Kekerasan (hardness) karet adalah ketahanan permukaan karet terhadap penetrasi beban dengan berat tertentu yang ujungnya (indenter) berbentuk bola atau kerucut. Untuk jenis bola, dikenal dengan IRHD (International Rubber Hardness Degree) dan yang berbentuk kerucut merupakan Shore hardness degrees. Kekerasan karet adalah sifat mendasar yang digunakan untuk mengkarakterisasi bahan karet, dan memainkan peran penting dalam menentukan kinerja dan kesesuaiannya untuk berbagai aplikasi. Dua skala yang diakui secara luas untuk mengukur kekerasan karet adalah skala IRHD dan skala Shore. Skala ini menggunakan metode, instrumen, dan geometri indentor yang berbeda untuk menilai kekerasan sampel karet, dan penting untuk memahami perbedaan di antara keduanya untuk memastikan pengukuran yang akurat dan andal.Â
Pada tahun 1999, R. Morgans BSc, S. Lackovic BSc PhD, dan P. Cobbold menerbitkan paper dari penelitian mereka yang dipresentasikan pada pertemuan Rubber Division, American Chemical Society Orlando di Florida, Amerika Serikat. Penelitian ini terasosiasi dengan University of Greenwich dan H W Wallace & Co. Ltd.
Sejarah Pengujian Kekerasan Pada Karet
Akar pengujian kekerasan karet sudah ada sejak beberapa dekade. Sejak tahun 1920-an shore instruments ,termasuk berbagai varian pegas dan beban mati (dead load) telah digunakan. Penerapan instrumen beban mati pada varian pegas didorong oleh kebutuhan akan hasil yang konsisten. pada tahun 1940, British Standard (BS) menjadi tonggak sejarah dalam upaya untuk standarisasi pengukuran kekerasan karet. Seiring waktu, para peneliti dan insinyur bekerja untuk meningkatkan akurasi dan pengulangan dari hardness tester. Instrumen seperti Micro Hardness Tester diperkenalkan pada 1950-an, menawarkan versi yang diperkecil dari pengujian yang ada untuk mengakomodasi sampel yang lebih tipis dan lebih kecil.Â
Perbedaan Antara Instrumen IRHD dan Shore
Ada perbedaan mencolok antara metode pengujian kekerasan IRHD dan Shore. IRHD menggunakan beban mati dan gaya khusus yang diterapkan selama durasi yang ditentukan, sedangkan instrumen Shore mengandalkan pegas yang dikalibrasi dan mengukur kedalaman lekukan setelah waktu diam yang telah ditentukan. Skala IRHD bersifat non-linier, sedangkan semua skala Shore bersifat linier. Ada empat metode dalam uji kekerasan IRHD yang digunakan: Normal-hardness test (Dead Load), High Hardness test, Low-hardness test dan Micro-test. Sementara itu, rangkaian penguji kekerasan Shore menggabungkan delapan jenis skala: A, B, C, D, DO, O,OO dan M.Terlepas dari perbedaan ini, upaya telah dilakukan untuk mengkorelasikan hasil antara dua skala ini, seringkali melibatkan faktor penskalaan dan perkiraan. Selengkapnya tentang Perbedaan Antara IRHD dan Instrumen Shore.Â
Eksperimen Pengujian
Makalah ini menggali secara spesifik metode IRHD dan Shore, memeriksa karakteristik yang berbeda dari setiap instrumen dan teknik pengujian. Metode IRHD menggunakan beban mati dan gaya terapan tertentu, sedangkan metode Shore bergantung pada pegas yang dikalibrasi dan berbagai geometri indentor. Perbedaan dalam waktu pengujian, kekuatan, dan prosedur dieksplorasi secara menyeluruh, menjelaskan alasan variasi hasil yang diperoleh melalui metode yang berbeda.
Diskusi menyoroti ketidakandalan hasil yang diperoleh dari durometer genggam karena ketergantungan operator. Akibatnya, hasil eksperimen yang disajikan dalam penelitian diperoleh dengan menggunakan instrumen yang dipasang di bangku. Studi ini berfokus pada skala Shore A dan M untuk karet dan elastomer, mengabaikan skala Shore lainnya. Kalibrasi instrumen dilakukan sebelum dan sesudah pengujian, mempertahankan suhu standar 23±2°C. Waktu pengujian ditentukan untuk instrumen IRHD (5 dan 30 detik) dan waktu tinggal 1 dan 3 detik digunakan untuk instrumen Shore. Studi ini membandingkan pengaruh berbagai faktor pada instrumen Micro IRHD dan Micro Shore, termasuk ketebalan sampel, dimensi lateral, sampel bengkok, suhu, pengujian ulang, dan gaya kaki. Penelitian memperluas analisis ini untuk menyertakan instrumen Beban Mati dan Shore A, menggabungkan hasil dari pengujian permukaan melengkung. Hasil perbandingan diperoleh dengan menggunakan blok uji Wallace standar untuk beban mati dan instrumen mikro. Studi tersebut mengkaji dampak ketebalan sampel, termasuk pengujian bahan yang lebih tipis dan peningkatan ketebalan efektif melalui sampel yang diterapkan. Selain itu, efek suhu lingkungan yang meningkat pada instrumen Beban Mati dan Shore A juga diselidiki. Studi ini juga mengeksplorasi efek pengujian sampel melengkung, khususnya cincin ‘O’, pada instrumen yang berbeda, menekankan pentingnya perpindahan lateral yang akurat selama pengujian.
Hasil Pengujian
- Hasil uji menggunakan alat ukur beban mati Load Mikro dan Normal pada blok uji standar menunjukkan hasil yang konsisten. Waktu diam selama 1 dan 3 detik menghasilkan hasil setara dan konsisten untuk skala Shore A dan M. Meskipun pembacaan Beban Mati secara konsisten sedikit lebih tinggi daripada pembacaan Shore A dalam rentang uji (40-90 IRHD), terdapat kecenderungan perbedaan yang meningkat antara hasil Shore M dan Mikro IRHD seiring peningkatan nilai kekerasan.
- Pengujian menggunakan alat ukur Beban Mati IRHD dan Shore A pada sampel Mikro Wallace standar (tebal 2 mm) menunjukkan perbedaan hasil yang diharapkan dibandingkan dengan alat ukur yang sesuai untuk ketebalan sampel, yaitu Mikro IRHD dan Shore M. Karet yang lebih lunak dan alat ukur Beban Mati IRHD menunjukkan perbedaan yang lebih besar antara hasil instrumen mikro dan makro. Pada karet terkeras, hasil dari alat ukur Beban Mati IRHD mendekati hasil yang sangat mendekati hasil Shore A, dengan perbedaan hanya 1 unit.
- Ketika sampel yang lebih tipis ditingkatkan ketebalannya, baik alat ukur Mikro IRHD maupun Shore Mikro menunjukkan penurunan yang berkelanjutan pada kekerasan. Nilai kekerasan IRHD tetap lebih tinggi daripada nilai Shore M. Namun, alat ukur Mikro IRHD menunjukkan penurunan kekerasan yang lebih signifikan seiring dengan peningkatan ketebalan pada beberapa jenis sampel.
- Peningkatan suhu sebesar 10°C memiliki dampak yang kecil pada hasil uji Beban Mati IRHD pada blok uji standar, tetapi nilai yang sedikit lebih rendah diamati pada sampel yang lebih keras yang diuji menggunakan alat ukur Shore A.
- Penelitian juga mencakup perpindahan lateral cincin ‘O’ dan permukaan melengkung lainnya. Grafik menunjukkan perubahan kekerasan semu saat sampel dipindahkan melintasi indentor. Kurva yang dihasilkan oleh instrumen Mikro IRHD memiliki kemiringan yang lebih dangkal dibandingkan dengan instrumen Shore M. Sebaliknya, instrumen Shore M menghasilkan kurva yang lebih curam, dengan nilai kekerasan yang cepat menurun di kedua sisi titik mati atas. Contohnya, segmen pipa dan cincin EPDM ‘O’ menunjukkan respons yang berbeda pada instrumen IRHD Dead Load dan Shore A.
Kesimpulan
Hasil penelitian menunjukkan korelasi antara beban mati dan instrumen mikro IRHD, dengan hasil yang konsisten antara beban mati IRHD dan instrumen mikro IRHD untuk sampel mikro berlapis. Namun, korelasi yang sama tidak diamati untuk skala Shore A dan M. Ketebalan sampel Beban Mati IRHD mempengaruhi hasil lebih dari Shore A, sesuai dengan penelitian sebelumnya. Sampel berlapis nitril, neoprena, dan silikon menunjukkan penurunan kekerasan dengan bertambahnya ketebalan, dipengaruhi sedikit berbeda oleh jenis karet.
Instrumen mikro cocok untuk menguji sampel mikro dan makro, sedangkan Beban Mati IRHD dan Shore A lebih baik untuk sampel makro. Kurva yang lebih rata dalam pengujian sampel melengkung terlihat dengan instrumen IRHD Dead Load, Micro, dan Shore A, yang menunjukkan lebih sedikit ketergantungan pada penempatan sampel yang tepat. Grafik instrumen Shore M lebih memuncak, menuntut penempatan sampel yang akurat. Perubahan suhu berdampak lebih besar pada sampel karet alam yang lebih keras menggunakan Shore A daripada Beban Mati IRHD. Pengujian berulang di lokasi yang sama sangat memengaruhi hasil, terutama dengan Shore M. Hasil instrumen Shore berbeda antara waktu tunda 3 detik dan 1 detik, sehingga memerlukan waktu yang akurat dan dapat diulang. Sementara instrumen IRHD memerlukan waktu pengujian yang lebih lama, teknik prediktif dapat menguranginya untuk bersaing dengan waktu Shore.
Makalah ini telah melihat secara historis instrumen pengukuran IRHD dan Shore Hardness serta membahas dan menekankan perbedaan mendasar antara instrumen yang paling umum digunakan untuk karakterisasi kekerasan karet dan elastomer. Seperti yang ditunjukkan dalam makalah sebelumnya, berbagai instrumen menunjukkan kelebihan dan kekurangan dengan jenis sampel tertentu. Instrumen IRHD lebih disukai untuk pengujian nondestruktif dan Micro IRHD umumnya merupakan pilihan yang lebih baik untuk menguji permukaan melengkung. Instrumen Shore A lebih disukai untuk menguji sampel dengan ketebalan yang tidak standar dan ketika diperlukan waktu siklus pengujian yang lebih singkat. Pengaturan waktu yang akurat dan dapat diulang sangat penting untuk memungkinkan instrumen Shore A dan M memberikan hasil yang konsisten dan dapat dibandingkan.