橡胶硬度测试方法发展动态与分析*

陈明华 吴向垒/广东省计量科学研究院

0 引言

硬度测试由于具有操作简便、成本低和非破坏性等特点，广泛应用于质量监控场合，是橡胶制品的重要指标。硬度可方便地鉴定一系列硫化橡胶产品的固化效果和均匀性，还适用于诊断目的，跟踪橡胶材料老化、污染与微孔等问题。

橡胶硬度测试方法全部属于静态压入法[1]，并且都是保持试验力情况下测量压入深度。由于不同硬度范围、不同形状样品、不同场合、不同准确度下可能需要使用不同的方法进行硬度测量，所以橡胶硬度有多种测量方法。GB/T23651-2009《硫化橡胶与热塑性橡胶硬度测试-介绍与指南》就是对目前主要的橡胶硬度测量方法进行综述，侧重介绍了橡胶硬度测试类型以及各种测试方法的选取原则，具有一般性指导意义。该标准还对一些常用且重要的术语、硬度测量的原理，以及硬度测量的用途和意义等内容都有简单说明。GB/T23651-2009等同采用国际标准ISO18517：2005《硫化橡胶与热塑性橡胶硬度测试-介绍与指南》，综合了GB/T6031-1998《硫化橡胶或热塑性橡胶硬度的测定（10～100 IRHD）》(idt ISO48：1984)，GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法 第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬 度 ）》(idt ISO7619-1)，GB/T531.2-2009《 硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法 第2部分：便携式橡胶国际硬度计法》(idt ISO7619-2)的内容，是关于硫化橡胶与热塑性橡胶硬度测试有关知识的概述性文件。另外该标准介绍了HG/T2450-1999《胶辊表观硬度的测定 橡胶国际硬度计法》(idt ISO7267-1)等关于表观硬度测定的内容。

1 橡胶国际硬度

橡胶国际硬度测量方法有关的标准有GB/T6031-1998、GB/T531.2-2009。

GB/T6031-1998规定了对表面平坦而且两面平行的硫化橡胶或热塑性橡胶国际硬度的4种测定方法，对应不同试验接触力、总试验力以及多种直径的钢球，以适合不同硬度范围、试样大小和使用场合的需要：

a) 方法N 常规试验；

b) 方法H 高硬度试验；

c) 方法L 低硬度试验；

d) 方法M 微型试验。

N、H、L和M的主要区别在于钢球的直径和压入力的大小，根据特定的用途选择合适的方法。每个方法的适用范围如图1所示。

图1 硬度测试的应用范围

方法N：硬度常规试验。适用于橡胶硬度在35～85 IRHD，也可用于硬度在30～95 IRHD范围内的橡胶。试样的厚度要求不小于4mm。

方法H：适用于橡胶硬度在85～100 IRHD，试样的厚度要求不小于4mm。

方法L：适用于橡胶硬度在10～35 IRHD，试样的厚度要求不小于6mm。

方法M：硬度的微型试验，本质上是按比例缩小的常规试验法。适用于橡胶硬度在35～85 IRHD，也可用于硬度在30～95 IRHD范围内的橡胶，试样的厚度要求小于4mm。

在85～95 IRHD和30～95 IRHD范围内，用方法N测得的硬度值与分别用方法H或方法L获得的数据不完全相同。

相同材质而厚度不同分别采用N和M方法的橡胶试样，N和M方法获得的数据也不完全相同。橡胶国际硬度M型硬度计实际上是N型硬度计的缩型，试验力为1/36，压针球体直径为1/6，因而1度M型硬度的压入深度为N型压入深度的1/6。理论上常规的N型硬度计与M型硬度计应给出相等的测试结果，但由于厚度和表面层效应（表面有可能比内部更坚硬）的影响，并不能保证测试结果相等。这种差别与被测样品有关，当样品的弹性和表面状况较好时，这种差别并不大。

GB/T6031-1998中关于方法CN、CH、CL和CM弯曲表面的表观硬度试验在本文第3部分另述。

GB/T531.2-2009规定了便携式橡胶国际硬度计法。GB/T531.2-2009等同采用国际标准ISO7619-2：2004《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第2部分：便携式橡胶国际硬度计法》。便携式橡胶国际硬度计也称袖珍式橡胶国际硬度计（IRHD pocket meter），便携式橡胶国际硬度计无论外观、用途还是准确度等与A型邵氏硬度计都非常相似，但便携式橡胶国际硬度计与A型邵氏硬度计测量原理、技术指标、校准方法不同。辨认便携式橡胶国际硬度计和A型邵氏硬度计的区别是计量单位。另一个特征是便携式橡胶国际硬度计的度盘是不等分度的，而A型邵氏硬度计是等分度的。橡胶便携式硬度计准确度低于定负荷橡胶国际硬度计，但使用方便，适合于橡胶制品成品和半成品的质量控制[2]。

2 邵氏硬度

邵氏硬度计也称邵尔硬度计（Durometer或Shore hardness tester），邵氏硬度试验方法历史悠久、应用广泛。邵氏硬度计结构紧凑、操作简单、携带方便，特别适合于现场的硬度测定，长期以来，一直用于橡胶、塑料成品和半成品硬度性能测定以及产品质量控制。

GB/T531.1-2008等同采用国际标准ISO7619-1：2004《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法 第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》，该标准代替GB/T531-1999《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》中的邵氏A和邵氏D的内容，还增加了AO、AM标尺试验方法。

根据邵氏硬度计原理，改变硬度计的压针形状和试验力大小可得出品种繁多的系列硬度计，用于测量不同硬度范围的材料，GB/T531.1-2008规定了A、D、AO、AM四种标尺。

——A标尺，适用于普通硬度范围；

——D标尺，适用于高硬度范围；

——AO标尺，适用于低硬度橡胶和海绵；

——AM标尺，适用于普通硬度范围的薄样品。

A标尺适合于中硬度范围，D标尺适合于高硬度范围，AO标尺适合于低硬度范围，AM标尺适合于薄小样品。

——D标尺低于20时，选用A标尺；

——A标尺低于20时，选用AO标尺；

——A标尺高于90时，选用D标尺；

——薄样品（样品厚度小于6mm），选用AM标尺。

我国目前使用的橡胶硬度计大多数是A型邵氏硬度计。A型邵氏硬度和橡胶的杨氏弹性模量有着一定的关系，可以通过测定橡胶的邵氏硬度而得到橡胶近似杨氏模量。A型邵氏硬度试验方法早在1959年就制定为部颁标准，1960年首次发布实施，后来又把部颁标准修订为国家标准，GB/T531-1999的上一个版本GB/T531-1992《硫化橡胶邵尔A硬度试验方法》就是只有A型硬度计。

邵氏D型硬度计适用于高硬度范围，我国目前生产和使用的邵氏D型硬度计数量较少，原因之一是只有在使用A型邵氏硬度计得到指示值超出90度时才使用邵氏D型硬度计进行测量，另一个原因是邵氏D型硬度计压针顶端容易磨损而不合格，故硬度计的使用寿命很短[3]。

增加AO、AM标尺试验方法有效地弥补了邵氏硬度对低硬度和薄小样品测量能力的不足[4]。

3 表观硬度

表观硬度大量应用于实际检测工作中，所谓表观硬度，是相对标准硬度而言的。标准硬度是用具有标准厚度且面积大于所规定最小边缘尺寸的试样、按照规定的操作程序得到的硬度；表观硬度是指用非标准尺寸的试样，按照有关标准规定的操作程序得到的硬度。

在日常检测工作中，尤其是对成品和半成品的硬度测量，很多情况下无法得到满足标准要求尺寸的试样，所得到的硬度值是在特定的样品形状和方法时测得的，称为表观硬度，胶辊表观硬度就是典型的一种。表观硬度可以说是不得已而为之，因为表观硬度值和标准方法所得硬度值是有区别的，但表观硬度只要把样品的形状和方法确定了，测量结果相互之间还是具有可比性的。

表观硬度在橡胶硬度试验中的应用要比金属硬度普遍，因为金属硬度试验法方法较多，某些试验方法，如显微硬度，试验力可以非常小，即使对于非常薄小样品也可以得到标准样品，同时由于里氏硬度计的发展，金属硬度现场测量也容易实现。金属硬度试验中，特性标尺和材料圆柱形和球形所测得表观硬度和标准硬度是可以换算的，而对橡胶硬度表观硬度和标准硬度的换算关系研究不多。

GB/T23651-2009还介绍了用非标准尺寸的试样的表观硬度，包括按照GB/T6031-1998规定橡胶国际硬度中的表观硬度、HG/T2450胶辊表观硬度的测定橡胶国际硬度计法(HG/T2450-1999，idt ISO7267-1：1997)、HG/T2413.2胶辊表观硬度的测定 邵尔硬度计法(HG/T2413.2-1992，idt ISO7267-2：1986)、ISO7267-3胶辊表观硬度的测定P .J硬度计法相应的HG/T2413.l-1992胶辊表观硬度的测定赵氏(P .J)硬度计法则是等效采用。

4 结语

综上所述，可以看出目前橡胶硬度测试方法主要是橡胶国际硬度和邵氏硬度两个系列。

橡胶国际硬度计的特点是准确度高、稳定性好，高、中、低、微型、便携式都拥有一个共同的计量单位IRHD，适合不同硬度范围、试样大小和使用场合的需要，并已初步形成一个量值传递系统[5]，可以采用标准橡胶硬度块进行检定校准，这是邵氏系列硬度所不能比拟的。

邵氏A、邵氏D和邵氏AO等之间不能比较，不能采用标准橡胶硬度块进行检定校准[6]，此外还存在使用寿命短、变化大的不足，但邵氏硬度计最大的优点是使用方便。邵氏硬度增加了AO标尺和AM标尺后，与原来A标尺和D标尺形成了低、中、高硬度测量范围以及薄小样品的测量，从适用范围上取得与橡胶国际硬度的可以抗衡的局面。邵氏硬度的还试图通过提高弹簧试验力允差要求及试验力保持时间延长等改进手段，以进一步提高测量准确度。

橡胶硬度测试方法橡胶国际硬度和邵氏硬度两个系列将在一段较长的时间内并存，而其他橡胶硬度测量方法将逐渐被淘汰。

[1]林巨才编.现代硬度测量技术及应用[M].北京：中国计量出版社,2008：2-6.

[2]温其诚编 硬度计量[M].北京：中国计量出版社, 1990：213-214.

[3]陈明华, 何广霖.D型邵氏硬度计检定方法中[J].中国计量, 2009,8: 121-123.

[4]王卫忠.橡胶压入硬度试验方法(邵尔硬度)新国标的理解与应用[J].中国计量, 2009, 10: 124-125.

[5]广东省计量科学研究所.JJF2049-1990[S].北京：中国计量出版社, 1990.

[6]林鲁山.邵氏A型硬度计的示值检定问题[J].计量技术, 1993, 9:25-28.