مقياس صلابة شور

مقياس صلابة شور هو جهاز لقياس صلابة المادة، وعادة ما تكون من البوليمرات . ^{[ 1 ]}

تشير الأرقام الأعلى على المقياس إلى مقاومة أكبر للانضغاط، وبالتالي مواد أكثر صلابة. أما الأرقام الأقل فتشير إلى مقاومة أقل ومواد أكثر ليونة. تجدر الإشارة إلى أن مصطلح "الصلابة" هنا يُستخدم بمعناه الشائع، حيث يقيس مقياس شور مقاومة أي تشوه موضعي، على عكس التعريف التقني (المستخدم في مقال الصلابة )، الذي يقتصر على مقاومة التشوه اللدن الموضعي .

يُستخدم المصطلح أيضًا لوصف تصنيف المادة على المقياس، كما هو الحال في جسم له "صلابة شور" تبلغ 90.

تم تعريف المقياس بواسطة ألبرت فرديناند شور ، الذي طور جهازًا مناسبًا لقياس الصلابة في عشرينيات القرن العشرين. لم يكن هذا الجهاز أول جهاز لاختبار الصلابة ولا أول جهاز يُطلق عليه اسم مقياس الصلابة ( ISV duro- and -meter ؛ موثق منذ القرن التاسع عشر)، ولكن اليوم يشير هذا الاسم عادةً إلى صلابة شور ؛ تستخدم الأجهزة الأخرى مقاييس أخرى، والتي تعطي نتائج مماثلة، مثل صلابة روكويل .

توجد عدة مقاييس للصلابة، تُستخدم للمواد ذات الخصائص المختلفة. المقياسان الأكثر شيوعًا، واللذان يستخدمان نظامي قياس مختلفين قليلاً، هما مقياس ASTM D2240 من النوع A والنوع D.

يُستخدم مقياس A للمواد الأكثر ليونة، بينما يُستخدم مقياس D للمواد الأكثر صلابة. وتظهر صورة مقياس الصلابة الرقمي من Bareiss في الصورة.

ومع ذلك، ينص معيار الاختبار ASTM D2240-00 على وجود 12 مقياسًا إجمالاً، اعتمادًا على الاستخدام المقصود: الأنواع A وB وC وD وDO وE وM وO وOO وOOO وOOO-S وR. ينتج عن كل مقياس قيمة تتراوح بين 0 و100، حيث تشير القيم الأعلى إلى مادة أكثر صلابة. ^{[ 2 ]}

يقيس جهاز قياس الصلابة، كغيره من اختبارات الصلابة، عمق الانبعاج في المادة الناتج عن قوة معينة تُطبق على قدم ضاغطة قياسية. يعتمد هذا العمق على صلابة المادة، وخصائصها المرنة اللزجة ، وشكل القدم الضاغطة، ومدة الاختبار. تسمح أجهزة قياس الصلابة ASTM D2240 بقياس الصلابة الأولية، أو صلابة الانبعاج بعد فترة زمنية محددة. يتطلب الاختبار الأساسي تطبيق القوة بشكل ثابت، دون صدمة، وقياس الصلابة (عمق الانبعاج). في حال الرغبة في قياس الصلابة خلال فترة زمنية محددة، تُطبق القوة للمدة المطلوبة ثم تُقرأ النتيجة. يجب ألا يقل سمك المادة قيد الاختبار عن 6 مم (0.24 بوصة) . ^{[ 3 ]} يُناقش الأساس النظري للاختبار في كتاب Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin by Grundlagen und Anwendungen. ^{[ 4 ]}  

يُقرّ معيار ASTM D2240 باثني عشر مقياسًا مختلفًا للصلابة باستخدام توليفات من قوى زنبركية محددة وتكوينات مُختزِلة. تُسمى هذه المقاييس بأنواع الصلابة؛ أي أن نوع الصلابة مُصمم خصيصًا لتحديد مقياس معين، ولا يوجد المقياس بشكل منفصل عن الصلابة. يُقدم الجدول أدناه تفاصيل كل نوع من هذه الأنواع، باستثناء النوع R. ^{[ 5 ]}

ملاحظة: يُعدّ النوع R تسميةً، وليس نوعًا حقيقيًا. تُحدّد التسمية R قطر دواسة الضغط (ومن هنا جاء الحرف R اختصارًا لنصف القطر؛ فمن الواضح أنه لا يمكن استخدام D) بقطر 18 ± 0.5 مم (0.71 ± 0.020 بوصة) ، بينما تبقى قوى الزنبرك وتكوينات أداة الضغط دون تغيير. تنطبق التسمية R على أي نوع من أنواع D2240، باستثناء النوع M؛ ويُعبّر عن التسمية R بالصيغة Type xR، حيث x هو نوع D2240، على سبيل المثال، aR، dR، إلخ؛ كما تُلزم التسمية R باستخدام حامل تشغيل. ^{[ 5 ]}      

بعض الشروط والإجراءات التي يجب استيفاؤها، وفقًا لمعيار DIN ISO 7619-1 هي:

• لقياس صلابة شور A، يتم الضغط على المادة بالقدم، بينما لقياس صلابة شور D، يتم اختراق سطح المادة بالقدم.
• يجب تخزين المواد المراد اختبارها في ظروف مناخية مناسبة للمختبر لمدة ساعة واحدة على الأقل قبل الاختبار.
• مدة القياس 15 ثانية.
• القوة هي 1 + 0.1 كجم (2.20 + 0.22 رطل) لـ Shore A، و 5 + 0.5 كجم (11.0 + 1.1 رطل) لـ Shore D.    
• يجب أخذ خمسة قياسات.
• تتم معايرة جهاز قياس الصلابة مرة واحدة أسبوعياً باستخدام كتل من المطاط الصناعي ذات صلابة مختلفة.

تعتمد القيمة النهائية للصلابة على عمق غرز أداة القياس بعد تطبيقها على المادة لمدة 15 ثانية. إذا غرزت الأداة 2.54 مم (0.100 بوصة) أو أكثر في المادة، تكون قيمة مقياس الصلابة صفرًا. أما إذا لم تغرز الأداة على الإطلاق، فتكون قيمة مقياس الصلابة 100. لهذا السبب توجد مقاييس متعددة. ولكن إذا كانت الصلابة أقل من 10 درجات شور أو أكبر من 90 درجة شور، فلا يمكن الاعتماد على النتائج، ويجب إعادة القياس باستخدام مقياس من النوع المجاور.  

مقياس الصلابة هو كمية لا أبعاد لها، ولا توجد علاقة بسيطة بين صلابة المادة في مقياس معين وصلابتها في أي مقياس آخر، أو عن طريق أي اختبار صلابة آخر. ^{[ 1 ]}

باستخدام صلابة الانضغاط المرنة الخطية، تم اشتقاق علاقة بين صلابة ASTM D2240 ومعامل يونغ للمطاطات بواسطة جنت . علاقة جنت لها الشكل التالي: ^{[ 7 ]}

E = 0.0981 (56 + 7.62336 S ) / 0.137505 (254 - 2.54 S )

حيث E هو معامل يونغ بوحدة ميجا باسكال و S هو صلابة النوع A وفقًا لمعيار ASTM D2240.

تعطي هذه العلاقة قيمة E = ∞ عند S = 100 ولكنها تختلف عن البيانات التجريبية لـ S < 40 .

قام كل من Mix و Giacomin باشتقاق معادلات قابلة للمقارنة لجميع المقاييس الـ 12 التي تم توحيدها بواسطة ASTM D2240. ^{[ 8 ]}

وهناك علاقة أخرى تتناسب مع البيانات التجريبية بشكل أفضل قليلاً، وهي ^{[ 9 ]}

S = 100 erf(3.186 × 10 ⁻⁴ E ^0.5 )

حيث erf هي دالة الخطأ ، و E بوحدات Pa.

ولجعل ذلك أكثر وضوحًا، إليك قائمة بقيم شور أ مع معامل يونغ المقابل لها (بوحدة ميجا باسكال)، حيث يتم حساب "ميجا باسكال" من "شور أ" باستخدام الصيغة الأولى، ثم يتم حساب "ألتشور أ" من "ميجا باسكال" باستخدام الصيغة الثانية  :

تقدير من الدرجة الأولى للعلاقة بين صلابة النوع D وفقًا لمعيار ASTM D2240 (للمخترق المخروطي بزاوية نصف مخروطية 15 درجة) ومعامل المرونة للمادة التي يتم اختبارها هو ^{[ 10 ].}

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

حيث أن S _D هي صلابة النوع D وفقًا لمعيار ASTM D2240، و E بوحدة MPa.

توجد علاقة خطية أخرى من نوع نيو-هوكيان بين قيمة صلابة ASTM D2240 ومعامل المرونة للمادة بالشكل ^{[ 10 ].}

سجل ₁₀ E = 0.0235 S - 0.6403 ,${\displaystyle \quad S={\begin{cases}S_{\text{A}}&{\text{for}}~20<S_{A}<80,\\S_{\text{D}}+50&{\text{for}}~30<S_{D}<85,\end{cases}}}$

حيث S _A هي صلابة النوع A وفقًا لمعيار ASTM D2240، و S _D هي صلابة النوع D وفقًا لمعيار ASTM D2240، و E هو معامل يونغ بوحدة ميجا باسكال.

• براءة الاختراع الأمريكية رقم 1770045 ، إيه إف شور، "جهاز لقياس صلابة المواد"، صدرت في 1930-07-08 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2421449 ، جي جي زوبر، "جهاز قياس الصلابة"، صدرت في 3 يونيو 1947 

• اختبار صلابة برينل – مقياس برينل للصلابة 
• اختبار بلوم – اختبار لقياس قوة الهلام 
• اختبار صلابة كنوب – اختبار الصلابة الميكانيكية 
• اختبار صلابة الارتداد من ليب – طريقة لاختبار صلابة المعادن. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​لأهداف إعادة التوجيه. 
• اختبار صلابة روكويل – مقياس الصلابة 
• اختبار صلابة فيكرز – اختبار الصلابة 

• جدول مقارنة
• دليل مرجعي
• RAsteryaev Ю.K.، Agalьцов Г.Н. Связь меду твёдостью и MODULEMLEM UPRUGOSTI RESIN (الاتصال بين الصلابة ومعامل اللثة)
• محول صلابة شور
• جهاز اختبار صلابة شور الرقمي - معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) الهند
• جهاز اختبار صلابة شور - معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) الهند