Альберт Фердинанд Шор

Альберт Фердинанд Шор (нем. Albert Ferdinand Shore; 1876, Нью-Йорк — 1936, Сент-Луис) — американский инженер и изобретатель, создатель одного из первых стандартизированных методов измерения твёрдости материалов — склероскопа Шора (склерометра). Наиболее известен как разработчик шкалы твёрдости Шора (тип A, C, D и др.), широко применяемой для эластомеров, пластмасс и мягких металлов.

Биография

Ранние годы и образование

Альберт Фердинанд Шор родился в 1876 году в Нью-Йорке в семье немецких иммигрантов. Точные даты его рождения и смерти в ряде источников расходятся (некоторые указывают 1877 год). О ранних годах жизни известно мало. Получил инженерное образование, специализируясь в области механики и материаловедения. В начале XX века работал в различных промышленных лабораториях, занимаясь вопросами контроля качества металлов и сплавов.

Карьера и изобретение склероскопа

В 1906 году Шор запатентовал устройство для измерения твёрдости, которое назвал склероскопом (от греч. σκληρός — твёрдый и σκοπέω — смотрю). Принцип действия прибора основывался на измерении высоты отскока стального бойка, падающего с фиксированной высоты на испытуемую поверхность. Этот метод получил название метод отскока Шора (или склероскопический метод). В 1907 году он основал компанию The Shore Instrument & Manufacturing Co. в Нью-Йорке, которая начала серийный выпуск склероскопов.

Позднее, в 1920-х годах, Шор разработал модификацию прибора для измерения твёрдости резины и других эластичных материалов. Этот прибор получил название дюрометр (от лат. durus — твёрдый и греч. μέτρον — мера). Для него была создана шкала, известная как шкала твёрдости Шора (Shore A, Shore D и др.).

Последние годы и наследие

Альберт Фердинанд Шор скончался в 1936 году в Сент-Луисе (штат Миссури). Его компания продолжала выпускать измерительные приборы, а разработанные им шкалы стали международными стандартами (ASTM D2240, ISO 868, ГОСТ 263-75). Имя Шора закрепилось в материаловедении как синоним метода твёрдости по отскоку (склероскоп Шора) и метода вдавливания для мягких материалов (дюрометр Шора).

Изобретения и методы

Склероскоп Шора (метод отскока)

Склероскоп Шора — прибор для измерения твёрдости материалов по высоте отскока ударника. Конструктивно представляет собой вертикальную трубку, внутри которой падает стальной боёк (индентор) с алмазным или закалённым наконечником. Боёк падает с высоты около 254 мм (10 дюймов). После удара о поверхность он отскакивает, и высота отскока фиксируется по шкале прибора. Чем твёрже материал, тем выше отскок.

• Шкала HSc (Shore HSc) — склероскопическая твёрдость по Шору. Значения варьируются от 0 до 140 единиц. Эта шкала применяется для твёрдых металлов (сталь, чугун, твёрдые сплавы), керамики, стекла. Метод не оставляет видимых повреждений на поверхности, что важно для готовых изделий.
• Особенности: метод является динамическим, не требует сложной подготовки образца, позволяет проводить измерения на крупных деталях и готовых конструкциях. Однако он менее точен, чем статические методы (Бринелля, Роквелла), и чувствителен к шероховатости поверхности.

Дюрометр Шора (метод вдавливания)

Для измерения твёрдости резин, пластмасс, кожи и других эластомеров Шор разработал дюрометр — прибор, в котором индентор вдавливается в материал под действием пружины. Глубина вдавливания преобразуется в показания шкалы. В зависимости от формы индентора и усилия пружины различают несколько типов шкал:

Значения твёрдости по Шору (тип A, D и др.) измеряются в условных единицах от 0 (максимальное вдавливание) до 100 (отсутствие вдавливания). Шкалы калибруются по эталонным образцам.

Применение

Промышленность и контроль качества

Методы Шора широко используются в различных отраслях:

• Резинотехническая промышленность: контроль твёрдости шин, уплотнителей, ремней, шлангов. Шкала Shore A является стандартом для всех эластомеров.
• Пластмассовая промышленность: измерение твёрдости полиэтилена, полипропилена, ПВХ, акрилов, поликарбоната. Для жёстких пластмасс применяют шкалу Shore D.
• Металлургия и машиностроение: склероскоп Шора (HSc) используется для быстрого контроля твёрдости крупных деталей (валы, шестерни, прокатные валки), а также для измерения твёрдости твёрдых сплавов и керамики.
• Производство обуви и кожгалантереи: определение твёрдости подошв, каблуков, кожзаменителей.
• Строительство: контроль твёрдости полимерных покрытий, герметиков, мастик.

Научные исследования

В материаловедении методы Шора применяются для сравнительного анализа свойств полимеров, композитов, биоматериалов. Шкалы Shore A и Shore D включены в международные стандарты (ASTM D2240, ISO 868, DIN 53505, ГОСТ 263-75). Склероскоп Шора используется для неразрушающего контроля твёрдости исторических артефактов (монеты, скульптуры) и геологических образцов.

Критика и ограничения

• Невысокая точность склероскопа: метод отскока чувствителен к массе образца, его закреплению, шероховатости поверхности и упругим свойствам материала. Для ответственных деталей предпочтительны статические методы (Роквелла, Бринелля, Виккерса).
• Ограниченный диапазон: шкалы Shore A и D не охватывают весь спектр твёрдости полимеров. Для очень мягких материалов (гели) требуется шкала Shore 00, для очень твёрдых — склероскоп HSc или методы Роквелла/Бринелля.
• Субъективность при ручном применении: дюрометры Шора требуют строгого соблюдения скорости нагружения и времени выдержки, иначе показания могут различаться. Автоматизированные приборы снижают эту погрешность.
• Неприменимость для тонких покрытий: глубина вдавливания может превышать толщину слоя, что приводит к влиянию подложки.

Интересные факты

• Название «склероскоп» было предложено самим Шором, однако в технической литературе часто используется термин «склерометр» (от греч. μέτρον — мера), что более точно отражает измерительную функцию прибора.
• Компания Shore Instrument & Manufacturing Co. просуществовала до 1960-х годов, после чего была поглощена более крупными производителями измерительного оборудования (например, Instron).
• В СССР и России склероскоп Шора (модель Ш-1) выпускался серийно и применялся на машиностроительных заводах для контроля твёрдости деталей.
• Шкала Shore A часто используется в быту: твёрдость резиновых мячей, подошв обуви, ручек инструментов, силиконовых форм для выпечки указывается именно в этих единицах.
• Метод отскока Шора лёг в основу современных портативных твёрдомеров (Leeb, Equotip), которые также измеряют твёрдость по высоте отскока, но с использованием электромагнитного или пьезоэлектрического датчика.

Источники

• ASTM D2240-15(2021) Standard Test Method for Rubber Property—Durometer Hardness
• ISO 868:2003 Plastics and ebonite — Determination of indentation hardness by means of a durometer (Shore hardness)
• ГОСТ 263-75 Резина. Метод определения твёрдости по Шору А
• Краткая энциклопедия «Измерение твёрдости» / под ред. В. И. Гольдмана. — М.: Машиностроение, 1985. — 320 с.
• Shore, A. F. (1906). «Skleroskop und Verfahren zur Messung der Härte von Metallen». Patent US 832,654.
• Davis, J. R. (ed.) (2002). «Hardness Testing». ASM International. ISBN 978-0-87170-775-6.