Trong ngành công nghiệp cao su, độ cứng là một trong những thông số kỹ thuật quan trọng. Độ cứng của bánh xe cao su được hiểu đơn giản là khả năng của lốp cao su chống lại sự lún, hay độ biến dạng dưới một lực tác dụng nhất định. Trong ngành công nghiệp bánh xe đẩy, độ cứng của cao su là thước đo thể hiện chất lượng và là yếu tố quyết định đến tính chất và môi trường sử dụng.
Phương pháp đo độ cứng SHORE được phát triển vào những năm 1920, ông Albert F. Shore đã phát minh ra thiết bị đo lường tên Durometer. Phương pháp đo độ cứng theo Shore đo độ cứng trong điều kiện đàn hồi của vật liệu. Thường dùng để đo những chất dẻo polime hay cao su. Độ cứng của bánh xe cao su có các loại thông dụng theo loại như sau:
Cao su mềm: thường có độ cứng đạt mức Shore A: 70±2 hoặc 60±2. Ở mức độ này cao su có độ đàn hồi rất tốt có tác dụng giảm ồn và giảm rung chấn cho hệ thống xe đẩy. Xem bánh xe cao su mềm của Globe
Cao su cứng: độ cứng khoảng Shore A: 95±2 hoặc có thể cao hơn. Ưu điểm là lốp cao su ít bị lún nên xe đẩy không bị lún, ì. Độ mềm thấp nhưng vẫn có tác dụng giảm ồn và giảm rung ở mức độ nhất định. VD như bánh xe cao su L150 Phong Thạnh
Các nhà máy cao su lớn và chuyên nghiệp có thể kết hợp tạo ra dòng cao su có độ cứng tăng dần từ lõi ra phần lốp tiếp xúc mặt nền. Công nghệ này tạo ra bánh xe có phần lốp mềm giảm ồn mà vẫn đảm bảo tính khó lún không gây ì ngay khi cả khi chất tải nặng. Thường thấy ở các dòng bánh xe Nhật Bản cao cấp như Hammer, Sisiku, Yuei, vv…
Để xác định độ cứng, có 2 cách phổ biển là đo với tải tĩnh và đo với sức nén lò xo. Tiêu chuẩn thử nghiệm căn cứ theo chuẩn của từng quốc gia. Các bạn có thể tự tìm các tiêu chuẩn sau: IS0 48, IS0 1400, IS0 7619, IS0 1818, ASTM D 2240, ASTM D 1415, BS 903: Part A26 , BS 903: Part A57 , DIN 53519-1, TCVN 1591.
Hình 1: Nguyên tắc của một phép thử độ cứng
Chú giải:
1. Vật nặng (tải tĩnh) hoặc sức nén lò xo
2. Indentor: đầu đo hoặc mũi đo độ cứng
3. Lốp cao su (vật làm thí nghiệm đo độ cứng)
4. Bảng điện tử thể hiện độ biến dạng
5. Vật chất bi vồng lên quanh đầu đo hoặc mũi đo
1. Phép thử với tải tĩnh
Phép thử sử dụng thiết bị đo độ cứng của cao su (xem ảnh). Thiết bị là một dụng cụ nhỏ sử dụng các quả nặng để đặt các tải tĩnh không đổi lên một mũi đo hình cầu. Khi đó độ lún của indentor được đo bằng đồng hồ quay số phía trên theo thang đo chuẩn IRHD. Phép thử này thường cho kết quả chính xác có độ trùng lặp so với phép thử dùng sức nén lò xo.
2. Phép thử với sức nén lò xo
Khác với phép thử với tải tĩnh là dùng các quả nặng, phép thử với nén lò xo tác dụng lực lên bề mặt cao su nhờ lực nén của lò xo. Thiết bị sử dụng nhỏ gọn hơn thậm chí có thiết bị có thể cầm tay được. Do vậy để kết quả được chính xác nhất, người ta thường cố định thiết bị bằng cách treo lên giá. Máy đo được thiết kế để bao phủ một dải rộng nhiều chuẩn độ cứng của cao su như A, B, C, D, E, M, DO, O và OO, OOO…Do đó tùy theo vật liệu cần đo mà ta quy ước trước một thang đo cho phù hợp, chẳng hạn như thang B,C,D cho các loại cao su cứng, thang O, OO cho cao su mềm, thang OOO cho cao su xốp và thang E ( hay AO) cho cao su mềm và vật liệu dạng ống.
3. Các phương pháp khác
Ngòai 2 phương pháp phổ biến trên, còn có một vài cách đo khác nhưng không phổ biến – VD tải tĩnh và tải động, sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử AFM hoặc thậm chí áp dụng các nghiên cứu trong động lực học để có kết quả đo ngày càng chính xác hơn.
4. Độ chính xác và so sánh giữa các phép thử độ cứng
Các chuẩn đo độ cứng như Shore A, Shore D tuy được thiết kế khác nhau nhưng sẽ có những giá trị các thang độ cứng giao nhau, do đó giữa các độ cứng cũng có tương quan tương đối với nhau:
Hình 2: Mối tương quan của các thang đo shore A,D và IRHD (đối với mẫu dày 10mm)