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La mesure de la dureté Shore est une technique largement utilisée pour évaluer la dureté de matériaux tels que le caoutchouc, les plastiques et les élastomères. Contrairement à d’autres méthodes d’essai de dureté comme les méthodes d’essai Rockwell ou Brinell, conçues pour les métaux et les matériaux plus durs, l’essai de dureté Shore mesure spécifiquement la résistance des matériaux plus flexibles à l’indentation. Cela le rend particulièrement utile pour les applications pour lesquelles des propriétés telles que la flexibilité, l’élasticité et la résistance aux chocs sont cruciales.
Le terme « dureté » désigne la capacité d’un matériau à résister à une indentation ou à une déformation localisée, souvent quantifiée à l’aide d’un instrument appelé duromètre. L’échelle de dureté Shore mesure cette propriété, fournissant une valeur numérique qui indique la force nécessaire pour créer une indentation dans le matériau.
Échelles de dureté Shore : Shore A, Shore B et Shore OO
Les échelles de dureté Shore sont conçues pour mesurer la dureté de divers matériaux, généralement les plastiques et les caoutchoucs, conformément à la norme ISO 48-4 ou ASTM D2240. La dureté Shore est une technique polyvalente pour mesurer la dureté, allant des matériaux très mous comme les élastomères thermoplastiques (TPE) et les caoutchoucs mous aux matériaux très durs comme les thermoplastiques et les thermodurcissables. Les deux échelles de duromètre les plus couramment utilisées sont Shore A et Shore D. Les valeurs de dureté dans les deux échelles vont de 0 à 100 et sont basées empiriquement sur la profondeur d’indentation du test.
Bien que moins couramment utilisée, l’échelle Shore OO est également une échelle de duromètre utilisée pour mesurer la dureté des matériaux. L’échelle de dureté Shore à utiliser dépend du matériau et est également très dépendante du type de test que l’utilisateur souhaite employer.
Shore A vs. Shore D : Quelles sont les différences ?
Les principales différences entre les échelles Shore A et Shore D résident dans le type de pénétrateur et la force appliquée utilisés pour effectuer les tests, ainsi que dans les matériaux destinés à être mesurés. Ces différences sont cruciales pour sélectionner la procédure et l’échelle de duromètre Shore appropriées.
| Éléments | Shore A | Shore D |
| Type de matériau | Matériaux plus mous et plus flexibles (par ex., caoutchoucs, silicones, élastomères souples, TPE, TPU) | Matériaux plus durs et plus rigides (par ex., plastiques rigides comme l’ABS, le PC) |
| Type de pénétrateur | Pointe conique pour matériaux plus mous | Pointe plus acérée pour pénétrer les matériaux plus durs |
| Plage de l’échelle | De 0 à 100 | |
| Force appliquée | Environ 8 N | Environ 44,5 N |
| Meilleur cas d’utilisation | Mesure de matériaux nécessitant flexibilité et élasticité | Mesure de matériaux nécessitant rigidité et ténacité |
| Applications | Joints d’étanchéité, joints, semelles de chaussure, produits de consommation flexibles | Casques de chantier, tuyaux d’arrosage, composants rigides en plastique |
Graphique de conversion du duromètre Shore
Il existe un certain chevauchement entre les deux échelles, au niveau duquel soit Shore A soit Shore D peut être utilisé pour déterminer et rapporter la dureté d’un seul matériau. Par exemple, un matériau ayant une dureté de 100 Shore A équivaut à environ 60 Shore D, tandis qu’un matériau ayant une dureté de 10 Shore D équivaut à environ 70 Shore A.
Le tableau ci-dessous montre les valeurs approximativement équivalentes pour les échelles Shore A et Shore D :
Malgré ces chevauchements, il est important d’utiliser la même échelle lors de la comparaison de différents matériaux, afin de pouvoir quantifier efficacement la dureté, les performances et la qualité d’un matériau.
Échelle de dureté Shore A
Shore A mesure la dureté des matériaux plus doux et plus flexibles tels que les élastomères, les silicones et les caoutchoucs. Le pénétrateur pour Shore A a une pointe conique, adaptée à la pénétration de matériaux plus mous. Le duromètre Shore A applique une force approximative de 8 N sur un matériau à l’aide d’une tête conique de 35°.
Matériaux courants mesurés avec la dureté Shore A
La dureté Shore A est une mesure utilisée pour quantifier la dureté des matériaux flexibles et mous. C’est particulièrement pertinent pour des matériaux tels que les caoutchoucs, les silicones, les élastomères thermoplastiques (TPE), ainsi que les thermoplastiques et les thermodurcissables plus souples.
| Type de matériau | Matériau | Dureté
Shore A |
Applications courantes |
| Silicone | True Silicone | 20 – 60 | Joints d’étanchéité, joints toriques, ustensiles de cuisine, implants médicaux |
| Silicone | Élastomères de silicone | 20 – 70 | Applications automobiles, produits alimentaires, appareils médicaux |
| Caoutchouc | SIL 30 | 35 | Joints d’étanchéité automobiles, appareils médicaux, ustensiles de cuisine, joints |
| Caoutchouc | EPU 40 | 72 | Pièces industrielles, joints, joints d’étanchéité |
| TPE (élastomère thermoplastique) | TPU (polyuréthane thermoplastique) | 85 – 95 | Chaussures, tuyaux d’arrosage, courroies industrielles, gaines de câble, équipement sportif |
| TPE (élastomère thermoplastique) | TPV (vulcanisats thermoplastiques) | 50 – 80 | Joints d’étanchéité automobile, joints pour fenêtres et portes, poignées douces au toucher |
| Thermoplastique/Thermodurcissable plus souple | LDPE (polyéthylène basse densité) | 95 | Bouteilles compressibles, sacs en plastique, tuyaux |
| Thermoplastique/Thermodurcissable plus souple | PVC (chlorure de polyvinyle) de qualité souple | 50 – 90 | Tuyaux flexibles, produits gonflables, isolation de câble |
| Thermoplastique/Thermodurcissable plus souple | Résines d’époxy | 60-85 | Revêtements de sol, revêtements, adhésifs |
Exemples d’applications
Le tableau ci-dessous indique la dureté Shore A de certains objets courants :
| Produit | Dureté Shore A |
| Bande de caoutchouc | 20 A |
| Tétine de bouteille | 40 A |
| Gomme à effacer | 55 A |
| Semelle de chaussure | 70 A |
| Ceinture en cuir | 80 A |
| Bande de roulement | 80 A |
| Balle de golf | 90 A |
Échelle de dureté Shore D
Shore D mesure la dureté des matériaux plus durs et plus rigides, y compris les plastiques durs et les élastomères plus durs à faible flexibilité. Le pénétrateur pour Shore D a une pointe plus acérée mesurée à partir de l’horizontale par rapport à celle du pénétrateur pour Shore A, ce qui lui permet de pénétrer les matériaux plus durs en raison de la plus petite surface sur laquelle s’applique la force du pénétrateur. Pour tester le duromètre Shore D, une force de 44,5 N est appliquée sur un matériau à l’aide d’une tête conique de 30°.
Matériaux courants mesurés avec la dureté Shore D
L’échelle Shore D est souvent utilisée pour mesurer la dureté des plastiques et des élastomères plus rigides tels que le caoutchouc vulcanisé, les TPE durs et les thermoplastiques comme l’ABS, le PC, le PVC et d’autres.
| Type de matériau | Matériau | Dureté Shore D | Applications courantes |
| Plastique rigide | ABS | 70 – 85 | Composants automobiles, boîtiers électroniques, produits de consommation (par ex., les jouets comme les briques LEGO) |
| Plastique rigide | PC (Polycarbonate) | 70 – 85 | Lentilles de contact, casques de sécurité, boucliers de protection |
| Plastique rigide | Acrylic / PMMA | 70-80 | Fenêtres, fenêtres pour toiture, signalisation |
| Plastique rigide | PVC (Polyvinyl chloride), rigid grade | 80-90 | Tuyaux, raccords, cadres de fenêtres, matériaux de construction |
| Élastomère dur | Caoutchouc vulcanisé, de qualité dur | 50-75 | Pneus automobiles, courroies, joints industriels |
| Élastomère dur | Hard TPEs | 55-75 | Manches d’outils, composants automobiles, roues pivotantes |
| Plastique thermodurcissable | Résines d’époxy | 75-90 | Revêtements, adhésifs, encapsulation électrique, matériaux composites |
| Matériau composite | Composites de fibres de carbone | 80-90 | Aéronautique, automobile, équipement sportif, applications haute performance |
Exemples d’applications
Le tableau ci-dessous indique la dureté Shore D de certains objets courants :
| Produit | Dureté Shore D |
| Semelle de chaussure | 10 D |
| Tuyau d’arrosage | 30 D |
| Couverture rigide de livre | 40 D |
| Règle en bois | 70 D |
| Casque de chantier | 80 D |
Comment mesurer la dureté Shore ?
La procédure de mesure de la dureté Shore est décrite dans les quatre étapes ci-dessous :
- Placez l’échantillon de test sur une surface dure, plane et rigide. Appliquez une pression rapide et constante sur le duromètre, en évitant tout impact ou choc soudain.
- Prenez des mesures de dureté à des intervalles spécifiés. Enregistrez les lectures à 3 secondes, puis à 15 secondes.
- Mesurez la dureté à cinq points différents sur l’échantillon de test pour prendre en compte des variations. Calculez et enregistrez la moyenne de ces variations.
- Si l’aiguille du duromètre a pénétré le plastique jusqu’à sa profondeur maximale et que l’appareil est pressé fermement contre le matériau, l’aiguille indiquera la valeur de dureté du matériau sur l’échelle.
La valeur de dureté est affichée sur une échelle allant de 0 à 100 et est déterminée par la quantité de pression nécessaire pour former une indentation à une profondeur particulière. Les matériaux ayant des indices de dureté Shore plus élevés ont des duretés plus élevées. Cependant, il est important de noter qu’une dureté Shore plus élevée ne signifie pas nécessairement qu’un matériau est plus durable ou qu’il offre de meilleures performances dans toutes les applications. La dureté n’est qu’un aspect des propriétés d’un matériau ; d’autres facteurs tels que la flexibilité, la résistance aux chocs et la résistance à la traction jouent également des rôles cruciaux dans la détermination des performances globales.
Conseils de dépannage pour éviter des lectures de dureté Shore inexactes
Obtenir des lectures précises et fiables est essentiel pour prendre de bonnes décisions en matière de sélection de matériaux et de design de produits, mais divers facteurs peuvent conduire à des mesures inexactes ou à des problèmes spécifiques aux matériaux. Voici quelques conseils de dépannage pour vous aider à garantir des lectures de dureté Shore cohérentes et précises :
- Assurez-vous du bon étalonnage du duromètre Shore : étalonnez régulièrement votre duromètre à l’aide d’un bloc de référence standard pour garantir des lectures précises, car un appareil mal étalonné peut fausser les valeurs de dureté et avoir un impact sur la sélection des matériaux et le contrôle qualité. Gardez le duromètre propre et bien entretenu ; vérifiez l’usure de la pointe du pénétrateur et des autres pièces, et remplacez rapidement toute pièce usée pour maintenir la précision des mesures.
- Préparez correctement la surface du matériau : Assurez-vous que la surface du matériau est propre, lisse et exempte de contaminants ou de débris pour éviter des lectures inexactes. L’échantillon à tester doit être plat et dimensionné conformément aux normes d’essai (par ex., ASTM D2240-15). Si le matériau est doté d’un revêtement ou d’un traitement de surface, retirez-le ou choisissez une zone qui reflète les véritables propriétés générales du matériau pour éviter d’obtenir des lectures de dureté erronées.
- Utilisez l’échelle Shore correcte : choisissez l’échelle Shore appropriée (Shore A ou Shore D) pour le matériau testé afin d’éviter des lectures inexactes. Soyez attentif aux matériaux qui se situent dans des plages de dureté qui se chevauchent et sélectionnez l’échelle qui correspond le mieux aux propriétés du matériau et aux contraintes de l’application.
- Tenez compte des caractéristiques spécifiques du matériau : Tous les matériaux ne sont pas adaptés aux essais de dureté Shore. Les matériaux extrêmement durs ou mous peuvent sortir de la plage effective des échelles, et certains matériaux, comme les élastomères souples, peuvent se remettre d’une indentation trop rapidement, entraînant des lectures incohérentes ou inexactes. Pour améliorer la précision, prenez plusieurs mesures et calculez une moyenne. De plus, assurez-vous que les échantillons respectent les exigences minimales d’épaisseur, généralement au moins 6 mm, pour éviter des résultats biaisés dus à une épaisseur de matériau insuffisante pour une indentation correcte.
- Appliquez une technique de test adéquate : appliquez le duromètre avec une pression constante et régulière, en évitant les chocs soudains ou les mouvements brusques qui pourraient entraîner des lectures inexactes. Maintenez une durée de temporisation correcte (typiquement de 1 à 15 secondes) et enregistrez les mesures de manière systématique pour réduire la variabilité. Testez plusieurs points sur le matériau pour tenir compte des irrégularités et de la variabilité naturelle, en particulier dans les composites ou les matériaux mixtes. La moyenne de ces lectures donnera une valeur de dureté globale plus fiable.
Résultats d’essai de dureté pour des performances de matériaux fiables
Comprendre les différences entre les échelles de dureté Shore A et Shore D est crucial pour sélectionner les matériaux adaptés à vos applications spécifiques. En maîtrisant les techniques d’essai de dureté Shore, en choisissant l’échelle correcte et en résolvant les problèmes courants, les ingénieurs et les designers peuvent garantir des performances, une qualité et une durabilité optimales des matériaux dans leurs produits. N’oubliez pas que la dureté Shore n’est qu’un élément du puzzle. Prenez-la en compte, tout comme vous devez prendre en compte d’autres propriétés du matériau pour obtenir les meilleurs résultats.
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