Comprendre le duromètre (dureté) :définitions, utilisations, types et exemples pratiques

Connaître les différentes propriétés d'un matériau est essentiel pour concevoir une pièce capable de remplir une fonction particulière. Une propriété importante à prendre en compte est la dureté (duromètre) d'un matériau. Le duromètre est une méthode standardisée pour mesurer la dureté ou la résistance d’un matériau à une déformation localisée due à l’indentation ou à l’abrasion. Il est souvent utilisé pour décrire la dureté des matériaux polymères et d'autres non-métaux.

La dureté (duromètre) est une mesure sans dimension. La dureté d'un matériau particulier est relative à la dureté d'autres matériaux, les valeurs étant obtenues en utilisant la même échelle. Différentes échelles de duromètre ont été développées pour quantifier et comparer les duretés de différents matériaux. Cet article définira le duromètre, les différents types d'échelle et des exemples.

Qu'est-ce que le duromètre (dureté) ?

Le duromètre fait référence à la dureté elle-même ou à la capacité d'un matériau à résister à une déformation localisée. Il est souvent utilisé pour mesurer la dureté des polymères et autres non-métaux. Duromètre peut également faire référence à la dureté Shore ou au duromètre Shore, du nom d'Alfred Shore qui a développé l'échelle de dureté Shore. Le terme duromètre est également utilisé pour désigner l'outil qui mesure la dureté des matériaux.

Le duromètre est une valeur sans unité. Cela signifie que la dureté d’un matériau est relative à la dureté mesurée d’autres matériaux lorsque l’on utilise la même échelle de duromètre. Les valeurs de dureté vont de 0 à 100. Les matériaux ayant des valeurs plus élevées sont plus durs que les matériaux ayant des valeurs plus faibles. Par exemple, une balle de golf d’une dureté Shore de 90A est plus dure qu’une gomme à crayon d’une dureté Shore de 40A. Cependant, il est important de comparer uniquement les valeurs de dureté provenant de la même échelle. Une dureté de 40 sur l’échelle Shore A n’est pas la même chose qu’une dureté de 40 sur l’échelle Shore D. En effet, les valeurs de dureté sont relatives aux matériaux sur la même échelle et aucune relation n'existe entre les valeurs des différentes échelles.

Comment utiliser un duromètre

Les étapes ci-dessous décrivent comment effectuer un test de dureté : 

1. Identifiez et fixez le pied d'indentation approprié au duromètre. L'échelle de dureté Shore à utiliser dépend du matériau de l'éprouvette, tandis que la forme et la taille du pied d'indentation dépendent de l'échelle de dureté Shore.
2. Posez l'éprouvette sur une surface dure et plane d'au moins ¼ " d'épaisseur.
3. Testez la dureté Shore du matériau en plaçant le duromètre et son pied d'indentation contre la surface de l'éprouvette.
4. Enregistrez la valeur de dureté Shore.

La méthode de test est la même quelle que soit l'échelle de dureté Shore utilisée.

Qu'est-ce qu'une échelle de duromètre (dureté) ?

Une échelle de duromètre est une classification qui décrit la dureté de différents matériaux regroupés en fonction d'attributs similaires tels que la rigidité et la flexibilité. Certaines échelles de dureté (duromètre), telles que Shore A et Shore OO, sont destinées aux matériaux plus tendres. D'autres, comme Shore D, sont destinés aux matériaux plus durs. Les valeurs de chaque échelle vont de 0 à 100, les matériaux devenant plus durs à mesure que leur valeur de dureté augmente.

Quels sont les différents types d'échelles de duromètre (dureté) ?

Il existe plusieurs types d'échelles de dureté (duromètre) qui quantifient la dureté de différents matériaux. L'ASTM D2240 est le système de mesure standard utilisé pour mesurer le duromètre des élastomères thermoplastiques (TPE), des caoutchoucs thermodurcis (vulcanisés) et des matériaux élastomères, entre autres. Les 12 échelles de dureté différentes sont décrites dans la liste ci-dessous :

1. Un

L'échelle du duromètre (dureté) Shore A, ou type A, est utilisée pour les matériaux souples et flexibles tels que :le caoutchouc souple, vulcanisé et naturel, les TPE, les thermodurcissables et polyacryliques flexibles, la cire, les cuirs et le feutre. Les élastiques ont une dureté d'environ 20A tandis qu'une bande de roulement de pneu a une dureté d'environ 70A. 

Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur l'échelle de dureté Shore A.

2. C

L’échelle de type C est utilisée pour les caoutchoucs, les TPE et les plastiques « moyennement durs » et chevauche l’échelle de type D. L'échelle de type C est destinée aux matériaux ayant une dureté supérieure à 90B, mais inférieure à 20D. Par exemple, un bracelet de montre fabriqué à partir de TPE peut avoir une dureté de 20 C, soit environ 12D.

3. D

La balance Shore D, ou type D, est utilisée pour les matériaux plus durs tels que les caoutchoucs durs et les thermoplastiques rigides tels que le polycarbonate. Par exemple, la dureté d’une roue de skateboard est d’environ 50D, tandis qu’un casque de sécurité a une dureté de 80D. L'échelle Shore D est destinée aux matériaux dont la lecture Shore A est supérieure à 90A.

Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur l'échelle de dureté Shore D.

4. B

L'échelle de type B est destinée aux caoutchoucs moyennement durs, aux TPE, aux matériaux fibreux et aux produits en papier. Cette échelle est destinée aux matériaux ayant une dureté supérieure à 90A, mais inférieure à 20D. Alors que Shore D est également utilisé pour les matériaux supérieurs à 90 A, Shore B peut être utilisé pour mesurer la dureté des matériaux à l'extrémité inférieure de l'échelle Shore D. Par exemple, une roulette sur un caddie a une dureté de 76B ou environ 90A.

5. M

L'échelle de type M est utilisée pour les caoutchoucs, les TPE et les plastiques minces et de forme irrégulière. Les exemples incluent les joints toriques et les joints. Cette échelle est destinée aux matériaux ayant une dureté Shore A comprise entre 20 et 85.

6. E

Le duromètre de type E est utilisé pour mesurer la dureté des caoutchoucs souples, des élastomères expansés et des enroulements textiles de densité moyenne tels que les fils enroulés et les fils.

7. O

L'échelle de type O concerne les caoutchoucs souples, les TPE et les plastiques ainsi que les enroulements textiles de densité moyenne. L'échelle est destinée aux matériaux qui ont une dureté inférieure à 20DO.

8. OO 

L'échelle de type OO est destinée aux caoutchoucs exceptionnellement mous, aux TPE, aux plastiques, aux mousses, aux éponges, aux tissus animaux et aux enroulements textiles de faible densité. Cette échelle est destinée aux matériaux ayant une dureté inférieure à 20O.

9. FAIRE 

L'échelle de type DO est destinée aux matériaux dont la dureté est supérieure à 90 °C. Cela inclut les caoutchoucs « modérément durs », les TPE et les enroulements textiles denses. 

10. OOO

Le type OOO est utilisé pour mesurer des matériaux incroyablement doux comme les mousses de combinaison et les mousses à cellules ouvertes et fermées. 

11. OOO-S 

L'échelle de type OOO-S sert à mesurer la dureté des polymères viscoélastiques. Cela inclut des objets tels que des sièges de vélo, des coussins de chaise et des matelas en gel. 

12. R

Contrairement aux autres échelles, l’échelle R n’est pas une échelle de dureté Shore, mais plutôt une échelle Rockwell R. L'échelle de dureté Rockwell est similaire à l'échelle de dureté Shore mais est souvent utilisée pour les métaux plutôt que pour les plastiques. L'échelle R est la meilleure pour les métaux et les TPE durs, les matériaux thermoplastiques et thermodurcis.

Les trois échelles les plus couramment utilisées sont les échelles A, D et OO. Bien que les limites de nombreuses échelles du duromètre se chevauchent (telles que Shore B et Shore D, toutes deux destinées à être utilisées pour des matériaux ayant une dureté supérieure à 90A), ces trois échelles sont complètes et peuvent couvrir une large gamme de matériaux de duretés différentes. Il est important de noter, cependant, que les valeurs de dureté entre différentes échelles ne doivent pas être comparées et que les valeurs de dureté entre échelles ne doivent pas être converties.

Quels sont les exemples de matériaux habituellement mesurés par un duromètre ?

La liste ci-dessous décrit certains matériaux dont les duretés sont couramment mesurées par un duromètre :

1. Caoutchouc vulcanisé

Les caoutchoucs vulcanisés sont des caoutchoucs qui ont été durcis par des processus chimiques et par chauffage. La vulcanisation rend les caoutchoucs plus durs et plus élastiques que les caoutchoucs traditionnels. La dureté des caoutchoucs vulcanisés est souvent mesurée par un duromètre afin que les ingénieurs puissent déterminer si un matériau particulier est idéal pour une application. Les caoutchoucs vulcanisés ont une dureté comprise entre 30 A et 70 A et sont souvent utilisés dans les pneus, les chaussures et les joints.

2. Élastomères thermoplastiques

Les TPE sont utilisés dans plusieurs applications, depuis les joints d'étanchéité et les amortisseurs de chocs jusqu'aux semelles de chaussures et palmes de plongée. La dureté (duromètre) est mesurée pour les TPE car les TPE sont souvent utilisés dans des environnements hautement abrasifs dans lesquels la résistance à l'abrasion et la flexibilité sont souhaitées. La dureté du TPE varie de 20 Shore OO à 90A. 

3. Matériaux élastomères

Les matériaux élastomères sont généralement des matériaux thermodurcis, tels que les mousses, les éponges et les caoutchoucs, qui présentent des propriétés élastiques ou semblables à celles du caoutchouc. Les élastomères sont souvent utilisés dans les adhésifs, les joints et les pièces flexibles des automobiles, des produits de consommation, des dispositifs médicaux, etc. Le duromètre est souvent testé car ces matériaux répondent à un large éventail d'applications dans lesquelles la flexibilité est importante. Le duromètre pour élastomères se situe le plus souvent entre 20A et 90A.

4. Matériaux imprimés en 3D

Les filaments et polymères d’imprimante 3D peuvent être utilisés pour imprimer des pièces répondant à un large éventail d’applications. Il est donc important de connaître la dureté de ces matériaux pour garantir une conception réussie de la pièce. Les valeurs de dureté des matériaux imprimés en 3D sont souvent plus dures que celles des TPE et autres matériaux élastomères. Les valeurs de dureté des matériaux imprimés en 3D vont de 70 A à 100 A.

5. Matériaux cellulaires

Les matériaux cellulaires sont des matériaux poreux qui sont considérés comme des matériaux à cellules ouvertes ou fermées. Les exemples incluent les éponges, la mousse, le liège et les textiles enroulés de faible densité. Les matériaux cellulaires sont souvent utilisés dans la construction légère, le contrôle du bruit et l’absorption de l’énergie en cas de collision. Par conséquent, la dureté est obtenue pour déterminer les matériaux idéaux pour différentes applications. La dureté des matériaux cellulaires peut varier de 30 à 70 Shore OO.

6. Matériaux de type gel

Les matériaux de type gel sont des matériaux qui partagent les caractéristiques des solides et des liquides. Les exemples incluent les gels de silice, les hydrogels et les semelles intérieures en gel pour chaussures. Les tests Shore OO sont utilisés pour mesurer la dureté des matériaux de type gel. Les valeurs de dureté varient généralement de 10 Shore OO à 40 Shore OO.

Quel est le testeur de duromètre (dureté) le plus précis ?

Les trois testeurs de duromètre (dureté) les plus précis sont répertoriés ci-dessous :

1. Qualitest™ HPE III : Peut être considéré comme le duromètre le plus précis. Il s'agit d'un duromètre numérique qui fournit des valeurs de dureté avec une virgule décimale. La dureté du matériau peut changer en fonction des fluctuations de température. Le HPE III est équipé de thermocouples capables d'interpréter la température de l'éprouvette et de fournir des lectures précises malgré ces fluctuations. Par rapport à une jauge analogique, la jauge numérique permet aux utilisateurs d’avoir une compréhension plus précise de la dureté d’un matériau sans avoir besoin de deviner. 
2. Testeur de duromètre Checkline DD-100 : Utilise un affichage numérique avec un point décimal pour les lectures de dureté. De plus, les mesures de dureté peuvent être prises sous n’importe quel angle puisque la gravité n’affecte pas les lectures. 
3. Qualitest™ HPE III Basic : Un duromètre numérique qui fournit des valeurs de dureté jusqu'à une décimale.