Dureza Shore

El durómetro Shore es un dispositivo para medir la dureza de un material, típicamente de polímeros . ^{[ 1 ]}

Los valores más altos en la escala indican una mayor resistencia a la indentación y, por lo tanto, materiales más duros. Los valores más bajos indican menor resistencia y materiales más blandos. Cabe destacar que aquí el término «dureza» se utiliza en sentido coloquial, ya que un durómetro Shore mide la resistencia a cualquier deformación localizada, a diferencia de la definición técnica (utilizada en el artículo sobre dureza ), que solo se refiere a la resistencia a la deformación plástica localizada .

El término también se utiliza para describir la clasificación de un material en la escala, como por ejemplo un objeto que tiene una dureza Shore de 90.

La escala fue definida por Albert Ferdinand Shore , quien desarrolló un dispositivo adecuado para medir la dureza en la década de 1920. No fue ni el primer durómetro ni el primero en ser llamado durómetro ( ISV duro- y -meter ; documentado desde el siglo XIX), pero hoy en día ese nombre generalmente se refiere a la dureza Shore ; otros dispositivos utilizan otras medidas, que arrojan resultados correspondientes, como para la dureza Rockwell .

Existen diversas escalas de durómetro, utilizadas para materiales con diferentes propiedades. Las dos escalas más comunes, que emplean sistemas de medición ligeramente diferentes, son las escalas ASTM D2240 tipo A y tipo D.

La escala A corresponde a los materiales más blandos, mientras que la escala D corresponde a los más duros. En la foto se muestra la imagen del durómetro digital Bareiss.

Sin embargo, la norma de ensayo ASTM D2240-00 exige un total de 12 escalas, según el uso previsto: tipos A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S y R. Cada escala da como resultado un valor entre 0 y 100, donde los valores más altos indican un material más duro. ^{[ 2 ]}

El durómetro, al igual que muchas otras pruebas de dureza, mide la profundidad de una indentación en el material creada por una fuerza determinada aplicada sobre un prensatelas estandarizado. Esta profundidad depende de la dureza del material, sus propiedades viscoelásticas , la forma del prensatelas y la duración de la prueba. Los durómetros ASTM D2240 permiten medir la dureza inicial o la dureza de la indentación tras un periodo de tiempo determinado. La prueba básica consiste en aplicar la fuerza de forma constante, sin impacto, y medir la dureza (profundidad de la indentación). Si se desea medir la dureza en función del tiempo, se aplica la fuerza durante el tiempo requerido y se realiza la lectura. El material sometido a prueba debe tener un espesor mínimo de 6 mm (0,24 pulg.) . ^{[ 3 ]} Los fundamentos teóricos de la prueba se abordan en Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin by Grundlagen und Anwendungen. ^{[ 4 ]}  

La norma ASTM D2240 reconoce doce escalas de durómetro diferentes que utilizan combinaciones de fuerzas de resorte y configuraciones de indentador específicas. Estas escalas se denominan tipos de durómetro; es decir, un tipo de durómetro está diseñado específicamente para determinar una escala determinada, y la escala no existe independientemente del durómetro. La tabla siguiente proporciona detalles para cada uno de estos tipos, con la excepción del Tipo R. ^{[ 5 ]}

Nota: El tipo R es una designación, no un "tipo" propiamente dicho. La designación R especifica un diámetro del pie de presión (de ahí la R, de radio; obviamente no se podría usar la D) de 18 ± 0,5 mm (0,71 ± 0,020 pulg.) , mientras que las fuerzas del resorte y las configuraciones del indentador permanecen sin cambios. La designación R es aplicable a cualquier tipo D2240, con la excepción del tipo M; la designación R se expresa como tipo xR, donde x es el tipo D2240, por ejemplo, aR, dR, etc.; la designación R también exige el uso de un soporte de operación. ^{[ 5 ]}      

Según la norma DIN ISO 7619-1, algunas de las condiciones y procedimientos que deben cumplirse son:

• Para medir la dureza Shore A, el pie presiona el material, mientras que para la dureza Shore D, el pie penetra la superficie del material.
• El material que se vaya a utilizar para las pruebas debe permanecer almacenado en condiciones climáticas de laboratorio al menos una hora antes de realizar la prueba.
• El tiempo de medición es de 15 segundos.
• La fuerza es de 1 + 0,1 kg (2,20 + 0,22 lb) para la dureza Shore A, y de 5 + 0,5 kg (11,0 + 1,1 lb) para la dureza Shore D.    
• Es necesario tomar cinco medidas.
• La calibración del durómetro se realiza una vez por semana con bloques de elastómero de diferente dureza.

El valor final de la dureza depende de la profundidad a la que penetra el indentador tras aplicarlo durante 15 segundos sobre el material. Si el indentador penetra 2,54 mm (0,100 pulg.) o más, la dureza es 0 en esa escala. Si no penetra en absoluto, la dureza es 100 en esa escala. Por este motivo, existen varias escalas. Sin embargo, si la dureza es <10 °Sh o >90 °Sh, los resultados no son fiables. La medición debe repetirse con la escala adyacente.  

La dureza es una magnitud adimensional, y no existe una relación simple entre la dureza de un material en una escala y su dureza en cualquier otra escala, o mediante cualquier otra prueba de dureza. ^{[ 1 ]}

Utilizando la dureza de indentación elástica lineal, Gent derivó una relación entre la dureza ASTM D2240 y el módulo de Young para elastómeros . La relación de Gent tiene la forma: ^{[ 7 ]}

E = 0,0981 (56 + 7,62336 S ) / 0,137505 (254 - 2,54 S )

donde E es el módulo de Young en MPa y S es la dureza tipo A según la norma ASTM D2240.

Esta relación da un valor de E = ∞ en S = 100 pero se aparta de los datos experimentales para S < 40 .

Mix y Giacomin derivan ecuaciones comparables para las 12 escalas estandarizadas por ASTM D2240. ^{[ 8 ]}

Otra relación, que se ajusta un poco mejor a los datos experimentales, es ^{[ 9 ].}

S = 100 erf(3,186 × 10 ⁻⁴ E ^0,5 )

donde erf es la función de error y E está en unidades de Pa.

Para que quede un poco más claro, aquí hay una lista de valores de Shore A con su módulo de Young correspondiente (en MPa), donde "MPa" se calcula a partir de "ShoreA" usando la primera fórmula, y luego "AltShoreA" se calcula a partir de "MPa" usando la segunda fórmula  :

Una estimación de primer orden de la relación entre la dureza tipo D ASTM D2240 (para un indentador cónico con un ángulo de medio cono de 15°) y el módulo elástico del material que se está probando es ^{[ 10 ].}

S _D = 100 - ⁠ 20(-78.188 + √ 6113.36 + 781.88 E ) / E ⁠

donde S _D es la dureza tipo D según la norma ASTM D2240 y E está en MPa.

Otra relación lineal neo-Hookeana entre el valor de dureza ASTM D2240 y el módulo elástico del material tiene la forma ^{[ 10 ].}

registro ₁₀ mi = 0,0235 S - 0,6403 ,${\displaystyle \quad S={\begin{cases}S_{\text{A}}&{\text{para}}~20<S_{A}<80,\\S_{\text{D}}+50&{\text{para}}~30<S_{D}<85,\end{cases}}}$

donde S _A es la dureza tipo A según la norma ASTM D2240, S _D es la dureza tipo D según la norma ASTM D2240 y E es el módulo de Young en MPa.

• Patente estadounidense 1770045 , AF Shore, "Aparato para medir la dureza de los materiales", expedida el 8 de julio de 1930. 
• Patente estadounidense 2421449 , JG Zuber, "Instrumento para medir la dureza", expedida el 3 de junio de 1947. 

• Ensayo de dureza Brinell – Escala de dureza Brinell 
• Prueba de Bloom: prueba para medir la resistencia de un gel. 
• Ensayo de dureza Knoop – Ensayo de dureza mecánica 
• Prueba de dureza de rebote de Leeb : método para probar la dureza de los metales. Páginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redirección. 
• Ensayo de dureza Rockwell – Escala de dureza 
• Prueba de dureza Vickers – Prueba de dureza 

• Tabla comparativa
• Guía de referencia
• Растеряев Ю.К., Агальцов Г.Н. Связь между твёрдостью и модулем упругости резин (Conexión entre la dureza y el módulo de las encías)
• Convertidor de dureza Shore
• Medidor digital de dureza Shore - Caltech India
• Durómetro Shore - Caltech India