Properties of polymers

4.5. Твердость полимерных материалов 
Термин твердость означает способность полимерного материала со-
противляться вдавливанию в него других тел. По сути, она характеризует 
механические свойства поверхности материала. На нее влияют температу-
ра, величина и скорость приложенного усилия и другие внешние факторы. 
Мягкие и эластичные полимерные материалы, имеющие низкую твер-
дость, могут быть использованы в качестве герметиков, уплотнительных и 
прокладочных материалов. В противовес эластикам, твердые полимерные 
материалы применяются для изготовления конструкционных деталей, а 
именно, тормозных систем, зубчатых колес и подшипников, деталей резь-
бовых соединений. 

---

36 
Значения измерений на твердость применяют для оптимизации со-
держания пластификатора, количества и вида наполнителя, условий пере-
работки в изделия. Кроме того, по величине твердости судят о следующих 
характеристиках: 

модуль упругости, 

коэффициент Пуассона, 

пластичность, 

упругость. 
Для определения твердости используют методы, отличающиеся гео-
метрией индентора: Бринелль, Роквелл, Виккерс (рис. 12). 
1. 2. 3. 
Рис. 12. Схемы инденторов: 
1 – стальной шарик (метод Бринелля); 2 – металлический конус (метод Роквелла);
3 – алмазная пирамидка (метод Виккерса) 
При испытаниях замеряют либо глубину вдавливания индентора h, 
либо размеры получаемого отпечатка l.
Кстати, ГОСТ 4670-70 предписывает для определения твердости по-
лимерного материала использовать именно метод Бринелля с замером глу-
бины индентора h. 
Значение твердости (НВ) по Бринеллю рассчитывают по формуле 
N
HB
d h


 
, Па, 
где N – усилие, приложенное к индентору, d – диаметр шарика, h – глубина 
вдавливания шарика. 
На рис. 13 показана зависимость твердости (HB) от усилия N. 
HB, МПа
N, H (кгс)
850
500
150
40
80
 
Рис. 13. Зависимость НВ от N полимера

---

37 
При малых значениях N площадь контакта невелика и значения твер-
дости получаются завышенными. В этом случае полимер ведет себя как 
упругое твердое тело. В интервале усилий 300 ÷ 500 Н значения НВ посто-
янны, что свидетельствует о пропорциональности приложенного усилия и 
возникающей деформации. При возрастании усилия до 1000 Н пластиче-
ские деформации резко увеличиваются, значения НВ уменьшаются, полу-
чаемые результаты выходят за пределы доверительного интервала. 
Упругость и пластичность материала измеряют, разгружая индентор 
без изменения образца. Отсчет остаточной деформации проводят через 
60 с после снятия нагрузки. Число упругости (У) в процентах рассчитыва-
ют по формуле 
1
У
100 %
h h
h



. 
Разрушающее напряжение σ
р
можно определить по формулам 
0,91
0,87
Р
HB



и 
0,93
0,35
Т
HB



Твердость полимерного материала существенно зависит от темпера-
туры испытаний (рис. 14). 
HB, МПа
T, ºC
100
50
30
75
Рис. 14. Зависимость твердости
полиамида от температуры
испытаний
Как видно из рис. 14, с увеличением температуры испытаний величи-
на твердости для полиамида резко снижается. Это обстоятельство следует 
учитывать при эксплуатации полимерных материалов в температурных 
полях.