Tại sao gioăng có độ cứng 70 Shore A vẫn có thể bị hỏng trong quá trình sử dụng?

Tóm lại: Bài kiểm tra cao su - Những điều người mua cao su cần biết

Vì sao độ cứng lại trở thành vấn đề ưu tiên trong chương trình nghị sự chất lượng?

Chủ đề về tiêu chuẩn độ cứng đang được thảo luận lại trong năm nay, 2026. Gần đây, tiêu chuẩn D1415 đã được ASTM phê duyệt lại, trong khi D2240-15(2021) vẫn còn hiệu lực. Một sáng kiến ​​sửa đổi riêng cho tiêu chuẩn D2240 đã được công bố vào cuối năm ngoái nhằm làm rõ các chi tiết về điều kiện và hiệu chuẩn. Có thể thấy rằng, nếu không có chỉ số độ cứng, một yêu cầu không thể được mô tả đầy đủ.

Nhiều bản vẽ yêu cầu độ cứng 70 +/- 5 Shore A. Phạm vi này giúp kiểm soát lô hàng, nhưng độ cứng của cao su không thể xác định loại polymer, dự đoán khả năng chống chất lỏng hoặc chứng minh rằng gioăng sẽ giữ được tải trọng. Người mua vẫn cần vị trí thử nghiệm, loại mẫu và phương pháp đo.

Chỉ số đo độ cứng thực sự cho bạn biết điều gì?

Máy đo độ cứng Shore sử dụng lực lò xo xác định để ấn đầu đo vào bề mặt. Độ xuyên thấu càng ít thì giá trị càng cao. Tiêu chuẩn ASTM D2240 gọi kết quả này là phép đo kiểm soát thực nghiệm bị ảnh hưởng bởi mô đun đàn hồi và tính chất nhớt đàn hồi. Do đó, độ cứng Shore A đo khả năng chống lún, chứ không phải áp suất làm kín.

Tiêu chuẩn ISO 48-4 khuyến nghị sử dụng thang đo A để kiểm tra độ cứng của cao su thông thường. Mặt khác, thang đo Shore D dùng để đo độ cứng của các vật liệu cứng hơn, Shore A0 dành cho các vật liệu có độ cứng tương đối thấp hoặc vật liệu dạng xốp, trong khi Shore AM dành cho các mẫu thử mỏng.

Việc lựa chọn thang đo không phù hợp có thể dẫn đến việc dữ liệu về độ cứng của chất đàn hồi được trình bày là rất chính xác nhưng trên thực tế lại trả lời một câu hỏi hoàn toàn khác.

Như bạn thấy đấy, hai hợp chất có thể đạt được độ cứng 70 Shore A theo cùng một cách nhưng sẽ phản ứng rất khác nhau khi chúng chạy qua một rãnh. Chất độn, chất hóa dẻo, hệ thống lưu hóa, polyme và quá trình xử lý sau lưu hóa cùng nhau có thể ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi, sự giãn nở ứng suất, độ biến dạng nén và phản ứng ở nhiệt độ thấp. Những khác biệt như vậy sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của gioăng cao su nếu các phép đo ban đầu là giống nhau.

Vì sao kết quả Shore A và IRHD không thể thay thế cho nhau

Tiêu chuẩn ASTM D1415 đo sự thay đổi độ xuyên thấu của một quả cầu cứng giữa lực ban đầu và lực cuối cùng lớn hơn. Kết quả được báo cáo theo độ cứng cao su quốc tế (IRHD). ASTM cho biết các chỉ số IRHD và Loại A có thể tương đương nhau trên các mẫu chuẩn đối với nhiều loại cao su lưu hóa, nhưng các phương pháp này không tương đương nhau.

Thời gian giữ lực, hình dạng đầu ấn, lực tác dụng và hình dạng mẫu thử có thể làm thay đổi kết quả. Thử nghiệm IRHD bao gồm các phương pháp thông thường, cao, thấp và siêu nhỏ. Tiêu chuẩn ISO 48-2 liệt kê Phương pháp N chủ yếu dành cho IRHD từ 35 đến 85 và Phương pháp M dành cho các mẫu mỏng hơn hoặc nhỏ hơn trong phạm vi tương tự.

Không nên đặt một giấy chứng nhận cho thấy kết quả 72 từ thử nghiệm IRHD bên cạnh kết quả độ cứng 69 Shore A và gọi đó là sự khác biệt ba điểm. Trước tiên, hãy so sánh tiêu chuẩn, thang đo, điều kiện xử lý, mẫu thử, thời gian giữ mẫu và vị trí. Chỉ có các phương pháp được so sánh tương đồng mới hỗ trợ một xu hướng hữu ích.

Hình học bộ phận có thể thay đổi con số

Một tấm phẳng tạo bề mặt ổn định cho đầu ấn. Vòng chữ O có hình dạng cong hẹp, trong khi một mép mỏng có thể nằm sát với một chi tiết cứng. Hình dạng hình học làm thay đổi cách phân bổ tải trọng qua chi tiết và có thể làm thay đổi độ cứng của cao su.

Tiêu chuẩn ISO 48-2 bao gồm các phương pháp đo độ cứng biểu kiến ​​cho các bề mặt cong và đề cập đến vòng đệm O-ring. Thử nghiệm độ cứng biểu kiến ​​vi mô (Micro IRHD) có thể phù hợp với các khu vực nhỏ. Tuy nhiên, không nên cho rằng giá trị đo được trên sản phẩm hoàn thiện tương đương với giá trị trên tấm tiêu chuẩn trừ khi kế hoạch kiểm tra thiết lập mối quan hệ đó.

Các đường vân, cổng, kết cấu, độ dày cục bộ và các chi tiết chèn gần đó có thể làm sai lệch kết quả đo. Bản vẽ cần ghi rõ độ cứng của chất đàn hồi được kiểm tra trên tấm thử, trên lớp niêm phong hoàn thiện, hay cả hai, và cần đánh dấu các vùng đo được chấp nhận.

Nhiệt độ và thời gian quan trọng hơn vẻ bề ngoài của chúng.

Cao su có đặc tính đàn hồi và giãn nở theo thời gian. Kết quả đo nhanh và kết quả đo chậm cũng có thể khác nhau vì cần thời gian để mẫu giãn nở sau khi vết lõm được loại bỏ.

Dĩ nhiên, nhiệt độ đóng vai trò rất lớn trong việc thay đổi kết quả. Ví dụ, một linh kiện được lấy ra từ xe tải đông lạnh có thể không cho kết quả đo tương đương với cùng linh kiện đó sau khi được bảo quản trong phòng thí nghiệm.

Dự án sửa đổi D2240 mở đề cập cụ thể đến việc làm rõ quy trình điều kiện hóa. Ghi lại nhiệt độ mẫu, thời gian điều kiện hóa, thời gian giữ và việc sử dụng giá đỡ thiết bị. Thử nghiệm IRHD tốt cần sự kỷ luật tương tự; nếu không, một sai lệch nhỏ có thể là do quy trình chứ không phải do hợp chất.

Hãy đảm bảo phương pháp có thể lặp lại trước khi siết chặt dung sai. Phạm vi độ cứng của chất đàn hồi quá hẹp có thể tạo ra các lỗi sai sót khi người vận hành sử dụng thời gian giữ khác nhau hoặc kiểm tra các bộ phận không được hỗ trợ. Một phương pháp ổn định thường cải thiện khả năng kiểm soát hiệu suất của gioăng cao su hơn là một giới hạn không thực tế.

Sự cố hỏng vòng đệm O-ring của NASA cho thấy giới hạn của một con số duy nhất.

Một đánh giá công khai của NASA về vòng đệm O-ring của van điều khiển lưu lượng trên tàu con thoi Space Shuttle là một ví dụ hữu ích. Sau sự cố rò rỉ khí heli trong thử nghiệm năm 2005, các nhà điều tra đã kiểm tra chín vòng đệm O-ring bằng nitrile từ ba tàu con thoi. Sáu trong số chín vòng đệm có vết nứt. Vòng đệm bị rò rỉ là vòng bị hư hại nặng nhất.

Tại vùng bị nứt, độ cứng Shore A cao hơn gần bốn điểm so với các vùng khác. Phân tích cơ học động cho thấy mô đun lưu trữ thấp hơn gần 25%, trong khi độ biến dạng nén ước tính là 9,5%. Một chỉ số độ cứng không thể giải thích được tình trạng này.

Theo báo cáo, các vết nứt xuyên tâm được cho là do sự tấn công của ozone gây ra. Chất nitrile được chế tạo để hoạt động với chất lỏng thủy lực, nhưng thực tế van lại đặt vòng đệm O-ring vào môi trường khô.

Trong thiết kế có một khe hở lên đến 0,009 inch khiến đường kính ngoài tiếp xúc với ba yếu tố - ozone (thường không phải là vấn đề), không khí dưới áp suất (ozone hình thành khi tiếp xúc với không khí) và nhiệt độ cao. Nói cách khác, sự hỏng hóc là do sự tương tác giữa vật liệu với môi trường và hình dạng phần cứng; độ cứng của cao su chỉ là một trong nhiều yếu tố, và không phải là yếu tố chính.

Trường hợp này minh họa tầm quan trọng của việc đánh giá kỹ lưỡng các gioăng cao su. Độ cứng có thể cho thấy một vấn đề cục bộ, nhưng việc chẩn đoán toàn diện có thể cần đến kiểm tra trực quan, độ biến dạng nén, dữ liệu độ bền kéo, xem xét môi trường và đánh giá rãnh. Các giá trị danh nghĩa quen thuộc không phải là lý do bào chữa cho môi trường không phù hợp.

Độ cứng không giống với lực làm kín.

Một lớp niêm phong tĩnh có hiệu quả vì khi vật liệu bị nén, nó tạo ra lực tiếp xúc. Độ cứng là một trong những đặc tính ảnh hưởng đến lực đó, đó là lý do tại sao độ cứng Shore A thường được dùng làm thước đo. Tuy nhiên, hai hợp chất được xếp hạng 70 có thể tạo ra lực khác nhau ở mức nén 20% do đường cong ứng suất - biến dạng và tốc độ giãn nở khác nhau của chúng.

Khoảng cách tương tự xuất hiện theo thời gian. Một công thức có thể giữ được độ bền hữu ích sau khi tiếp xúc với nhiệt, trong khi công thức khác có thể bị xẹp hoặc giãn ra mặc dù cả hai đều bắt đầu với độ cứng đàn hồi tương tự. Do đó, biến dạng nén, giãn nở ứng suất, trương nở chất lỏng, lão hóa nhiệt và phục hồi ở nhiệt độ thấp cần được xem xét cùng với độ cứng trong một kế hoạch đánh giá chất lượng nghiêm túc.

Độ đầy rãnh và dung sai cũng rất quan trọng. Một lớp gioăng cứng hơn trong rãnh nhỏ có thể làm tăng lực lắp ráp; lớp gioăng mềm hơn trong rãnh lớn có thể thiếu áp lực tiếp xúc. Hiệu suất của gioăng cao su phụ thuộc vào việc lựa chọn hợp chất phù hợp với độ ép, khe hở, áp suất, chuyển động và độ hoàn thiện bề mặt.

Cách viết yêu cầu về độ cứng mà nhà cung cấp có thể sử dụng lại

Trước tiên, hãy xác định tiêu chuẩn hoặc thang đo liên quan, ví dụ như ASTM D2240 Loại A hoặc phương pháp ASTM D1415 hoặc ISO 48 đã được thống nhất. Nêu rõ giá trị mục tiêu, sai số cho phép và loại mẫu thử sẽ được sử dụng.

Ví dụ, thông số kỹ thuật 70 +/- 5 sẽ không có ý nghĩa nếu một bên thực hiện thử nghiệm với tấm đệm 6 mm và bên kia lại sử dụng vòng đệm O-ring nhỏ để thử nghiệm.

Thêm nhiệt độ và thời gian xử lý, độ trễ sau khi đúc hoặc xử lý sau đúc, thời gian giữ nhiệt, số lần đo và các vùng đo được phê duyệt. Nêu rõ kết quả là giá trị riêng lẻ, giá trị trung vị hay giá trị trung bình. Đối với thử nghiệm IRHD trên các chi tiết cong, hãy nêu rõ phương pháp đo độ cứng biểu kiến ​​hoặc phương pháp đo độ cứng vi mô áp dụng thay vì để người kiểm tra tự lựa chọn.

Liên kết độ cứng của cao su với các thử nghiệm ứng dụng. Gioăng dầu có thể cần dữ liệu ngâm trong chất lỏng, gioăng tĩnh có thể cần dữ liệu về độ biến dạng nén hoặc giãn nở ứng suất, và gioăng động có thể cần kiểm tra độ mài mòn. Các thử nghiệm cần phản ánh môi chất, nhiệt độ, áp suất và chu kỳ hoạt động thực tế.

Đảm bảo sản xuất sát với mẫu đã được phê duyệt.

Khi phương pháp đã được lựa chọn, độ cứng trở thành một chỉ số quy trình đáng tin cậy. Sự thay đổi có thể là dấu hiệu của sự biến đổi trong quá trình trộn, sử dụng vật liệu không chính xác, sự thay đổi hướng đóng rắn hoặc điều kiện bảo quản không đúng.

Thông thường, xu hướng theo lô sẽ cung cấp thông tin hữu ích hơn là chỉ một lần kiểm tra đơn giản trong phạm vi dung sai rộng.

Kiểm soát sản xuất cần đảm bảo tính minh bạch về thành phần, thời gian đóng rắn, nguồn mẫu, xác minh thiết bị và phương pháp vận hành. Khi không thể đo lường một sản phẩm hoàn thiện một cách đáng tin cậy, một mẫu đối chứng được đúc từ cùng một lô có thể hỗ trợ kiểm soát, trong khi việc kiểm tra IRHD định kỳ đối với sản phẩm hoàn thiện xác nhận rằng hình dạng không che giấu sự thay đổi nào.

Cách Yida tiếp cận việc kiểm soát độ cứng của gioăng

Công ty TNHH Sản phẩm Cao su Chính xác Đại Liên Yida xem xét bản vẽ dựa trên các thông số môi trường, nhiệt độ, áp suất, rãnh và chu kỳ sử dụng. Quá trình xem xét này phân biệt mục tiêu độ cứng Shore A đơn giản với các đặc tính kiểm soát hành vi sử dụng.

Đối với một dự án mới, Yida có thể thống nhất phương pháp đo độ cứng của chất đàn hồi, loại mẫu, điểm đo và phạm vi chấp nhận trước khi sản xuất hàng loạt. Cuộc thảo luận tương tự cũng có thể bao gồm độ biến dạng nén, kích thước, hình thức, khả năng tương thích vật liệu và các thử nghiệm khác cần thiết cho ứng dụng thay vì chỉ dựa vào một con số tiện lợi duy nhất.

Các yêu cầu về vật liệu và quy trình được ghi lại giúp đảm bảo hiệu suất của gioăng cao su phù hợp với mẫu đã được phê duyệt. Khi yêu cầu kiểm tra IRHD hoặc kiểm tra thành phẩm, Yida sẽ ghi lại các điều kiện để các báo cáo sau này có thể được so sánh trên cùng một cơ sở.

Hãy gửi cho Yida bản vẽ, môi trường ứng dụng, phạm vi nhiệt độ, áp suất, loại chuyển động, số lượng mục tiêu và thông số độ cứng cao su hiện tại. Yida sẽ xem xét liệu độ cứng Shore A yêu cầu có khả thi hay không và xác định các thông tin bổ sung cần thiết trước khi lấy mẫu hoặc báo giá.