Twardość jako kluczowy parametr użytkowy klejów i uszczelniaczy: znaczenie, interpretacja i metody pomiaru
mgr inż. Wiktoria Długosz
Technolog chemiczny
Wprowadzenie
Twardość to jeden z podstawowych parametrów fizycznych służących do opisu materiałów polimerowych, w tym klejów i uszczelniaczy. Stanowi istotny wskaźnik odporności materiału na lokalne odkształcenie pod wpływem działającej siły. W kontekście technologii klejenia, twardość wpływa nie tylko na mechaniczne właściwości połączenia, ale także na jego zachowanie w czasie — np. pod wpływem pełzania, drgań, różnic temperatur czy naprężeń dynamicznych.
W artykule omówiono znaczenie parametru twardości w praktyce przemysłowej, jego powiązania z innymi cechami materiału oraz najczęściej stosowane metody jego pomiaru.
Znaczenie twardości w klejach i uszczelniaczach
• Twardość a zastosowanie końcowe
Twardość decyduje o:
- sztywności i sprężystości materiału po utwardzeniu – im większa twardość, tym mniejsze odkształcenia pod wpływem siły,
- odporności na zarysowania i uszkodzenia mechaniczne – istotne np. w połączeniach narażonych na ścieranie,
- zachowaniu pod obciążeniem długotrwałym – twardsze kleje są mniej podatne na pełzanie,
- komfort aplikacji – materiały o wysokiej końcowej twardości mogą być trudniejsze do przecinania lub obróbki po utwardzeniu,
- przepuszczalności i szczelności – w uszczelniaczach miękkich (niska twardość) łatwiej kompensować ruchy konstrukcyjne i dylatacje.
• Równowaga między twardością a elastycznością
W projektowaniu systemów klejąco-uszczelniających istotna jest równowaga między twardością a elastycznością. Zbyt twardy materiał może nie skompensować ruchów termicznych lub mechanicznych, co prowadzi do pękania spoiny. Z kolei zbyt miękki materiał może mieć niewystarczającą nośność przy obciążeniach mechanicznych.
Skale pomiaru twardości – Shore A i Shore D
Twardość materiałów polimerowych najczęściej określa się przy użyciu skali Shore’a, nazwanej od nazwiska amerykańskiego inżyniera Alberta Shore’a.
- Skala Shore A
• Stosowana do miękkich materiałów elastycznych: kauczuki, elastomery, miękkie kleje, SMP, silikony, PU.
• Zakres: 0–100 Shore A.
• Im wyższy wynik, tym materiał twardszy.
• Przykładowe wartości:
• Uszczelniacz silikonowy: 20–30 Shore A
• Klej SMP: 35–60 Shore A
• Guma techniczna: 60–70 Shore A
- Skala Shore D
• Stosowana do twardszych materiałów termoplastycznych i sztywnych żywic.
• Zakres: 0–100 Shore D.
• Kleje i masy, które przekraczają 85 Shore A, mogą być mierzone również w skali D.
• Przykłady:
• Poliwęglan: 70–85 Shore D
Metodyka pomiaru twardości
- Norma odniesienia
Pomiar twardości według Shore’a odbywa się zgodnie z normą:
• ISO 868 lub ASTM D2240 – dla skali Shore A i D.
Dla niektórych specjalistycznych elastomerów stosuje się również normę ISO 7619-1, jednak dla większości aplikacji klejowych i uszczelniających podstawą jest ISO 868.
- Zasada działania durometru
• Przyrząd pomiarowy (durometr) dociska znormalizowaną końcówkę wgłębnika do powierzchni próbki z siłą ok. 10 N.
• Wgłębienie jest mierzone po określonym czasie (najczęściej 3 sekundy po przyłożeniu siły).
• Wynik podaje się w punktach Shore’a (ShA lub ShD).
- Wymagania wobec próbki
• Grubość próbki: ≥6 mm (lub ułożenie kilku warstw w celu uzyskania tej grubości),
• Powierzchnia: płaska, czysta, bez pęcherzy i niedoskonałości,
• Czas utwardzania przed pomiarem: zgodny z normą (zwykle 7 dni w 23°C/50% RH, jeśli nie określono inaczej),
• Minimum 5 pomiarów w różnych miejscach próbki – wynik uśredniony.
Interpretacja i zastosowanie wyniku
• Dobór twardości do aplikacji
• Shore A 15–30: bardzo elastyczne uszczelniacze – dylatacje, elementy absorbujące drgania.
• Shore A 35–60: uniwersalne kleje i uszczelniacze SMP – fasady, konstrukcje drewniane, prefabrykacja.
• Shore A 65–85: bardziej sztywne kleje konstrukcyjne – podłogi, prefabrykaty betonowe, panele kompozytowe.
• Shore D >50: strukturalne kleje twarde – żywice epoksydowe, poliuretany 2K.
• Stabilność twardości w czasie
W przypadku klejów elastycznych ważne jest, aby twardość nie rosła znacząco z czasem (tzw. post-utwardzanie). Zbyt duży wzrost może prowadzić do kruchości i utraty zdolności kompensacyjnych. Dotyczy to zwłaszcza materiałów o niskiej odporności na UV i starzenie – np. klasycznych PU.
Podsumowanie
Twardość jest jednym z kluczowych parametrów pozwalających określić charakterystykę mechaniczną kleju lub uszczelniacza po utwardzeniu. Ma bezpośredni wpływ na:
• odporność na ściskanie i ścieranie,
• zachowanie spoiny przy obciążeniach dynamicznych i statycznych,
• komfort aplikacji i kompatybilność z ruchem materiałów.
Precyzyjny pomiar twardości według normy ISO (Shore A lub Shore D) pozwala nie tylko porównywać produkty między sobą, ale także dostosowywać je do bardzo konkretnych wymagań technicznych aplikacji.
W dobie coraz bardziej wyspecjalizowanych materiałów adhezyjnych, twardość – obok przyczepności, modułu i odporności na UV – staje się parametrem krytycznym w projektowaniu trwałych i bezpiecznych połączeń.
Źródła
- ISO 868
- ISO 7619-1
- ASTM D916
- FEICA – deklaracja EPD-FEI—20150251-IBG1-PL
