ่งใดล่ะที่กำหนดความต้านทานนั้น หนึ่งในการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดในการเลือกวัสดุยางคือการกำหนดระดับความแข็งที่เหมาะสมของยาง

ในทางปฏิบัติ คุณสมบัติเพียงประการเดียวนี้สามารถกำหนดได้ว่าชิ้นส่วนนั้นรองรับแรงกระแทกหรือแตกร้าว ปิดผนึกหรือรั่วซึม งอหรือแตกร้าว ตัวอย่างเช่น ปะเก็นยางที่แข็งเกินไปอาจไม่สามารถสร้างการปิดผนึกที่เหมาะสมได้ ในขณะเดียวกัน ดอกยางที่อ่อนเกินไปอาจสึกหรอก่อนเวลาอันควร  

ในบทความนี้, Qualitest นำเสนอคู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับการทดสอบความแข็งของยาง ซึ่งรวมถึงคำอธิบายเกี่ยวกับความแข็งของยาง วิธีการวัด มาตรฐานการทดสอบ เครื่องมือทั่วไปที่ใช้ และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

ความแข็งของยางคืออะไร?

ความแข็งของยางเป็นความสมดุลระหว่างความยืดหยุ่นและความแน่น ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่วัดได้ซึ่งบอกคุณได้ว่าวัสดุยางนั้นทนต่อการถูกบุ๋ม บีบอัด หรือเสียรูปภายใต้แรงกดดันได้ดีเพียงใด

ในทางปฏิบัติ ความแข็งของยางเป็นตัวกำหนดว่าผลิตภัณฑ์จะมีประสิทธิภาพดีเพียงใดเมื่อเวลาผ่านไป ยางที่มีความแข็งกว่าอาจเหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องทนทานต่อการสึกหรอและคงรูปทรงภายใต้แรงกด เช่น ซีลอุตสาหกรรม สายพานลำเลียง หรือบูชสำหรับงานหนัก

ในทางกลับกัน มักจะเลือกสารประกอบยางที่อ่อนกว่าสำหรับส่วนประกอบที่ต้องมีความยืดหยุ่น ปิดผนึกพื้นผิวที่ไม่เรียบ หรือดูดซับแรงสั่นสะเทือนโดยไม่สูญเสียความสมบูรณ์

บทความที่เกี่ยวข้อง: การยกระดับคุณภาพของตัวอย่างยาง: Qualitestโซลูชันสำหรับความต้องการการทดสอบของ Sika

วิธีการวัดความแข็งของยาง

การวัดความแข็งของยางเป็นกระบวนการที่มีระเบียบวินัยซึ่งเผยให้เห็นว่าวัสดุสามารถทนต่อแรงกดดัน การเสียรูป และการสึกหรอในระยะยาวได้ดีเพียงใด วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ การทดสอบความแข็งของชายฝั่งโดยที่อุปกรณ์ที่เรียกว่า ดูโรมิเตอร์ วัดความต้านทานการบุ๋มของยาง

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยการเตรียมตัวอย่างอย่างถูกต้อง ชิ้นส่วนยางที่สะอาด เรียบ และไม่มีตำหนิจะถูกวางบนพื้นผิวที่มั่นคง เนื่องจากการสั่นเพียงเล็กน้อยก็สามารถส่งผลต่อการอ่านค่าได้

ทางขวา เครื่องวัดความแข็งแบบชอร์ จากนั้นจะต้องเลือกตามคุณสมบัติของวัสดุ ได้แก่ ประเภท A สำหรับยางที่มีความยืดหยุ่น เช่น ปะเก็น และประเภท D สำหรับสารประกอบที่มีความแข็งกว่าที่ใช้ในส่วนประกอบโครงสร้าง

เมื่อเตรียมเสร็จแล้ว ให้กดดูโรมิเตอร์ลงบนพื้นผิวในแนวตั้งโดยใช้แรงที่พอเหมาะเพื่อให้เกิดรอยบุ๋มโดยไม่ทำให้ยางเสียหาย หลังจากนั้นไม่กี่วินาที ค่าที่อ่านได้ก็จะคงที่ โดยตัวเลขนี้ระบุถึงความแข็งของยาง หากต้องการค่าเฉลี่ยที่เชื่อถือได้ จะต้องทำซ้ำขั้นตอนนี้ในจุดทดสอบหลายๆ จุด

บทความที่เกี่ยวข้อง: ทำความเข้าใจการทดสอบความแข็งฝั่ง: วิธีการ สูตร และแผนผัง

มาตรฐานการทดสอบความแข็งของยาง

โปรโตคอลที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดสำหรับการทดสอบความแข็งของยาง ได้แก่ ASTM D2240 และ ISO 7619 / 868ซึ่งทั้งสองระบุขั้นตอนการประเมินความแข็งแบบ Shore

มาตรฐานเหล่านี้กำหนดทุกอย่างตั้งแต่วิธีการสอบเทียบดูโรมิเตอร์และความหนาของตัวอย่างไปจนถึงเงื่อนไขและระยะเวลาในการทดสอบ การปฏิบัติตามมาตรฐานเหล่านี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลการทดสอบสามารถเปรียบเทียบได้ระหว่างห้องปฏิบัติการ สถานที่ผลิต และแม้แต่ทวีปต่างๆ

ไม่ว่าคุณจะทดสอบซีลยางสำหรับการบินและอวกาศหรือวัสดุกันกระแทกสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ การปฏิบัติตามเกณฑ์มาตรฐานเหล่านี้ถือเป็นกุญแจสำคัญในการได้รับข้อมูลที่เชื่อถือได้และรับรองได้

สำหรับการวิเคราะห์ขั้นสูงยิ่งขึ้น มาตรฐานเพิ่มเติมจะควบคุมการทดสอบแรงดึง การตั้งค่าแรงอัด และการประเมินความแข็งระดับจุลภาค ช่วยให้วิศวกรปรับแต่งสารประกอบยางเพื่อให้ได้โปรไฟล์ประสิทธิภาพที่แม่นยำยิ่งขึ้น

บทความที่เกี่ยวข้อง: IRHD เทียบกับ Shore: คู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับมืออาชีพ

เครื่องมือทั่วไปในการวัดความแข็งของยาง

ที่คุ้นเคยที่สุดคือ เครื่องวัดความแข็งของชอร์มีให้เลือกทั้งแบบถือด้วยมือและแบบตั้งโต๊ะ อุปกรณ์เหล่านี้ใช้หมุดสปริงกดลงบนยางและวัดความต้านทาน ซึ่งแปลงแรงดังกล่าวเป็นค่าความแข็งแบบชอร์

มีดูโรมิเตอร์หลายประเภทด้วยกัน ประเภท A เหมาะสำหรับอีลาสโตเมอร์ชนิดอ่อน (เช่น ปะเก็นซิลิโคน) และ แบบ D ออกแบบมาสำหรับวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง (เช่น เทอร์โมพลาสติกหรือลูกกลิ้งยางแข็ง) สำหรับชิ้นงานขนาดเล็กหรือบาง เครื่องทดสอบความแข็งระดับไมโคร ให้การอ่านเฉพาะจุดและแม่นยำยิ่งขึ้น

ในสภาพแวดล้อมที่ส่วนประกอบยางต้องเผชิญกับภาระแบบไดนามิกหรืออุณหภูมิที่รุนแรง เครื่องมือ เช่น เครื่องวิเคราะห์เชิงกลแบบไดนามิก (DMA) ช่วยกำหนดคุณสมบัติหนืดหยุ่นได้ ในขณะเดียวกัน เครื่องทดสอบแรงอัด ประเมินการเสียรูปภายใต้ภาระ และ เครื่องทดสอบความยืดหยุ่นของการสะท้อนกลับ ประเมินความยืดหยุ่นโดยการวัดปริมาณพลังงานที่ยางได้รับกลับคืนหลังการกระแทก

ไม่ว่าจะใช้วิธีหรืออุปกรณ์ใดก็ตาม การสอบเทียบเทียบกับบล็อคอ้างอิงที่ผ่านการรับรอง รับประกันว่าผลลัพธ์ทุกอย่างเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรม เพราะแม้แต่เครื่องมือที่ล้ำหน้าที่สุดก็ยังมีประสิทธิภาพเท่ากับการตรวจสอบครั้งสุดท้าย

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดและเคล็ดลับ

การวัดความแข็งของยางต้องมีความสม่ำเสมอและควบคุมได้ในทุกขั้นตอน ไม่ว่าคุณจะอยู่ในห้องทดลองวิจัยและพัฒนาหรืออยู่ในสภาพแวดล้อมการรับรองคุณภาพ การปฏิบัติตามแนวทางปฏิบัติเหล่านี้สามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความสามารถในการทำซ้ำของการทดสอบของคุณได้

1. เริ่มต้นด้วยตัวอย่างที่ไร้ที่ติ

เริ่มต้นด้วยตัวอย่างที่ไร้ตำหนิ ซึ่งหมายถึงพื้นผิวเรียบสะอาด ปราศจากสิ่งปนเปื้อน รอยบาก หรือการบิดเบี้ยว แม้แต่ลายนิ้วมือหรือความโค้งเล็กน้อยก็อาจทำให้ผลลัพธ์ของคุณเบี่ยงเบนได้

ควรตัดตัวอย่างยางให้ได้ขนาดมาตรฐานเสมอ และหากเป็นไปได้ ควรปล่อยให้ตัวอย่างปรับสมดุลกับอุณหภูมิห้องก่อนทำการทดสอบ เพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบือนเนื่องจากความร้อน

2. จับคู่มาตราส่วนให้เหมาะกับการใช้งาน

สำหรับอีลาสโตเมอร์ชนิดอ่อน เช่น ซีลซิลิโคนหรือไนไตรล์ ให้ใช้ ประเภทชายฝั่งเอสำหรับยางเทอร์โมพลาสติกแข็งหรือล้ออุตสาหกรรม ให้ใช้ ประเภทชายฝั่ง Dการใช้มาตราส่วนที่ผิดไม่เพียงแต่ส่งผลให้ได้ตัวเลขที่ไม่แม่นยำเท่านั้น แต่ยังทำให้การทดสอบตามมาตรฐานกฎระเบียบหรือลูกค้าไม่ถูกต้องอีกด้วย

3. ความพอดีของดูโรมิเตอร์คือทุกสิ่ง

จากนั้น เลือกประเภทดูโรมิเตอร์ที่ตรงกับมาตราส่วนการทดสอบและหมวดหมู่ยางของคุณ เครื่องวัดความแข็งแบบติดตั้งบนโต๊ะทำงานช่วยให้ควบคุมได้ดีกว่า แต่สำหรับการทดสอบในสถานที่ เครื่องวัดความแข็งแบบพกพามีประโยชน์อย่างยิ่ง

ไม่ว่าจะใช้อุปกรณ์ประเภทใด โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าเครื่องมือได้รับการสอบเทียบอย่างสม่ำเสมอโดยใช้บล็อกอ้างอิงที่ผ่านการรับรอง การเบี่ยงเบนจากการสอบเทียบนั้นละเอียดอ่อนแต่เป็นอันตราย เนื่องจากจะกัดกร่อนความสมบูรณ์ของข้อมูลของคุณอย่างเงียบๆ

4. ใช้ด้วยความแม่นยำ ไม่ใช่แรงกดดัน

กดดูโรมิเตอร์ในแนวตั้งลงบนตัวอย่างด้วยแรงคงที่ ไม่เบาเกินไป หรือแรงเกินไป 

แรงกดที่มากเกินไปอาจทำให้วัสดุอ่อนถูกกดทับมากเกินไป ในขณะที่การสัมผัสที่อ่อนแรงอาจทำให้ไม่สามารถจับได้เต็มที่ ปล่อยให้เครื่องมือทำงาน และอย่าเร่งเวลาสัมผัส

5. อดทนและปล่อยให้มันคงตัว

หลังจากสัมผัสแล้ว ให้รอสักสองสามวินาทีเพื่อให้ค่าที่อ่านได้นิ่งลง เวลาในการรอนี้มีความสำคัญมากในการคำนึงถึงการตอบสนองแบบยืดหยุ่นของวัสดุ และเพื่อให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้บันทึกเอฟเฟกต์รอยบุ๋มชั่วคราว การอ่านค่าก่อนกำหนดอาจทำให้เกิดความเข้าใจผิดได้เช่นเดียวกับเครื่องมือที่ไม่ได้วางแนว

6. ทดสอบมากกว่าหนึ่งครั้ง

ยางนั้นมีความแปรปรวนโดยธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปหรืออัดขึ้นรูป วัดหลายๆ จุดในตัวอย่างเดียวกันเพื่อตรวจหาความไม่สม่ำเสมอหรือข้อบกพร่องในการผลิต การหาค่าเฉลี่ยจากการวัดหลายๆ ครั้งจะให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้มากกว่าวิธีการวัดแบบครั้งเดียวแล้วเสร็จ

7. บันทึกข้อมูลของคุณ

สุดท้าย ให้บันทึกข้อมูลในบริบทของวิธีการ มาตราส่วน เงื่อนไขอุณหภูมิ และตัวดำเนินการทดสอบ ใช้รูปแบบมาตรฐานที่สอดคล้องกับ ASTM D2240 or ISO.868และเก็บบันทึกการสอบเทียบควบคู่ไปกับบันทึกความแข็ง

ข้อผิดพลาดทั่วไปที่ควรหลีกเลี่ยง

แม้ว่าจะคุ้นเคยกับกระบวนการนี้แล้วก็ตาม แต่ข้อผิดพลาดมักเกิดขึ้นเนื่องจากตัวแปรที่มองข้าม เทคนิคที่ไม่เหมาะสม หรือการตีความผลลัพธ์ที่ผิดพลาด ประเด็นต่อไปนี้เน้นถึงข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง ซึ่งส่งผลต่อความสมบูรณ์ของข้อมูลและการประเมินวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของการควบคุมคุณภาพและการพัฒนาผลิตภัณฑ์

1. สมมติว่ามีมาตราความแข็งหนึ่งแบบที่เหมาะกับทุกคน

Shore A อาจเป็นค่าเริ่มต้นสำหรับผลิตภัณฑ์ยางหลายชนิด แต่ก็ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาแบบครอบคลุมทุกความต้องการ การใช้ Shore A กับเจลที่นุ่มเป็นพิเศษหรืออีลาสโตเมอร์แบบแข็งก็เหมือนกับการใช้เครื่องชั่งน้ำหนักในห้องน้ำเพื่อชั่งขนนกหรือรถบรรทุกสินค้า

เป็นไปได้ทางเทคนิคแต่ไม่แม่นยำ ควรปรับมาตราส่วนดูโรมิเตอร์ (A, D หรือ OO) ให้ตรงกับลักษณะเฉพาะของวัสดุและสภาพแวดล้อมการใช้งานปลายทางเสมอ

บทความที่เกี่ยวข้อง: ความแข็งดูโรมิเตอร์: ความแตกต่างระหว่าง Shore A และ Shore

2. มองข้ามสภาพแวดล้อม

ยางจะไม่แสดงพฤติกรรมแบบเดียวกันในห้องแล็บที่เย็นและแห้งเหมือนกับในโรงงานในเดือนกรกฎาคม อุณหภูมิและความชื้นส่งผลต่อการอ่านค่าความแข็งอย่างมาก

การทดสอบโดยไม่ควบคุมสิ่งแวดล้อม หรืออย่างน้อยยอมรับตัวแปรเหล่านี้ อาจทำให้ได้ตัวเลขที่ไม่สะท้อนถึงประสิทธิภาพของวัสดุในโลกแห่งความเป็นจริง ควรทำให้ตัวอย่างของคุณคงตัวหรือทดสอบในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมอุณหภูมิหากเป็นไปได้

อ่านเพิ่มเติม: อุณหภูมิส่งผลต่อค่าความแข็งชอร์ของยางอย่างไร?

3. การประเมินความแปรปรวนแบบผสมผิดพลาด

ยางไม่ใช่ว่าทุกตัวจะเหมือนกัน มีสองตัวอย่างที่ มอง วัสดุชนิดเดียวกันอาจมีปริมาณสารตัวเติม ระดับการบ่ม หรือปริมาณพลาสติไซเซอร์ที่แตกต่างกัน ซึ่งทั้งหมดนี้ส่งผลต่อความแข็ง

การละเลยความแตกต่างของสูตรเมื่อเปรียบเทียบวัสดุต่างๆ จะทำให้สรุปผลได้ไม่ตรงกัน ควรตรวจสอบคุณสมบัติของสารประกอบเสมอ ก่อนที่จะตีความผลลัพธ์หรือทำการทดแทน

4. การเตรียมตัวอย่างที่ไม่ดี

แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่ถูกมองข้ามมากที่สุดแหล่งหนึ่งคือตัวอย่างที่มีคุณภาพต่ำ หากชิ้นส่วนยางไม่เรียบ สกปรก หรือบางเกินไป แสดงว่าคุณกำลังวัดว่าการตั้งค่าของคุณชดเชยข้อบกพร่องได้ดีเพียงใด ควรใช้เวลาในการตัดตัวอย่างให้แบนและสะอาดในความหนามาตรฐาน และกำจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวออกก่อนการทดสอบทุกครั้ง

5. การใช้ดูโรมิเตอร์โดยไม่ต้องมีการสอบเทียบเป็นประจำ

เครื่องวัดความแข็งจะทำงานได้ดีก็ต่อเมื่อผ่านการสอบเทียบครั้งสุดท้ายเท่านั้น หลายคนคิดว่าเครื่องมือเหล่านี้ "ใช้งานได้" ทันทีที่แกะกล่อง แต่การสอบเทียบเป็นประจำกับบล็อกอ้างอิงที่ผ่านการรับรองถือเป็นสิ่งสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโรงงานที่ทำงานตามมาตรฐาน ASTM หรือ ISO

เครื่องมือที่ได้รับการปรับเทียบไม่ดีอาจผ่านการตรวจสอบ QA บนกระดาษ แต่ล้มเหลวในประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริง

6. เชื่อว่า “ยิ่งยากก็ยิ่งดี”

การเปรียบเทียบค่าความแข็งที่สูงขึ้นกับคุณภาพที่สูงขึ้นนั้นดูจะน่าดึงดูดใจ แต่นั่นก็ไม่เกี่ยวข้องกัน ยางที่แข็งกว่าอาจต้านทานการบุ๋มได้ แต่ไม่ได้หมายความว่ายางจะมีความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพการปิดผนึก หรือความต้านทานต่อความล้าได้ดีกว่า

แอปพลิเคชันแต่ละประเภทมีความสมดุลระหว่างความแข็งและความยืดหยุ่นในอุดมคติของตัวเอง อย่าไล่ตามตัวเลข ให้ยึดตามฟังก์ชันและวัตถุประสงค์ก่อนหน้าเสมอ

7. การทดสอบเพียงจุดเดียว

ความแข็งไม่ได้สม่ำเสมอเสมอไปในชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปหรืออัดขึ้นรูป การทดสอบเพียงจุดเดียวจะทำให้คุณมองเห็นพฤติกรรมของวัสดุได้แคบลงและมักทำให้เข้าใจผิดได้

ควรวัดค่าต่างๆ ในพื้นที่ต่างๆ หลายๆ แห่ง จากนั้นจึงหาค่าเฉลี่ยของผลลัพธ์เพื่อให้ได้โปรไฟล์คุณสมบัติของยางที่สมจริง

ความคิดสุดท้าย

ตั้งแต่การเตรียมตัวอย่างไปจนถึงการใช้ดูโรมิเตอร์ในการวัดความแข็งของยาง การวัดความแข็งจะต้องปฏิบัติตามขั้นตอนที่เคร่งครัดเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลมีความน่าเชื่อถือ จะต้องคำนึงถึงสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความชื้น แต่สิ่งที่สำคัญพอๆ กันก็คือ การเข้าใจว่าการใช้งานผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันมักต้องการคุณสมบัติความแข็งที่แตกต่างกัน

เพื่อสำรวจขอบเขตทั้งหมดของวิธีการและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด เราขอเชิญคุณอ่านบทความเชิงลึกของเราเกี่ยวกับ การทดสอบความแข็งของยางและสำหรับการปรึกษาทางเทคนิคหรือเพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดการทดสอบเฉพาะของคุณ ติดต่อ Sun Legal Qualitest—ผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมสนับสนุนความท้าทายในการตรวจสอบวัสดุครั้งต่อไปของคุณ