Eine wichtige Materialeigenschaft ist die Härte, also der mechanische Widerstand gegen das Eindringen eines härteren Körpers. Die Härteprüfung von Polymeren gibt wichtige Anhaltspunkte für die mechanische Belastbarkeit, Qualität des Schlauchmaterials und das Verformungsverhalten. - (Bild: Reichelt Chemietechnik)
Schläuche sind unabdingbare Komponenten der Fluidtechnik. Die meisten Schläuche bestehen heute aus Elastomeren. Je nach Fluid, Anwendung und Einsatzgebiet stellen die Maschinenbauer verschiedene Anforderungen an deren Stabilität sowie deren Beständigkeit. Schläuche und deren Verbindungstechnik muss zudem druck-, wärme- und lichtbeständig sein.
Um die besonderen Eigenschaften von Schläuchen zu bewerten, muss der Ingenieur die wichtigen Kenngrößen wie Elastizität, temperaturabhängige Flexibilität, statische und dynamische Festigkeit sowie Härte, Formfestigkeit oder Verformbarkeit betrachten.
Wie wird der Härtegrad der Schläuche kategorisiert?
Als Materialhärte wird generell der mechanische Widerstand gegen das Eindringen eines härteren Körpers bezeichnet. Die Festigkeit definiert im Gegensatz dazu, wie widerstandsfähig das Material gegenüber Verformung und Trennung ist. Beide Materialeigenschaften beschreiben die Einsatzmöglichkeiten und Verschleißfestigkeit für Kunststoffe und andere Materialien. Im Messverfahren können sie nicht vollständig getrennt werden, weil die Härtemessung immer auch von der Festigkeit des Materials abhängig ist.
In der Schlauchtechnik haben Polymaterial, dessen Vernetzungsgrad und die benutzten Füllmaterialien großen Einfluss auf die Materialeigenschaften und somit auch auf deren Härte. Hierdurch lassen sich die anwendungsbezogenen Leistungsmerkmale für ein Polymer festlegen und bestimmen.
Wofür ist die Härteprüfung wichtig?
Anhaltspunkte für das Verformungsverhalten und die mechanische Belastbarkeit und somit für die Qualität des Schlauchmaterials gibt die Härteprüfung bei Kunststoffen. Wie von der Dichtungstechnik bekannt, gibt die Materialhärte den Richtwert für das Abdichtverhalten eines Elastomers an.
Wie wird die Shore-Härte bestimmt?
Die Härteprüfung nach Shore bildet eine einfache und effektive Methode zur Werkstoffprüfung. Es dient als einfaches Verfahren, um die Härte für Elastomere und verformbaren Kunststoffe zu messen. Sie dient auch als eine hilfreiche Kennzahl für die Materialqualität in der Schlauchtechnik.
Die Shore-Härte kann mit weiteren Kennwerten, wie zum Beispiel der Materialdichte, fundierte Informationen zur Materialbeschaffenheit geben. Die Shore-Härte ist für sich alleine jedoch nur begrenzt aussagefähig.
Wie funktioniert ein digitales Shore-Messgerät?
Für die Bestimmung der Shore-Härte kann auch der technische Einkäufer oder Anwender prüfen, ob das Schlauchmaterial für seine speziellen Anwendungen geeignet ist. Danach wählt er das richtige Material aus. Die Härteprüfung dient ebenfalls dazu, die Alterung eines Schlauchs zu bewerten. Bei Kunststoffen äußert sich die Verschleißfestigkeit durch die Änderung seiner mechanischen Eigenschaften. Misst der Ingenieur oder technische Einkäufer die Shore-Härte, liefert ihm die Messung hierzu schnelle und leicht zu erfassende Ergebnisse.
Wer hat die Messung der Shore-Härte erfunden?
Der US-Amerikaner Albert Ferdinand Shore (1876–1936) hat 1915 die Eindringtiefe eines Prüfstifts als Härte-Kennzahl für Elastomere und gummielastische Kunststoffe definiert und daraus ein Messverfahren entwickelt.
Um die Shore-Härte zu messen, benutzt man einen einen Härteprüfer, der als Durometer bezeichnet wird. Er besitzt einen dünnen Stift aus gehärtetem Stahl, dem Intender, der mit definierter Federkraft in das zu prüfenden Material gedrückt wird.
Der Intender läuft vorne kegelförmig zu, sodass die Federkraft nur über die Spitze des Prüfstifts auf das Material übertragen wird. Der Ingenieur misst die die Eindringtiefe des Prüfstifts auf einer Skala von 0 bis 100 Shore. Hierbei entsprechen 2,5 mm Eindringtiefe einer Härte von 0 Shore und die Eindringtiefe 0 mm 100 Shore.
Die Shore-Härte A wird für die Prüfung von Weich-Elastomeren wie zum Beispiel Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) eingesetzt. Hierbei wird ein Prüfgewicht von 1 Kilogramm für 15 Sekunden auf den Werkstoff gedrückt. Der Intender besitzt hierfür eine flache Spitze mit 0,79 mm Durchmesser bei einem Öffnungswinkel von 35 Grad.
Die Shore-Härte D wird für die Prüfung von zähen Elastomeren und Thermoplasten, wie Polyethylen (PE) oder Polyamiden (PA), eingesetzt. Hierbei wird ein Prüfgewicht von 5 Kilogramm für 15 Sekunden mit dem nadelförmigen Intender auf das zu untersuchende Werkstück gedrückt. Der Intender besitzt hierbei eine kugelförmig abgerundete Spitze mit einem Durchmesser von 0,2 Millimeter und einem Öffnungswinkel von 30 Grad.
Wie wird die Shore-Härte gemessen?
In der Norm DIN ISO 7619-1 sind die konkreten Vorgaben zur Durchführung der Messungen zur Shore-Härte sowie für die Kalibrierung der Prüfgeräte festgelegt. Hierzu gehört, dass jede Messung auf einem Prüfmuster mit einer Materialstärke von mindestens 6 Millimeter durchgeführt werden muss.
Weiterhin ist die Messung auf einem Prüfling mindestens fünfmal zu wiederholen. Die einzelnen Messpunkte sollen hierbei einen Abstand von mindestens 6 mm haben. Um auch bei Schläuchen vergleichbare Messergebnisse zu erhalten, muss die Messung an planparallelen Stellen durchgeführt werden.
Wozu braucht man eine Prüfplatte?
Der gemessene Härtewert kann mit zunehmender Haltezeit um mehrere Punkte abnehmen. Daher muss der Prüfer die in der Norm definierte Prüfdauer von 3 Sekunden für Vulkanisate und 15 Sekunden für thermoplastische Elastomere (TPE) exakt einhalten. Die Darstellung des Messwerts der Shore-Härte erfolgt nach DIN ISO 7619-1: „65 SHORE A 3 s“. Diese Angabe entspricht einer gemessenen Shore-Härte A von 65 bei einer Prüfdauer von 3 Sekunden.
Da die Temperatur bei der Härteprüfung für Kunststoffe maßgeblich ist, erfolgt die Prüfung nach Lagerung des Prüfstücks unter Prüfbedingungen für mindestens 1 Stunde bei einer Messtemperatur von 23 ± 2 Grad Celsius. Die Härteprüfung erfolgt an der Oberfläche eines Werkstücks, ist die Aussage über die generelle Materialqualität jedoch nur begrenzt repräsentativ für das Gesamtprodukt.
Wozu dient der Shore-Handmesser?
Neben der DIN ISO 7619-1 gibt es weitere Normen für die Shore-Härtemessung. Hierzu gehören die DIN EN ISO 868, die speziell für harte Kunststoffe und Hartgummi. In Amerika lautet der Standard ASTM 2240-00. Darin sind zum Teil abweichende Prüfbedingungen definiert, die sich auch in der Darstellung der Härteangabe unterscheiden.
Wie werden Shore A und Shore D verglichen?
Für weiche Polymere wird die Shore A-Methode verwendet. Zum Beispiel haben Synthesekautschuke, wie NBR, eine Shore-Härte A von 50 bis 70. Härtere Polymere wie Polyethylen (PE) haben eine Shore-Härte A von über 90. Mit der Shore D-Methode gemessen liegt der nominelle Härtewert für PE zwischen 40 und 65 und somit viel niedriger als nach der Shore A-Methode. Trotz der unterschiedlichen Messwerkzeuge und den abweichenden Prüfbedingungen besteht nach K. Tobisch1 ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen den Messwerten nach Shore A und Shore D. Sie lassen sich somit ineinander umrechnen. Hiernach entsprechen 50 Shore A annähernd 10 Shore D und 75 Shore A etwa 20 Shore D.
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