蕭氏硬度 (Shore) A/D/C/OO 詳解：差異、應用與換算

在橡膠、彈性體及聚合物材料的設計與選型過程中，硬度 (Hardness) 是一項最直觀，卻也最常被誤解的性能指標。它不僅關乎材料的手感與柔韌性，更與其密封性能、回彈特性、耐磨耗壽命、壓縮永久變形等關鍵工程性能直接相關。

本文將以工程師的視角，系統解析蕭氏 (Shore) 硬度中應用最廣的 A、D、C、OO 四種標尺，深入探討它們各自的測試原理、應用場景、標尺間的關係，以及如何正確解讀和應用硬度數據。

蕭氏硬度 Shore Hardness

什麼是蕭氏硬度？

蕭氏硬度是一種標準化的測試方法，用於量化材料——主要是彈性體（如橡膠、矽膠）和聚合物（如塑膠）——抵抗壓痕的能力。

測試的核心原理是使用一台被稱為「蕭氏硬度計」 (Durometer) 的儀器，通過內部彈簧施加一個特定的力，將一個標準化的壓頭 (Indenter) 垂直刺入材料表面。

硬度計最終顯示的讀數是一個 0 到 100 之間的無單位數值，它與壓頭刺入的深度成反比：

• 讀數為 100：代表壓頭沒有壓入材料（壓痕深度為 0 毫米），表示材料達到了該標尺所能測量的最硬程度。   
• 讀數為 0：代表壓頭完全壓入了其設計的最大行程（通常為 2.5 毫米），表示材料極軟，已超出了該標尺的有效測量下限。

核心標準: ASTM D2240

幾乎所有蕭氏硬度測試都遵循 ASTM D2240（「橡膠性能——硬度計硬度標準測試方法」）這一權威規範。該標準詳細規定了所有 12 種硬度計類型（包括 Shore A 硬度計、Shore D 硬度計、Shore C 硬度計 和 Shore OO 硬度計等）的精確儀器規格、壓頭形狀、彈簧力、樣品製備和測試程序。

ASTM D2240 規定了獲得可重複讀數的關鍵前提：

1. 樣品厚度： 標準試樣厚度至少為 6.4 毫米（約 1/4 英吋）。   
2. 樣品表面： 樣品必須放置在堅硬、平坦的表面上，硬度計的壓腳必須完全貼合樣品表面。   

如果樣品太薄，壓頭施加的力會「穿透」樣品，實際上測量的是樣品和下方堅硬測試台的組合硬度，這將導致一個錯誤偏高的讀數。

物理差異與應用

蕭氏硬度之所以存在多種標尺，是因為單一的壓頭和彈簧力無法覆蓋從凝膠到硬塑膠的全部材料範圍。每種標尺在物理上都是一套獨立的測試系統，其核心差異在於：

1. 壓頭 (Indenter) 的幾何形狀
2. 彈簧力 (Spring Force) 的大小

為特定材料選擇錯誤的標尺，會得到毫無意義的讀數。例如，用 D 型的尖壓頭去測軟凝膠，它會直接將其刺穿。

1. Shore A

應用範圍： 這是橡膠和彈性體行業中最常用的標尺。它覆蓋了從非常柔軟到中等硬度的材料，工程實務中的典型範圍為 20A 至 90A。應用包括軟模矽膠、O型環 (O-rings)、汽車輪胎胎面、鞋底和熱塑性彈性體 (TPE)。

• 壓頭形狀： 35度截頭圓錐形（Truncated Cone），即一個平頭圓錐。 
• 彈簧力： 8.05 牛頓 (N)（約 822 公克）。 

Shore A 硬度計

2. Shore D

應用範圍： 當材料硬度超出 A 標尺的上限（即高於 90A）時，應改用 Shore D 硬度計 (Shore D Durometer) 進行測量。它主要用於測量硬橡膠、半剛性塑膠和硬塑膠。常見範例包括工程安全帽、PVC 管、高爾夫球和聚氨酯滑輪。

• 壓頭形狀： 30度錐形（尖端半徑 0.1 毫米），比 A 型壓頭尖銳得多。
• 彈簧力： 最大 44.45 牛頓 (N)（約 4.5 公斤力），遠大於 A 型。

Shore D 硬度計

3. Shore C

應用範圍： 用於測量中等硬度的彈性體和塑膠。使用 Shore C 硬度計測量時，它在標尺範圍上與 A 的高端和 D 的低端重疊。當材料對於 A 標尺太硬（> 90A）但對於 D 標尺又太軟（< 20D）時，Shore C 可提供更精確的測量。

• 壓頭形狀： 與 Shore A 相同，為35度截頭圓錐形。
• 彈簧力： 與 Shore D 相同，為 44.45 牛頓 (N)。

(註：Shore C 結合了 A 的壓頭和 D 的彈簧力，在某些特定標準中用於精細調校配方)。

Shore C 硬度計

4. Shore OO

應用範圍： 用於測量極其柔軟的材料。如果一種材料在 Shore A 標尺上的讀數低於 10A，則應使用 Shore OO 硬度計 (Shore OO Durometer)。典型應用包括凝膠、矽脂、海綿、發泡體和人造皮膚材料。

• 壓頭形狀：1.20 毫米半徑的球形壓頭。   
• 彈簧力： 極小，最大僅 1.111 牛頓 (N)（約 113.3 公克）。

Shore OO 硬度計

工程師經驗法則：

• 如果 Shore A 的測量值高於 90A，應換用 Shore D 標尺。
• 如果 Shore D 的測量值低於 20D，應換用 Shore A 標尺。

蕭氏硬度換算

在材料工程領域，一個常見的需求是比較不同標尺的硬度值，例如將 Shore A 轉換為 Shore D。然而，必須明確指出：這在科學上是不嚴謹的。

如上所述，A、D、C、OO 標尺使用完全不同的壓頭幾何形狀和大小懸殊的彈簧力。它們測量的是材料在不同條件下的物理響應（例如，Shore A 測量「壓縮阻力」，而 Shore D 測量「穿透阻力」）。

因此，任何「換算表」或「轉換圖」都是基於大量經驗數據對比得出的近似值 (Approximation)，而非精確計算。這些表格僅應用於設計初期或與客戶溝通材料大致類別之用。

重要提示： 此表為經驗性對照，不具備工程精度。在制定技術規格或進行品質管制 (QC) 時，必須使用目標標尺（A、D、C 或 OO）重新進行實際測量。

結論

蕭氏硬度只是材料性能中的一項指標。在最終材料選型過程中，還需結合其他機械性能和使用環境等因素進行綜合評估。例如，材料的拉伸強度、斷裂伸長率、壓縮永久變形等機械性能，以及所處化學介質、工作溫度範圍和終端觸感要求等，都直接影響材料的適用性。

因此，為了在複雜的應用場景中選出最合適的彈性體，需要根據具體要求平衡硬度與上述性能指標，以確保材料具有全面匹配的性能表現。