듀로미터(경도) 이해하기: 정의, 용도, 유형 및 실용적 예시

특정 기능을 만족하는 부품을 설계하기 위해서는 소재의 다양한 특성을 아는 것이 중요합니다. 고려해야 할 중요한 특성 중 하나는 소재의 경도(듀로미터)입니다. 듀로미터는 소재의 경도 또는 압입이나 마모에 대한 국소적 변형 저항성을 측정하는 표준화된 방법입니다. 폴리머 소재와 기타 비금속의 경도를 설명하는 데 자주 사용됩니다.

경도(듀로미터)는 무차원 측정값입니다. 특정 소재의 경도는 동일한 스케일을 사용하여 얻은 다른 소재의 경도에 상대적입니다. 다양한 소재의 경도를 정량화하고 비교하기 위해 다양한 듀로미터 스케일이 개발되었습니다. 이 문서에서는 듀로미터, 다양한 스케일 유형, 예시를 정의합니다.

듀로미터(경도)란 무엇인가?

듀로미터는 경도 자체 또는 소재가 국소적 변형을 저항하는 능력을 의미합니다. 폴리머와 기타 비금속의 경도를 측정하는 데 자주 사용됩니다. 듀로미터는 쇼어 경도 또는 쇼어 듀로미터라고도 하며, 쇼어 경도 스케일을 개발한 알프레드 쇼어(Alfred Shore)의 이름을 따왔습니다. 듀로미터라는 용어는 소재의 경도를 측정하는 도구를 지칭하는 데도 사용됩니다.

듀로미터는 무단위 값입니다. 즉, 동일한 듀로미터 스케일을 사용할 때 소재의 경도는 측정된 다른 소재의 경도에 상대적입니다. 경도 값은 0~100 범위입니다. 값이 높을수록 더 단단한 소재입니다. 예를 들어, 쇼어 경도 90A의 골프공은 쇼어 경도 40A의 연필 지우개보다 더 단단합니다. 그러나 동일한 스케일에서만 경도 값을 비교해야 합니다. 쇼어 A 스케일에서 40의 경도는 쇼어 D 스케일에서 40의 경도와 다릅니다. 이는 경도 값이 동일한 스케일의 소재에 상대적이며, 다른 스케일의 값 사이에는 관계가 없기 때문입니다.

듀로미터 사용 방법

아래 단계는 경도 테스트 수행 방법을 설명합니다:

1. 듀로미터에 적절한 압입 발을 식별하고 부착합니다. 사용해야 할 쇼어 경도 스케일은 테스트 시편 소재에 따라 달라지며, 압입 발의 모양과 크기는 쇼어 경도 스케일에 따라 달라집니다.
2. 테스트 시편을 ¼인치(약 6.35mm) 두께 이상의 단단하고 평평한 표면 위에 놓습니다.
3. 듀로미터와 압입 발을 테스트 시편 표면에 대어 쇼어 경도를 테스트합니다.
4. 쇼어 경도 값을 기록합니다.

테스트 방법은 사용된 쇼어 경도 스케일에 관계없이 동일합니다.

듀로미터(경도) 스케일이란 무엇인가?

듀로미터 스케일은 강성 및 유연성과 같은 유사한 속성을 기반으로 함께 그룹화된 다양한 소재의 경도를 설명하는 분류입니다. 쇼어 A와 쇼어 OO 같은 일부 경도(듀로미터) 스케일은 더 부드러운 소재를 위한 것입니다. 쇼어 D 같은 다른 스케일은 더 단단한 소재를 위한 것입니다. 각 스케일의 값은 0~100 범위이며, 경도 값이 증가할수록 소재는 더 단단해집니다.

듀로미터(경도) 스케일의 다른 유형은 무엇인가?

다양한 소재의 경도를 정량화하는 여러 가지 경도(듀로미터) 스케일 유형이 있습니다. ASTM D2240은 열가소성 엘라스토머(TPE), 열경화(가황) 고무, 엘라스토머 소재 등의 듀로미터를 측정하는 데 사용되는 표준 측정 시스템입니다. 12가지 다른 경도 스케일은 아래 목록에 설명되어 있습니다:

1. A

쇼어 A 또는 A형 듀로미터(경도) 스케일은 다음과 같은 부드럽고 유연한 소재에 사용됩니다: 부드러운 고무, 가황 고무, 천연 고무, TPE, 유연한 열경화성 수지, 폴리아크릴, 왁스, 가죽, 펠트. 고무 밴드는 약 20A의 경도를 가지며, 타이어 트레드는 약 70A의 경도를 가집니다.

자세한 내용은 쇼어 A 경도 스케일 전체 가이드를 참조하세요.

2. C

C형 스케일은 '중간 경도' 고무, TPE, 플라스틱에 사용되며 D형 스케일과 겹칩니다. C형 스케일은 90B보다 높지만 20D보다 낮은 경도를 가진 소재를 위한 것입니다. 예를 들어, TPE로 제작된 시계 밴드는 20C의 경도를 가질 수 있으며, 이는 약 12D입니다.

3. D

쇼어 D 또는 D형 스케일은 폴리카보네이트 같은 단단한 고무와 강성 열가소성 수지 같은 더 단단한 소재에 사용됩니다. 예를 들어, 스케이트보드 휠의 경도는 약 50D인 반면, 안전모는 80D의 경도를 가집니다. 쇼어 D 스케일은 쇼어 A 측정값이 90A보다 높은 소재를 위한 것입니다.

자세한 내용은 쇼어 D 경도 스케일 전체 가이드를 참조하세요.

4. B

B형 스케일은 중간 경도 고무, TPE, 섬유 소재, 종이 제품을 위한 것입니다. 이 스케일은 90A보다 높지만 20D보다 낮은 경도를 가진 소재를 위한 것입니다. 쇼어 D도 90A 이상의 소재에 사용되지만, 쇼어 B는 쇼어 D 스케일의 하위 끝 부분에 있는 소재의 경도를 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 쇼핑 카트의 캐스터는 76B 또는 약 90A의 경도를 가집니다.

5. M

M형 스케일은 불규칙한 모양과 얇은 고무, TPE, 플라스틱에 사용됩니다. 예로는 O-링과 가스켓이 있습니다. 이 스케일은 쇼어 A 경도가 20~85 사이인 소재를 위한 것입니다.

6. E

듀로미터 E형은 부드러운 고무, 발포 엘라스토머, 상처 실과 실 같은 중간 밀도 직물 권선의 경도를 측정하는 데 사용됩니다.

7. O

O형 스케일은 부드러운 고무, TPE, 플라스틱, 중간 밀도 직물 권선을 위한 것입니다. 이 스케일은 20DO 미만의 경도를 가진 소재를 위한 것입니다.

8. OO

OO형 스케일은 예외적으로 부드러운 고무, TPE, 플라스틱, 폼, 스펀지, 동물 조직, 낮은 밀도 직물 권선을 위한 것입니다. 이 스케일은 20O 미만의 경도를 가진 소재를 위한 것입니다.

9. DO

DO형 스케일은 90C 이상의 경도를 가진 소재를 위한 것입니다. 이에는 '중간 경도' 고무, TPE, 조밀한 직물 권선이 포함됩니다.

10. OOO

OOO형은 슈트 폼, 개방 및 폐쇄 셀 폼 같은 믿을 수 없을 정도로 부드러운 소재를 측정하는 데 사용됩니다.

11. OOO-S

OOO-S형 스케일은 점탄성 폴리머 경도 측정을 위한 것입니다. 이에는 자전거 안장, 의자 쿠션, 젤 매트리스 같은 물체가 포함됩니다.

12. R

다른 스케일과 달리, R 스케일은 쇼어 경도가 아니라 락웰 R 스케일입니다. 락웰 경도 스케일은 쇼어 경도 스케일과 유사하지만 플라스틱보다는 금속에 자주 사용됩니다. R 스케일은 금속과 단단한 TPE, 열가소성, 열경화성 소재에 가장 적합합니다.

가장 일반적으로 사용되는 세 가지 스케일은 A, D, OO 스케일입니다. 많은 듀로미터 스케일의 경계가 겹치는 동안(쇼어 B와 쇼어 D 모두 90A 이상의 경도를 가진 소재를 위한 것), 이 세 스케일은 포괄적이며 서로 다른 경도를 가진 다양한 소재를 다룰 수 있습니다. 그러나 다른 스케일 간의 경도 값은 비교되어서는 안 되며, 스케일 간의 경도 값은 변환되어서도 안 된다는 점을 유의해야 합니다.

듀로미터로 보통 측정되는 소재의 예시는 무엇인가?

아래 목록은 듀로미터로 경도가 일반적으로 측정되는 일부 소재를 설명합니다:

1. 가황 고무(Vulcanized Rubber)

가황 고무는 화학적 공정과 가열로 경화된 고무입니다. 가황은 고무를 전통적인 고무보다 더 단단하고 탄력 있게 만듭니다. 가황 고무의 경도는 엔지니어가 특정 소재가 응용 분야에 이상적인지 확인할 수 있도록 듀로미터로 자주 측정됩니다. 가황 고무는 30A~70A 사이의 경도를 가지며 타이어, 신발, 가스켓에 자주 사용됩니다.

2. 열가소성 엘라스토머(TPE)

TPE는 웨더 실, 충격 흡수기, 신발 밑창, 스쿠버 핀 등 여러 응용 분야에 사용됩니다. TPE는 내마모성과 유연성이 모두 요구되는 고마모 환경에서 자주 사용되므로 TPE의 경도(듀로미터)가 측정됩니다. TPE 경도는 20 쇼어 OO에서 90A까지 범위입니다.

3. 엘라스토머 소재(Elastomeric Materials)

엘라스토머 소재는 일반적으로 폼, 스펀지, 고무 같은 탄성 또는 고무 같은 특성을 나타내는 열경화성 소재입니다. 엘라스토머는 접착제, 실, 자동차, 소비자 제품, 의료 기기 등에서 유연한 부품에 자주 사용됩니다. 이러한 소재가 유연성이 중요한 광범위한 응용 분야를 충족하므로 듀로미터가 자주 테스트됩니다. 엘라스토머의 듀로미터는 주로 20A~90A 사이입니다.

4. 3D 프린팅 소재(3D-Printed Materials)

3D 프린터 필라멘트와 폴리머는 다양한 응용 분야를 만족하는 부품을 프린팅하는 데 사용될 수 있습니다. 따라서 성공적으로 설계된 부품을 보장하기 위해 이러한 소재의 경도를 아는 것이 중요합니다. 3D 프린팅 소재의 경도 값은 TPE와 기타 엘라스토머 소재보다 더 단단한 경우가 많습니다. 3D 프린팅 소재의 경도 값은 70A~100A 범위입니다.

5. 셀룰러 소재(Cellular Materials)

셀룰러 소재는 개방 셀 또는 폐쇄 셀 소재로 간주되는 다공성 소재입니다. 예로는 스펀지, 폼, 코르크, 낮은 밀도 권선 직물이 있습니다. 셀룰러 소재는 경량 구조, 소음 제어, 충돌 에너지 흡수에 자주 사용됩니다. 따라서 다양한 응용 분야에 이상적인 소재를 결정하기 위해 경도를 얻습니다. 셀룰러 소재의 경도는 30~70 쇼어 OO 범위일 수 있습니다.

6. 젤 같은 소재(Gel-Like Materials)

젤 같은 소재는 고체와 액체의 특성을 공유하는 소재입니다. 예로는 실리카 겔, 하이드로겔, 신발용 젤 깔창이 있습니다. 쇼어 OO 테스트는 젤 같은 소재의 경도를 측정하는 데 사용됩니다. 경도 값은 일반적으로 10 쇼어 OO에서 40 쇼어 OO 범위입니다.

가장 정확한 듀로미터(경도) 테스터는 무엇인가?

가장 정확한 세 가지 듀로미터(경도) 테스터는 다음과 같습니다:

1. Qualitest™ HPE III: 가장 정확한 듀로미터로 간주될 수 있습니다. 소수점 한 자리까지 경도 값을 제공하는 디지털 듀로미터입니다. 소재 경도는 온도 변동에 따라 변할 수 있습니다. HPE III는 테스트 시편의 온도를 해석할 수 있는 열전대를 장착하여 이러한 변동에도 정확한 읽기를 제공합니다. 아날로그 게이지와 비교하여, 디지털 게이지는 추측할 필요 없이 소재 경도에 대한 더 명확한 이해를 사용자에게 제공합니다.
2. Checkline DD-100 듀로미터 테스터: 경도 측정에 소수점 한 자리의 디지털 판독값을 사용합니다. 또한, 중력이 읽기에 영향을 주지 않으므로 어떤 각도에서든 경도 측정을 수행할 수 있습니다.
3. Qualitest™ HPE III Basic: 소수점 한 자리까지 경도 값을 제공하는 디지털 듀로미터입니다.