به گزارش تیم تحقیقات مرجع پلیمر در بازار ایران : مقاومت یك ماده نسبت به نفوذ یك جسم صلب در آن را سختی می نامند. اندازه گیری سختی یك جسم می‌تواند معرف سختی لایه رویی و یا عمق آن باشد. لذا روشهای سختی سنجی به بیان سختی ایجاد اثر در سطح قطعه و یا میزان نفوذ یك شی نوك تیز به داخل نمونه می پردازند.
از بین روشهای موجود روشهای اندازه‌گیری راكول و Shore برای ترموپلاستیكها (گرمانرم ها) عمومیت بیشتری دارد. مطالعات نشان می دهند که تقریبا رابطه ای خطی بین مدول و سختی در ترموپلاستیکها بر قرار می باشد شکل (۱). لذا می توان معیاری را بر اساس مدول الاستیسیته مواد پلیمری برای انتخاب روش اندازه گیری سختی بدست می دهد.
جدول (۱)
شکل (۱) ارتباط بین سختی و مدول در مواد پلیمری
جدول (۱) انتخاب روش انجام آزمون سختی بر اساس حدود مدول الاستیسیته پلیمر
در ذیل هر یک از روشهای اندازه گیری سختی توضیح داده می شوند:
روش سختی‌سنجی Barcol مطابق استاندارد ASTM D2583 میزان سختی ترموست‌ها را بین مقیاس 0 تا 100 نشان می‌دهد كه عدد 100 مبین جسم سخت‌تر است. شكل (2)
شکل (2) سختی سنج Barcol
همچنین برای سختی سنجی لاستیكها از سختی سنجی IRHD (International Rubber Hardness Degrees)مطابق استاندارد ASTM D1415 یا ISO 48 استفاده می شود كه مقاومت ماده لاستیكی یا الاستومری را نسبت به عمق نفوذ یك گلوله نشان می‌دهد.
این شاخص بین 0 تا 100 مدرج شده است كه مقدار 0 آن به ماده با مدول یانگ صفر و مقدار 100 آن با ماده ای با مدول یانگ بینهایت اختصاص دارد. برای مواد بسیار الاستیک سختی IRHD با سختی Shore A قابل مقایسه می باشد.
این تست در شرایط مختلفی انجام می شود كه جدول (2) حدودی از شرایط انجام آزمون در حالتهای نرمال ، سختی بالا ، سختی كم و میكرو را نشان می دهد.
جدول (2) روشهای مختلف سختی IRHD
| روش انجام آزمون | گلوله قطر (mm) | نیروی تماس(N) | کل نیرو(N) | ضخامت (mm) | محدوده IRHD |
| N (نرمال) | 2.5 | 0.3 | 5.7 | 4 | 30 تا 95 |
| H (سختی بالا) | 1.0 | 0.3 | 5.7 | 4 | 85 تا 100 |
| L (سختی پایین) | 5.0 | 0.3 | 5.7 | 6 | 10 تا 35 |
| M (میکرو) | 0.395 | 0.0083 | 0.153 | 4 | 30 تا 95 |
روش تست راكول (ROCKWELL) در شكل (۳) نشان داده شده است كه عمدتاً برای پلاستیكهای سخت كه ارتجاع یا خزش پلیمر، اثر كمی بر نتیجه تست دارد نظیر پلی‌كربنات، نایلون ، پلی استایرن و استال مورد استفاده قرار میگیرد.
شكل (۳) نحوه انجام تست سختی سنجی راکول
آزمون سختی سنجی راکول توسط استاندارد ASTM D785 یا 2039 ISO صورت میگیرد. مقادیر متفاوتی از آزمون راكول براساس اندازه گلوله استیل و میزان بار اعمال شده گزارش می‌شود.
سه روش عمومی كه در مورد پلاستیكها كاربرد بیشتری دارد عبارتست از راكول E ، M و R .
نتایج حاصل از راكول L كمتر استفاده می شود. همچنین مقادیر راكول A ، B و C معمولاً برای سختی سنجی فلزات مورد استفاده قرار میگیرد.
جدول (۳) روشهای مختلف اندازه گیری سختی راکول
| نام روش | اعمال بار کم(kg) | اعمال بار زیاد (kg) | قطر گلوله (in) | قطر گلوله (mm) |
| R | 10 | 60 | 0.5 | 12.7 |
| L | 10 | 60 | 0.25 | 6.35 |
| M | 10 | 100 | 0.25 | 6.35 |
| E | 10 | 100 | 0.125 | 3.175 |
| K | 10 | 150 | 0.125 | 3.175 |
از روشهای دیگر برای اندازه گیری سختی ، تست Shore می باشد که در شكل (۴) نشان داده شده است. این روش برای سختی سنجی پلاستیكهای نرم و لاستیكها با دو روش D و A به كار می رود.
Shore A برای لاستیكهای نرم و Shore D برای انواع سخت تر به كار می رود. سختی Shore انواع دیگری مانند O و H نیز دارد كه در موارد معدودی به كار می روند. سختی Shore توسط دستگاهی به نام Durometer اندازه‌گیری می‌شود.
با توجه به ارتجاعیت لاستیكها و پلاستیكهای نرم ، مقدار فرورفتگی با زمان تغییر می‌كند. لذا معمولاً مقدار اثر حاصل همراه زمان قرائت نتیجه گزارش می‌شود. این آزمون طبق استانداردهای ASTM D2240 یا 868 ISO قابل انجام میباشد.
شکل (۴) روش انجام تست سختی سنجی Shore
| Durometer | نوع کاربرد | ابعاد نشانه گر |
| A | استفاده برای مواد نرم |
 |
| D | استفاده برای مواد سخت |
 |
نتایج حاصل از تستهای سختی سنجی مقادیر مفیدی را درخصوص مقاومت ماده در برابر نفوذ یك جسم صلب در گریدهای مختلف یك پلیمر بدست می دهد. لازم به ذکر است که مقدار گزارش شده برای آزمون سختی همانند تست های استحكام كششی ، مقاومت به خراش ، سایش ، فرسایش نمی باشد و نمی‌تواند به تنهایی به عنوان یك ویژگی طراحی مورد استفاده واقع شود.
جدول (۴) مقادیر مقایسه ای از سختی راكول و Shore را برای چند نوع پلیمرمتفاوت ارائه می دهد.
جدول (۴) مقایسه مقادیر سختی چند نوع پلیمر از روشهای راکول و Shore
لازم به ذكر است كه روش سختی سنجی ویكرز (Vickers) برای بیان مقاومت به نفوذ یك نشانه هرمی مربع شكل در نمونه های فلزی ، سرامیكی و تركیبات كامپوزیتی به كار می رود.
در شکل (۵) رنج سختی در مواد لاستیکی و پلاستیکی به تصویر کشیده شده است.
شکل (۵) رنج سختی در مواد پلیمری مختلف
