Твердость полиуретана по Шору: что означает и какую выбрать

Твердость — одна из первых характеристик, на которую обращают внимание при выборе технического полиуретана. Но одинаково распространена ошибка считать ее показателем общего качества материала: чем выше значение по Шору, тем якобы полиуретан лучше.

На практике твердость показывает прежде всего сопротивление поверхности вдавливанию. Требуемое значение зависит от того, должна деталь деформироваться под нагрузкой или, наоборот, сохранять форму.

Что такое твердость по Шору

Для многих эластичных полиуретанов применяется шкала Shore A — Шор А. Измерение выполняют специальным прибором — дюрометром. Индентор воздействует на поверхность образца, а прибор показывает условное значение твердости.

Важно понимать: показатель по Шору не является прямой характеристикой прочности, износостойкости или срока службы. Он отвечает на более узкий вопрос: насколько материал сопротивляется локальному вдавливанию при стандартных условиях измерения.

Поэтому при выборе полиуретана твердость необходимо оценивать вместе с другими характеристиками:

• прочностью при растяжении;
• удлинением;
• сопротивлением раздиру;
• остаточной деформацией;
• химической стойкостью;
• температурным диапазоном.

Что меняется с увеличением твердости

При прочих равных более твердый полиуретан меньше деформируется под воздействием нагрузки.

Такой материал может рассматриваться для изготовления:

• жестких втулок;
• нагруженных роликов;
• опорных элементов;
• деталей, которым требуется сохранять геометрию;
• поверхностей, испытывающих значительное давление.

Более мягкий материал способен сильнее деформироваться и лучше работать там, где требуется упругость: при амортизации, гашении вибрации, компенсации небольших смещений и мягком контакте с сопряженной поверхностью.

Следовательно, нельзя определить «лучшее» значение Шора без понимания назначения детали.

Полиуретан 60, 70, 80 или 90 Шор — что лучше

В запросах часто встречается поиск полиуретана по конкретным значениям: 60, 70, 80, 90 единиц и выше. Но само число еще не позволяет выбрать материал.

Это не таблица замены инженерного расчета. Она показывает только общий принцип: чем меньше допустимая деформация, тем больше оснований рассматривать более твердый материал. Окончательный выбор зависит от конструкции узла.

Почему полиуретан 80 Шор может не подойти вместо 90 Шор

Разница в десять условных единиц может заметно влиять на поведение изделия. Если заменить более жесткий материал мягким, увеличится деформация, может измениться положение сопряженных деталей и характер амортизации.

Обратная замена также не всегда полезна: более твердый материал может хуже компенсировать удары или вибрацию.

Поэтому менять указанную в документации твердость без проверки условий работы детали нежелательно.

Какая твердость нужна для втулки

Требования к втулкам сильно различаются. Если втулка выполняет роль эластичного элемента, важна способность деформироваться и возвращаться к исходной форме. Если это нагруженная направляющая деталь, может потребоваться большая жесткость и сопротивление продавливанию.

При подборе учитывают:

• нагрузку;
• скорость перемещения;
• наличие абразива;
• температуру;
• смазку;
• требуемую деформацию;
• размеры детали.

Именно поэтому вопрос «какой Шор нужен для втулки» без остальных исходных данных имеет несколько возможных ответов.

Какая твердость нужна для роликов

Для ролика важно не только сопротивление вдавливанию. Необходимо учитывать нагрузку на ось, диаметр, ширину рабочей поверхности, скорость вращения, тип поверхности, с которой контактирует ролик, требуемое сцепление и необходимость амортизировать неровности.

Более мягкая рабочая поверхность может лучше компенсировать ударный контакт. Более твердая обычно меньше деформируется. Выбор определяется задачей конкретного механизма.

Твердость и износостойкость — это не одно и то же

Еще одна частая ошибка — считать, что максимальная твердость автоматически означает максимальную стойкость к истиранию.

Износ зависит от:

• состава материала;
• характера трения;
• нагрузки;
• температуры;
• шероховатости сопряженной поверхности;
• наличия абразива;
• скорости;
• условий смазки.

Поэтому при выборе материала для изнашиваемого элемента нужно рассматривать характеристики марки в комплексе.

Различия между распространенными материалами подробнее рассмотрены в статье «Марки полиуретана: СКУ-7Л, СКУ-ПФЛ и другие — как выбрать».

Влияет ли температура на твердость

Свойства полимерного материала зависят от температуры. Поэтому показатель, полученный при стандартном измерении, нельзя безоговорочно считать неизменным при любых условиях эксплуатации.

Особенно важно учитывать температурный режим, если деталь работает:

• возле нагретого оборудования;
• на улице;
• в холодильном оборудовании;
• при циклическом нагреве и охлаждении.

Допустимый диапазон необходимо проверять для конкретной марки.

Почему одной твердости недостаточно для выбора

Представим, что доступны две полиуретановые заготовки одинаковой твердости. Это еще не означает, что они взаимозаменяемы.

Они могут отличаться по таким параметрам, как:

• способность выдерживать растяжение;
• удлинение до разрушения;
• сопротивление раздиру;
• стойкость к рабочим жидкостям;
• остаточная деформация;
• температурные ограничения.

Как форма заготовки связана с выбором твердости

После определения требуемой твердости необходимо выбрать подходящую форму заготовки. Для плоских прокладок, накладок и деталей сложного контура применяют листовой материал, а для втулок, роликов и других деталей круглого сечения удобнее использовать стержни.

Подробнее о выборе размеров и формы материала:

• «Листовой полиуретан: как выбрать толщину и марку»;
• «Полиуретановый стержень: как подобрать диаметр и марку».

Как проверить твердость при покупке

Указание твердости желательно сопоставлять с маркой материала и документацией на продукцию.

Перед заказом стоит проверить:

• требуемую марку;
• показатель и шкалу твердости;
• допустимое отклонение, если оно задано документацией;
• размеры заготовки.

Это особенно важно, если производится замена ранее использовавшегося материала.