La dureté d'un matériau est un facteur important pour son utilisation. Mais comment mesurer la dureté de matériaux flexibles comme le caoutchouc et le plastique ? L'échelle de dureté Shore apporte une réponse précise.
Cet article lève le voile sur ce mystère et présente en détail les échelles Shore A, Shore D et Shore OO. C'est parti !
Qu'est-ce que l'échelle de dureté Shore ?
L'appareil utilisé pour effectuer le test de dureté Shore est appelé duromètre Shore, ou échelle de dureté Shore.
Le duromètre Shore est un instrument utilisé pour mesurer la dureté des matériaux , généralement les caoutchoucs , les plastiques semi-rigides, les plastiques durs et les élastomères thermoplastiques.
La valeur de dureté est déterminée par la profondeur à laquelle le pénétrateur du duromètre s'enfonce dans l'échantillon.
L'échelle de dureté Shore est un système de lettres et de chiffres utilisé pour classer la dureté des matériaux flexibles comme le caoutchouc et le plastique.
Des gels ultra-souples aux plastiques très rigides, ces matériaux varient considérablement en fermeté, ce qui a donné lieu à différentes échelles de Shore.
Ce système normalisé offre une norme commune permettant à tous de mesurer et de discuter de la dureté relative des matériaux.
Comment calculer la dureté Shore A ?
Un duromètre est l'instrument utilisé pour mesurer la dureté des matériaux. Selon la norme ASTM D2240 , le test de dureté Shore est internationalement reconnu pour mesurer la dureté par indentation du caoutchouc, des élastomères thermoplastiques et de certains plastiques.
Son fonctionnement repose sur la pression exercée sur la surface par une tige métallique à ressort munie d'une extrémité conique. Plus la tige s'enfonce profondément, plus le matériau est tendre.
La dureté est mesurée sur une échelle de 0 à 100. Par exemple, les matériaux plus tendres (valeur faible) conviennent parfaitement aux joints basse pression qui doivent s'adapter aux surfaces irrégulières. À l'inverse, les matériaux plus durs (valeur élevée) sont plus adaptés aux joints haute pression.
Voici les critères de test pour le test de dureté au duromètre Shore.
- Diamètre de la tige en acier : 1.1 mm à 1.4 mm
- Angle de la pointe de la tige : 35 °
- Diamètre de la pointe : 0.79 mm
- Force appliquée: 8.064 N (822 g)
L'échelle de dureté Shore se présente sous la forme d'un nombre , suivi du mot « Shore », puis du type de test . Par exemple, un joint torique standard a une dureté Shore A de 70.
« 70 » indique la dureté relative de ce matériau par rapport à d’autres matériaux testés. « Shore » désigne la méthode d’essai et « A » le sous-type d’essai Shore.
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Échelles de dureté Shore
Les chiffres sur une échelle de dureté Shore sont directement liés à la dureté du matériau. Ici, plus les chiffres sont élevés, plus la dureté est élevée. Les lettres indiquent la méthode d'essai.
Il existe 12 échelles de dureté Shore, représentées par les lettres A, B, C, D, E, M, O, OO, DO, OOO et OOO-S. Les Shore OO, O, B, C et H sont rares dans l'industrie des plastiques et du caoutchouc.
Les échelles Shore A et Shore D sont les deux plus couramment utilisées pour mesurer la dureté du caoutchouc. Les valeurs sur une échelle Shore sont directement liées à la dureté du matériau : plus la valeur est élevée, plus la dureté est importante.
Les lettres indiquent la méthode d'essai. Il existe 12 échelles de dureté Shore, représentées par les lettres A, B, C, D, E, M, O, OO, DO, OOO et OOO-S.
Les échelles Shore ou de type A et de type D sont les deux échelles les plus courantes pour mesurer la dureté des matériaux tels que les caoutchoucs, les plastiques et les non-métaux.
Shore A
L'échelle Shore A est utilisée pour les matériaux souples présentant une flexibilité relativement élevée, comme les plastiques semi-rigides ou le caoutchouc de silicone souple . Cette échelle applique une force de 822 g (environ 1.8 lb) pour enfoncer une tige d'acier dans l'échantillon.
Vous devez utiliser une force appropriée pour les matériaux plus mous, car trop de force percera le matériau.
Dans le commerce, vous trouverez des échelles de dureté Shore A portant la mention « Type A ». Ces échelles indiquent la dureté Shore lorsqu'on les applique sur la surface d'un matériau.
Exemple :
- Un élastique a généralement une dureté évaluée au duromètre sur une échelle de 25 Shore A.
- Une bande de roulement de pneu a une dureté de 70 A tandis qu'une ceinture en cuir peut avoir une dureté de 85 A.
- A Roues souples de patins à roulettes et skateboards 75 Shore A
Rive D
La classification Shore D sert à déterminer la dureté des matériaux rigides peu flexibles . Parmi les matériaux couramment associés à l'échelle Shore D, on trouve les caoutchoucs vulcanisés durs , les plastiques semi-rigides et les plastiques rigides.
Cette balance utilise une force de 4536 g (~10 livres) pour pousser une tige d'acier dans l'échantillon testé.
Exemple : Les pneus de camion ont une dureté standard de 55 Shore D.
Rive OO
L'échelle Shore OO est l'une des moins courantes pour mesurer la dureté Shore. Elle mesure les matériaux les plus souples comme les gels de caoutchouc et le caoutchouc doux au toucher.
Les matériaux testés sur l'échelle Shore OO sont si mous que toute force importante endommagerait les échantillons. Par conséquent, cet essai est réalisé avec une force de 113 g (~0.25 lb).
Exemple : Le chewing-gum a une dureté au duromètre de 20 Shore.
Conversion à l'échelle du rivage
Certains matériaux intermédiaires entre souples et rigides peuvent être testés à l'aide des échelles Shore A et Shore D.
Dans de tels cas, vous pouvez utiliser un simple tableau de conversion pour déterminer la valeur de l'échelle Shore A correspondant à l'échelle Shore D.
Cette conversion peut également être appliquée à toutes les échelles de dureté Shore, bien que la compatibilité soit plus limitée.
Ces échelles de dureté ont été créées afin que chacun puisse discuter de ces matériaux et disposer d'un point de référence commun.
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Importance de la dureté Shore
L'échelle de dureté Shore est un outil essentiel pour évaluer les matériaux souples comme le caoutchouc et le plastique. Elle offre une méthode claire pour mesurer et catégoriser les matériaux pour diverses applications.
Ingénierie et fabrication : Face à la multitude de types de caoutchouc et de plastique disponibles, l’échelle de Shore offre une méthode scientifique et cohérente pour les distinguer. Elle aide ainsi les ingénieurs et les fabricants à choisir le matériau le plus adapté à chaque produit.
Résistance et flexibilité des matériaux : L’indice de dureté Shore est directement lié à la résistance et à la flexibilité d’un matériau. Plus l’indice est élevé, plus le matériau est résistant mais moins flexible.
Ceci est essentiel car le caoutchouc de silicone est souvent choisi pour sa flexibilité, mais de nombreux produits nécessitent également un certain niveau de fermeté pour garantir leur durabilité.
Durée de vie du produit : En général, les matériaux plus durs sont plus durables. Les matériaux ayant une dureté Shore D de 50 ou plus peuvent durer des décennies.
Une étude publiée dans la revue Polymer Degradation and Stability indique que le caoutchouc de silicone d'une dureté Shore A comprise entre 50 et 70 présente une résistance optimale à la déformation rémanente ( moins de 25 % après 22 heures à 150 °C) , un facteur clé pour maintenir l'intégrité du joint et la longévité du produit sous contrainte soutenue.
Cependant, cela ne convient pas à tous les produits.
Sécurité des produits : La sécurité des produits est primordiale. Par exemple, les jouets pour enfants doivent être sûrs. Un jouet en caoutchouc souple doit être fabriqué en caoutchouc flexible d'une dureté d'environ 50 Shore A , similaire à celle d'une gomme à effacer. Cela garantit que le jouet est sûr et suffisamment doux pour les enfants.
Exemples d'échelle de dureté Shore
Shore OO : La dureté Shore OO est utilisée pour les matériaux très tendres et sert couramment de référence pour les aliments.
Les aliments mous et les friandises comme les guimauves ou les oursons en gélatine ont une dureté d'environ 10 Shore 00. Les produits non alimentaires comme les semelles en gel ont une dureté d'environ 30 Shore 00.
L'échelle Shore A couvre une gamme de produits beaucoup plus étendue. Les produits alimentaires comme le chewing-gum sont fabriqués à partir de matériaux tendres et ont une dureté de 20 sur l'échelle Shore A.
Un matériau d'une dureté de 50 Shore A offre la même sensation qu'une gomme à effacer ferme ou que la surface d'une balle de golf.
Alors que les courroies en cuir peuvent atteindre une dureté de 80 sur l'échelle Shore A, le caoutchouc ébonite se situe au sommet de cette échelle, avec une dureté moyenne de 100 sur l'échelle Shore A.
Shore D : La norme Shore D comprend également une large gamme de produits et de matériaux. Mais contrairement à la norme A, elle inclut beaucoup plus de plastiques.
Les matériaux plastiques comme le PEHD sont souvent utilisés pour la fabrication des casques de chantier . Leur dureté Shore D moyenne est de 75.
De plus, vous constaterez que de nombreux produits en bois et en papier sont également mesurés selon l'échelle de dureté Shore D. Les couvertures de manuels scolaires ont une dureté de 40 Shore D. Un matériau d'une dureté de 70 Shore D est très dur.
Il est difficile d'y laisser une empreinte avec un ongle, un peu comme pour un casque de chantier ou une règle en bois.
Vous trouverez ci-dessous un tableau simple des échelles de dureté Shore standard et des matériaux et produits associés.
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Un guide pour choisir la bonne dureté
Voici une liste de contrôle simple pour vous aider à choisir la dureté Shore adaptée à votre produit ou à votre application spécifique.
Étape 1 : Considérez l'application et la sensation
Tout d’abord, pensez à la manière dont le produit sera utilisé et à la sensation souhaitée dont vous avez besoin.
- Pour une sensation douce et flexible : Choisissez une dureté Shore A plus faible. C'est idéal pour des produits comme les jouets pour enfants, les semelles en gel, ou joints souples qui doivent s'adapter à une surface irrégulière.
- Pour une sensation ferme et durable : Optez pour une valeur Shore A plus élevée, voire Shore D. Cette valeur est idéale pour les produits nécessitant une certaine rigidité, comme les étuis de protection rigides ou les pièces industrielles.
Étape 2 : Tenez compte de la pression et du stress
La quantité de pression qu’un matériau subira est un facteur critique dans le choix de la dureté appropriée.
- Pour les applications basse pression : Un matériau plus doux avec 50 rivage A, est parfait pour les joints qui doivent combler de petits espaces et nécessitent une force minimale pour créer un joint étanche.
- Pour les applications haute pression : Un matériau plus dur avec 70 rivage A ou plus est nécessaire pour résister à plus de pression sans se déformer.
Étape 3 : Tenir compte des facteurs environnementaux
L'environnement dans lequel le produit sera utilisé affecte la dureté et le type de matériau nécessaires.
- Pour la résistance chimique : Choisissez un matériau résistant à certains produits chimiques ou agents nettoyants. Sa dureté peut également nécessiter une dureté plus élevée pour conserver sa forme lorsqu'il est exposé à ces substances.
- Pour les environnements à forte abrasion : Sélectionnez un matériau plus dur avec 50 rivage D qui peut résister aux coupures, aux déchirures et à l'abrasion dues à des utilisations répétées, prolongeant ainsi la durée de vie du produit.
Conclusion
L'échelle de dureté Shore est essentielle pour mesurer la dureté et la fermeté des matériaux dans la fabrication.
Des gels mous (Shore OO) aux plastiques rigides (Shore D), ce système aide les fabricants à sélectionner les bons matériaux pour garantir la fiabilité, la sécurité et la fonctionnalité des produits dans les applications médicales, automobiles et grand public.
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FAQ
Q1 : Qu'est-ce que l'échelle de dureté Shore et pourquoi est-elle utilisée ?
L'échelle de dureté Shore est une méthode standard de l'industrie pour mesurer la résistance à l'indentation des élastomères et des plastiques. Elle fournit une mesure objective et essentielle pour comparer la flexibilité et la souplesse des matériaux.
Q2 : Comment calcule-t-on la dureté Shore A ?
La dureté Shore A n'est pas calculée mais mesurée directement à l'aide d'un duromètre étalonné. L'appareil applique une force définie grâce à un pénétrateur ; la profondeur de pénétration correspond à une valeur de dureté sur une échelle de 0 à 100.
Q3 : Comment choisir la dureté appropriée pour un joint d'étanchéité ?
Pour les joints statiques, choisissez un matériau plus souple (Shore A 30-50) pour assurer une compression et une étanchéité correctes ; pour les joints dynamiques, une qualité plus dure (Shore A 60-80) peut être nécessaire pour la durabilité.
Q4 : Comment Hongju peut-il m’aider à répondre à mon exigence spécifique en matière de dureté ?
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