Tấm Cao Su
Độ cứng Shore của cao su là gì? Bảng quy đổi & cách chọn
Độ cứng Shore của cao su là một trong những thông số thường gặp nhất khi lựa chọn cao su kỹ thuật, gioăng, đệm cao su, tấm cao su, bánh xe, cao su giảm chấn và các chi tiết đàn hồi công nghiệp. Trên bản vẽ hoặc tài liệu kỹ thuật, bạn có thể thường xuyên bắt gặp các ký hiệu như 50 Shore A, 60 Shore A, 70 Shore A, 90 Shore A hoặc Shore D.
Trong bài viết này, Cao Su Nhựa Hải Lâm sẽ giúp bạn hiểu rõ độ cứng Shore là gì, sự khác nhau giữa Shore A, Shore D, Shore OO/AO, cách đọc thông số, quy trình đo và cách lựa chọn độ cứng phù hợp cho từng ứng dụng.
Độ cứng Shore của cao su là gì?
Độ cứng Shore (Shore Hardness) là một phương pháp biểu thị khả năng chống lại sự lún/xuyên của một đầu đo có hình dạng xác định vào bề mặt vật liệu dưới tác dụng của lực quy định.
Thiết bị được sử dụng để đo được gọi là Durometer.
Khi đầu đo ép xuống bề mặt cao su:
- Vật liệu mềm cho phép đầu đo lún sâu hơn → giá trị Shore thấp hơn.
- Vật liệu cứng chống lại sự lún tốt hơn → giá trị Shore cao hơn trong cùng một thang đo.
Thang Shore thường biểu thị kết quả từ 0 đến 100. Tuy nhiên, con số chỉ có ý nghĩa khi đi kèm đúng tên thang.
Ví dụ:
- 40 Shore A.
- 60 Shore A.
- 70 Shore A.
- 90 Shore A.
- 50 Shore D.
70 Shore A và 70 Shore D không phải cùng một độ cứng, vì hai thang sử dụng cấu hình đầu đo và lực tác dụng khác nhau.
Tiêu chuẩn đo độ cứng Shore của cao su
Hai tài liệu thường được nhắc đến trong phép đo độ cứng Shore của cao su và elastomer là:
- ISO 48-4:2018 – Rubber, vulcanized or thermoplastic – Determination of hardness – Part 4: Indentation hardness by durometer method (Shore hardness).
- ASTM D2240 – Standard Test Method for Rubber Property-Durometer Hardness.
ISO 48-4:2018 hiện quy định các thang:
- Shore A: cao su trong vùng độ cứng thông thường.
- Shore D: cao su có độ cứng cao.
- Shore AO: cao su có độ cứng thấp và cao su cellular.
- Shore AM: mẫu cao su mỏng trong vùng độ cứng thông thường.
Trong khi đó, ASTM D2240 bao gồm nhiều loại durometer hơn như A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S và R.
Do đó, khi ghi thông số trên bản vẽ hoặc yêu cầu kiểm tra chất lượng, nên ghi đầy đủ giá trị Shore + thang đo + tiêu chuẩn thử nếu dự án yêu cầu kiểm soát chính xác.
So sánh Shore A và Shore D
Shore A là gì?
Shore A là thang được sử dụng rất phổ biến đối với cao su lưu hóa, cao su nhiệt dẻo và nhiều vật liệu đàn hồi trong vùng độ cứng thông thường.
Trong thực tế công nghiệp, bạn có thể bắt gặp nhiều yêu cầu như:
- Cao su 40 Shore A.
- Cao su 50 Shore A.
- Cao su 60 Shore A.
- Cao su 70 Shore A.
- Cao su 80 Shore A.
- Cao su 90 Shore A.
Trong cùng thang Shore A, số càng lớn thì vật liệu càng chống lại sự lún của đầu đo.
Ví dụ, một cao su 40 Shore A thường cho cảm giác mềm hơn đáng kể so với cao su 80 Shore A. Tuy nhiên, cảm giác bằng tay chỉ mang tính minh họa và không thể thay thế phép đo bằng durometer.
Shore D là gì?
Shore D được sử dụng cho vùng vật liệu cứng hơn so với phạm vi ứng dụng thông thường của Shore A.
Đây là thang có thể gặp ở:
- Cao su rất cứng.
- Một số elastomer cứng.
- Một số vật liệu polymer và nhựa kỹ thuật phù hợp với phương pháp thử.
Điểm cần lưu ý là Shore A và Shore D là hai thang khác nhau.
Không nên lấy một giá trị Shore A rồi tự động đổi sang Shore D bằng một công thức cố định. Các bảng chuyển đổi được công bố trên thị trường chỉ nên xem là công cụ tham khảo gần đúng nếu không có dữ liệu thử nghiệm trực tiếp.
Nếu bản vẽ yêu cầu Shore D, tốt nhất nên đo trực tiếp bằng thiết bị và phương pháp Shore D phù hợp.
Shore OO, AO và AM dùng khi nào?
Đối với các vật liệu rất mềm, vật liệu xốp hoặc mẫu có hình dạng đặc biệt, Shore A không phải lúc nào cũng là lựa chọn phù hợp.
- Shore OO xuất hiện trong ASTM D2240 và có thể được sử dụng đối với các vật liệu rất mềm, cellular hoặc gel-like phù hợp với phạm vi của phương pháp.
- Trong hệ ISO 48-4, Shore AO được quy định cho cao su có độ cứng thấp và cao su cellular.
- Shore AM theo ISO 48-4 được sử dụng cho các mẫu cao su mỏng trong vùng độ cứng thông thường.
Vì ASTM và ISO không sử dụng hoàn toàn giống nhau về danh sách thang đo, khi khách hàng yêu cầu “Shore OO” hoặc “AO”, cần xác định tiêu chuẩn mà bản vẽ hoặc hồ sơ kỹ thuật đang áp dụng.
Bảng độ cứng Shore A của cao su để tham khảo
Bảng dưới đây giúp hình dung tương đối về cảm giác của các vùng Shore A. Đây không phải bảng tiêu chuẩn để xác định vật liệu và không thay thế phép đo thực tế.
| Độ cứng Shore A | Cảm giác tương đối | Định hướng ứng dụng |
| 20 – 30A | Rất mềm, dễ biến dạng | Các chi tiết mềm đặc biệt, tùy vật liệu và thiết kế |
| 40 – 50A | Mềm, đàn hồi rõ | Đệm mềm, chi tiết cần biến dạng tương đối lớn |
| 60 – 70A | Độ cứng trung bình | Vùng thường gặp ở nhiều gioăng, đệm và chi tiết cao su kỹ thuật |
| 80A | Khá cứng | Chi tiết cần hạn chế biến dạng hơn |
| 90A trở lên | Rất cứng trong thang Shore A | Một số chi tiết chịu tải, bánh xe hoặc ứng dụng kỹ thuật đặc thù |
Lưu ý: Những vùng trên chỉ nhằm giúp hình dung tương đối. Cùng một Shore hardness không có nghĩa hai compound cao su sẽ có cùng độ bền kéo, độ giãn dài, compression set, khả năng chống mài mòn hoặc tuổi thọ.
Cao su 70 Shore A là gì?
70 Shore A là một mức độ cứng rất thường gặp trong lĩnh vực cao su kỹ thuật.
Ở mức này, vật liệu vẫn có khả năng đàn hồi nhưng tương đối cứng so với các compound 40A hoặc 50A.
70 Shore A thường được bắt gặp trong nhiều sản phẩm như:
- O-ring.
- Gioăng cao su.
- Đệm cao su.
- Chi tiết cao su đúc.
- Phớt và các sản phẩm sealing.
Tuy nhiên, 70 Shore A không phải “độ cứng tiêu chuẩn vàng” cho mọi gioăng.
Gioăng phù hợp còn phụ thuộc vào áp suất, kích thước khe hở, mức nén thiết kế, nhiệt độ, môi chất, chuyển động tĩnh/động và loại elastomer.
Độ cứng Shore có quyết định khả năng chịu tải của cao su không?
Không nên dùng riêng Shore hardness để kết luận khả năng chịu tải.
ASTM D2240 xem durometer hardness là một phép thử thực nghiệm phục vụ kiểm soát và đánh giá indentation hardness. Không tồn tại mối quan hệ đơn giản giữa kết quả Shore và một tính chất cơ bản duy nhất của vật liệu.
Đối với một chi tiết cao su chịu tải, kỹ sư còn phải xem xét:
- Kích thước và hình dạng chi tiết.
- Diện tích chịu tải.
- Ứng suất nén.
- Độ biến dạng cho phép.
- Compression set.
- Modulus.
- Tensile strength.
- Tear resistance.
- Nhiệt độ.
- Tải tĩnh hay tải động.
- Tần suất và chu kỳ tải.
Hai compound đều 70 Shore A vẫn có thể cho hiệu suất rất khác nhau trong cùng một máy.
Độ cứng Shore ảnh hưởng thế nào đến gioăng cao su?
Độ cứng là một trong nhiều thông số ảnh hưởng đến cách gioăng biến dạng khi được lắp và nén.
Cao su mềm hơn thường dễ biến dạng để thích ứng với bề mặt và khe lắp, nhưng khả năng chống extrusion hoặc giữ hình dạng dưới một số điều kiện có thể khác so với compound cứng hơn.
Cao su cứng hơn thường cần lực lớn hơn để tạo mức biến dạng tương đương và có thể phù hợp với những thiết kế cần hạn chế biến dạng.
Tuy nhiên, việc tăng Shore không tự động làm gioăng “tốt hơn”. Thiết kế sealing phải đồng thời xem xét:
- Độ cứng.
- Độ nén thiết kế.
- Compression set.
- Kích thước rãnh.
- Khe hở extrusion.
- Áp suất.
- Nhiệt độ.
- Môi chất.
Shore hardness có giống độ đàn hồi không?
Không. Đây là hai khái niệm khác nhau.
Shore hardness biểu thị khả năng chống lại sự lún của đầu đo trong điều kiện thử xác định.
Trong khi đó, khả năng đàn hồi và phục hồi của cao su liên quan đến nhiều đặc tính khác của compound.
Vì vậy, không nên kết luận:
“Shore càng thấp = đàn hồi càng tốt”
hoặc:
“Shore càng cao = chịu lực càng tốt”.
Cả hai cách hiểu này đều đơn giản hóa quá mức hành vi cơ học của elastomer.
Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo Shore
Kết quả đo durometer không chỉ phụ thuộc vào compound cao su. Điều kiện đo cũng có thể làm kết quả thay đổi.
Một số yếu tố quan trọng gồm:
- Loại durometer.
- Chiều dày mẫu.
- Hình dạng mẫu.
- Khoảng cách từ vị trí đo đến mép mẫu.
- Khoảng cách giữa các vị trí đo.
- Nhiệt độ mẫu.
- Thời gian điều hòa mẫu.
- Tốc độ đưa đầu đo tiếp xúc.
- Thời gian đọc kết quả.
- Bề mặt mẫu.
- Lực và độ ổn định của thiết bị.
Do đó, hai người đo cùng một miếng cao su nhưng sử dụng phương pháp khác nhau có thể nhận được kết quả khác nhau.
Cách đo độ cứng Shore của cao su
Đối với phép đo phục vụ nghiệm thu hoặc kiểm soát chất lượng, cần thực hiện theo đúng phiên bản tiêu chuẩn được quy định trong hồ sơ kỹ thuật.
Quy trình tổng quát có thể hiểu như sau:
- Chọn đúng loại durometer: Shore A, D, AO, AM hoặc loại phù hợp với tiêu chuẩn áp dụng.
- Chuẩn bị mẫu: mẫu phải đáp ứng yêu cầu về kích thước, chiều dày và bề mặt theo phương pháp thử.
- Đặt mẫu trên bề mặt phù hợp: đảm bảo mẫu được đỡ ổn định.
- Đưa durometer tiếp xúc với mẫu: đầu đo phải tác động đúng hướng và theo điều kiện của phương pháp thử.
- Đọc kết quả: thực hiện theo thời gian quy định của tiêu chuẩn hoặc ghi rõ thời gian đọc nếu yêu cầu thử sử dụng điều kiện khác.
- Đo tại nhiều vị trí: vị trí đo và cách xử lý kết quả phải tuân thủ tiêu chuẩn đang áp dụng.
Không nên mặc định rằng mọi phép đo Shore đều phải “đọc sau đúng 1 giây”. Thời gian đọc là một phần của phương pháp thử và cần được xác định theo tiêu chuẩn hoặc yêu cầu kỹ thuật áp dụng.
Tại sao cùng một miếng cao su đo Shore lại ra kết quả khác nhau?
Một số nguyên nhân phổ biến gồm:
- Mẫu quá mỏng.
- Đo quá gần mép.
- Bề mặt cong hoặc không phẳng.
- Thời gian đọc khác nhau.
- Thiết bị không được kiểm tra/hiệu chuẩn phù hợp.
- Người đo tạo điều kiện tiếp xúc không ổn định.
- Nhiệt độ mẫu khác nhau.
- Đo trên chi tiết có hình học không phù hợp với phương pháp.
Đây là lý do các dự án yêu cầu kiểm soát chất lượng cao nên thống nhất tiêu chuẩn, phương pháp và điều kiện đo ngay từ bản vẽ hoặc yêu cầu kỹ thuật.
Cách chọn độ cứng Shore theo ứng dụng
Không tồn tại một mức Shore tối ưu cho mọi sản phẩm. Việc lựa chọn cần bắt đầu từ chức năng của chi tiết.
| Yêu cầu | Xu hướng lựa chọn | Cần kiểm tra thêm |
| Đệm mềm, cần biến dạng lớn | Có thể cân nhắc Shore A thấp hơn | Compression set, tải, chiều dày |
| Gioăng làm kín thông dụng | 60–70 Shore A là vùng thường gặp, nhưng không mặc định | Áp suất, môi chất, nhiệt độ, squeeze |
| Chi tiết cần hạn chế biến dạng | Có thể cân nhắc Shore A cao hơn | Modulus, tải, hình học |
| Cao su giảm chấn | Chọn theo thiết kế hệ thống | Tải, tần số, độ võng, damping |
| Bánh xe/con lăn | Thường cần compound cứng hơn tùy ứng dụng | Tải, tốc độ, mài mòn, nhiệt sinh ra |
| Vật liệu rất mềm/xốp | Có thể cần AO/OO hoặc phương pháp phù hợp | Tiêu chuẩn và cấu trúc vật liệu |
Độ cứng Shore của các loại cao su NBR, EPDM, Silicone, Neoprene
Một sai lầm phổ biến là cho rằng mỗi loại cao su có một độ cứng Shore cố định.
Thực tế, NBR, EPDM, Silicone, Neoprene/CR và nhiều elastomer khác đều có thể được phối trộn thành nhiều mức độ cứng.
Ví dụ, cùng là NBR nhưng nhà sản xuất có thể xây dựng compound mềm hoặc cứng khác nhau tùy yêu cầu sản phẩm.
Vì vậy:
- NBR không mặc định là 70A.
- EPDM không mặc định là 60A.
- Silicone không phải lúc nào cũng mềm.
- Neoprene/CR cũng có nhiều grade hardness.
Khi đặt hàng cao su kỹ thuật, cần chỉ rõ cả loại polymer và độ cứng yêu cầu.
Ví dụ cách ghi yêu cầu Shore trên bản vẽ
Thay vì chỉ ghi:
“Cao su cứng 70”
nên sử dụng yêu cầu rõ ràng hơn, chẳng hạn:
NBR – 70 Shore A
hoặc khi hồ sơ yêu cầu kiểm soát theo tiêu chuẩn:
NBR – 70 Shore A – Hardness tested according to specified standard
Nếu có dung sai, cần ghi rõ:
70 ± 5 Shore A
Tuy nhiên, dung sai ±5 Shore A không phải quy tắc bắt buộc cho mọi sản phẩm. Dung sai phải được thống nhất dựa trên yêu cầu kỹ thuật, khả năng sản xuất và tiêu chuẩn áp dụng.
Những sai lầm thường gặp khi chọn độ cứng cao su
Nghĩ Shore càng cao càng tốt
Shore cao hơn đồng nghĩa vật liệu chống lún tốt hơn trong cùng thang đo, nhưng không có nghĩa sản phẩm sẽ tốt hơn cho mọi ứng dụng.
Dùng Shore để thay thế tất cả thông số cơ lý
Một specification chỉ ghi “70 Shore A” thường chưa đủ để định nghĩa toàn bộ hiệu suất của một compound cao su.
So sánh trực tiếp Shore A với Shore D
Hai thang sử dụng điều kiện đo khác nhau. Không nên so sánh số với số.
Đo trên mẫu không phù hợp
Mẫu quá mỏng, cong hoặc quá nhỏ có thể làm kết quả không đại diện cho phép thử tiêu chuẩn.
Chọn Shore mà không xét môi trường
Một gioăng 70A có thể phù hợp về độ cứng nhưng vẫn thất bại nếu polymer không chịu được dầu, hóa chất hoặc nhiệt độ của hệ thống.
Câu hỏi thường gặp về độ cứng Shore của cao su
Độ cứng Shore của cao su là gì?
Đây là độ cứng lõm được xác định bằng durometer, thể hiện mức độ vật liệu chống lại sự lún của đầu đo trong điều kiện thử xác định.
Shore A càng cao thì cao su càng cứng đúng không?
Đúng khi so sánh trong cùng thang Shore A và trong điều kiện thử phù hợp. Ví dụ 80 Shore A cứng hơn 50 Shore A về indentation hardness.
70 Shore A có phải độ cứng tiêu chuẩn của gioăng?
70 Shore A là mức rất thường gặp nhưng không phải tiêu chuẩn bắt buộc cho mọi gioăng. Độ cứng phải được lựa chọn theo thiết kế sealing.
Shore A và Shore D có giống nhau không?
Không. Hai thang sử dụng cấu hình đầu đo và lực khác nhau, phục vụ các vùng độ cứng khác nhau.
90 Shore A có bằng 40 Shore D không?
Không nên coi đây là phép quy đổi cố định. Các bảng chuyển đổi chỉ có thể dùng để tham khảo tương quan. Khi cần kết quả Shore D, nên đo trực tiếp bằng Shore D.
Shore OO dùng cho vật liệu nào?
Trong ASTM D2240, OO là một trong các loại durometer được sử dụng cho nhóm vật liệu phù hợp với phạm vi của phương pháp, bao gồm các vật liệu mềm/cellular/gel-like. Trong ISO 48-4, AO được quy định cho cao su độ cứng thấp và cellular rubber.
Cao su càng cứng có chịu tải càng tốt không?
Không thể kết luận chỉ từ Shore hardness. Khả năng chịu tải còn phụ thuộc modulus, hình học, diện tích chịu lực, biến dạng, nhiệt độ, compression set và nhiều yếu tố khác.
NBR 70 Shore A và EPDM 70 Shore A có giống nhau không?
Chúng có thể có mức indentation hardness tương tự theo cùng phương pháp thử nhưng đặc tính hóa học và cơ lý khác nhau. NBR và EPDM có khả năng chịu dầu, thời tiết, ozone và nhiệt độ khác nhau tùy compound.
Đặt gia công cao su theo độ cứng Shore tại Hải Lâm
Khi đặt hàng sản phẩm cao su kỹ thuật, chỉ cung cấp kích thước thường chưa đủ. Để lựa chọn hoặc gia công vật liệu phù hợp, khách hàng nên cung cấp càng đầy đủ càng tốt các thông tin:
- Loại cao su yêu cầu: NBR, EPDM, Silicone, Neoprene/CR, NR hoặc loại khác.
- Độ cứng Shore yêu cầu.
- Dung sai nếu bản vẽ quy định.
- Kích thước và dung sai kích thước.
- Nhiệt độ làm việc.
- Môi chất tiếp xúc.
- Áp suất hoặc tải trọng.
- Điều kiện tải tĩnh/động.
- Số lượng.
- Bản vẽ kỹ thuật nếu có.
Cao Su Nhựa Hải Lâm cung cấp và gia công nhiều dòng cao su kỹ thuật, tấm cao su và các chi tiết cao su theo yêu cầu.
Đối với những sản phẩm cần kiểm soát độ cứng, khách hàng nên gửi thông số Shore, tiêu chuẩn hoặc bản vẽ để Hải Lâm kiểm tra khả năng đáp ứng trước khi sản xuất.
Quý đối tác và khách hàng có nhu cầu tư vấn chuyên sâu về giải pháp vật liệu, vui lòng liên hệ với Cao Su Hải Lâm. Chúng tôi luôn sẵn sàng lắng nghe và giải đáp mọi yêu cầu kỹ thuật khắt khe nhất để mang lại hiệu quả tối ưu cho dự án.
