デュロメーターとは?プラスチックとエラストマーの硬度の理解と評価

プロジェクトの初期段階では、エンジニアと製品チームは時間をかけて各材料の機械的仕様を理解する必要があります。これには、データシートに記載されている物理的、化学的、機械的特性だけでなく、特定の環境条件下での材料の性能や耐久性などの他の要因も含まれます。これらの要因やその他の要因を考慮することで、製品チームは時間と費用の効率を最適化しながら優れた製品を作成できます。

プラスチックで製造する際に考慮すべき最も重要な要素の 1 つは、特定の材料の硬度を表すデュロメーターまたはショア デュロメーターです。この重要な測定について、エンジニアと製品チームが知っておくべきことは次のとおりです。

デュロメーターとは?

デュロメーターは、ゴムやプラスチックなどの材料の硬度を測定する標準化された方法です。硬度は、機械的なへこみや摩耗による変形に対するプラスチックの耐性の尺度です。

エンジニアは、デュロメータ試験機を使用して材料の硬度をテストできます。この装置は、丸いタイヤの圧力計のように見え、一方の端から伸びる校正済みのスプリングに針が付いています。デュロメータ硬さをテストするには、エンジニアが針をエラストマーまたはプラスチックに当てて圧力をかけます。針が材料を可能な限り貫通すると、測定針は対応するデュロメータ硬さを適切なスケールで示します。

デュロメーターは 0 から 100 までのスケールで測定できますが、測定単位ではありません。これは実際には無次元の測定値です。つまり、デュロメータの数値は、同じデュロメータ スケールを使用して測定された他の材料と比較して、材料がどれだけ硬いか柔らかいかを測定します。数字が小さいほど柔らかいプラスチック、数字が大きいほど硬いプラスチックを示します。たとえば、90A ポリウレタン チューブは 70A ポリウレタン チューブよりも硬くなります。

エンジニアと製品チームが、一貫性のある普遍的で再現可能な基準を使用して材料の硬度について議論できるように、さまざまなショア硬度スケールが発明されました。最も一般的な 3 つのショア硬度スケールは、ショア 00、ショア A、およびショア D です。ショア 00 は、非常に柔らかいゴムとゲルの硬度を測定するためにのみ使用され、ショア A は、非常に柔らかいものから硬いものまでの範囲の柔軟なゴムを測定します。 D は硬質ゴムとプラスチックの測定にのみ使用されます。

製品チームは、デュロメータ硬度がエンド パーツの柔軟性と直接相関しないことを知っておく必要があります。むしろ、チームが一目で素材の全体的な感触をよりよく理解するために使用できる剛性の間接的な尺度です。製品チームは、異なるショア硬度スケールにある材料を比較できないことも知っておく必要があります。デュロメーター数値は、特定のスケールでの材料に対する相対値です。つまり、あるデュロメーター スケールの硬度と別のデュロメーター スケールの硬度の間に直接的な関係はありません。

たとえば、ショア 00 スケールで約 80 のデュロメータ硬度を持つ材料は、鉛筆の消しゴムとほぼ同じ硬さですが、ショア D デュロメータ スケールで 80 の測定値を持つ材料は、ヘルメットの硬さを持ちます。明らかに、これらの測定値は同じ数値を共有していますが同等ではないため、製品チームは材料の硬度を同じスケールでのみ比較することを覚えておく必要があります.

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デュロメータ硬度が材料の選択にどのように影響するか

エラストマーやプラスチックを評価する際、エンジニアと製品チームは、製品の最終用途とプロジェクトの要件について考える必要があります。これらの要因は、潜在的な材料のプールを絞り込むのに役立ち、製品チームがどのショア デュロメーター スケールに注目すべきかについての手がかりを提供します。たとえば、パーツが長時間にわたって多くの重量を支えることができる必要がある場合、チームはショア 00 スケールを完全にバイパスし、ショア A 硬度スケールで 70 から 100 の範囲の材料のみを考慮する必要があります。ショア D 硬度スケールの全範囲。

エンジニアはまた、希望する硬度とコストなどの他の考慮事項とのバランスを取り、どのトレードオフを行うかを決定する必要があります。たとえば、より硬い金属は、より高価であったり、機械加工が困難になったりする可能性があります。これを回避するために、エンジニアは加工後の硬化処理を使用して、機械加工の容易さを維持しながら、より高い硬度を達成できます。

それでも、重要な要因は材料の硬度だけではなく、硬度は必ずしも強度や耐食性などの他の特性を示すものではありません。剛性と圧縮弾性率の測定値は、デュロメーター硬度よりも特定のゴムのシール性能をより正確に読み取ることができます.

デューデリジェンスを行い、特定の要件に最適な材料を選択するために、製品チームは、デュロメーター硬度に加えて、密度、圧縮力のたわみ、適用力、厚さなど、さまざまな機械的特性に対してオプションを評価する必要があります。

射出成形金型のデュロメータに関する考慮事項

金型を扱う場合、材料の硬度を考慮することが特に重要です。エンジニアは、硬化後に元のモデルとその後の鋳物を金型から簡単に取り出せる金型ゴムを選択する必要があります。ショアの硬度はそれに直接影響します。

たとえば、70A デュロメーターのエラストマーを使用して、さまざまな角度で突き出た薄いセグメントを持つパーツの金型を作成するのは賢明ではありません。 70A デュロメーターのゴムは車のタイヤと同じくらい硬く、デリケートな部分を壊さずに引き抜くのに必要な柔軟性がありません。 30A ショア デュロメーター以下のエラストマーは、この用途に十分な柔軟性を備えている可能性があります。

アディティブ マニュファクチャリングのデュロメータに関する考慮事項

付加製造技術を使用する場合、製品チームが材料の硬度を考慮することも重要です。多くの製品チームは付加製造材料に精通していませんが、付加材料のデュロメータを知っていれば、射出成形で使用される従来のプラスチックのデュロメータと比較できます。これにより、添加剤がどのように機能するかについての一般的なアイデアが得られ、参照フレームが提供されます。

一部の付加的な材料には、2 つのデュロメータ (瞬間デュロメータと 5 秒デュロメータ) があることに注意してください。たとえば、Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™ プロセスを使用して製造された部品は、硬化するまで期待どおりに機能しない可能性があります。家庭用プリンターを使用している製品チームや社内で製造している製品チームは違いに気付くでしょうが、製造パートナーと協力している場合は、最終製品のみが表示されるため、材料の瞬間硬度計について心配する必要はありません。それでも、一部の材料は最終的なデュロメーターを達成するために追加の硬化と後処理が必要であるため、最初の測定値は変更される可能性があることを知っておくとよいでしょう.

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要約すると、デュロメータは無次元ですが、同じスケールの他のエラストマーまたはプラスチックに対するエラストマーまたはプラスチックの硬度を示すために使用される標準化された測定値です。デュロメーターが高い材料はより困難ですが、チームは異なるスケール間で材料を比較しないように注意する必要があります。これは、あるスケールの特定の数値と別のスケールの同じ数値の間に直接的な関係がないためです。

エンジニアと製品チームは、特に用途に特定の硬度または柔らかさの要件がある場合、材料の選択時にデュロメーターを考慮する必要があります。しかし、海岸の硬さだけを評価するのは不十分です。チームは、最適な素材または素材を選択するために、関連するすべての設計および性能要件を慎重に検討する必要があります。経験豊富な製造パートナーは、材料の選択を簡素化し、製品開発プロセス全体を合理化できます。

Fast Radius では、製品チームが最終製品がニーズを確実に満たすよう支援することを専門としています。私たちは材料の選択がいかに重要であるかを理解しており、私たちと提携するということは、長年にわたる製造、エンジニアリング、サプライ チェーンの専門知識にアクセスできることを意味します。 Fast Radius のような経験豊富な製造パートナーと協力することで、製品チームは、プロジェクトのタイムラインを加速し、コストを低く抑えながら、材料の選択プロセスをシンプルでストレスのないものにすることができます。今すぐお問い合わせください。

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