Prove Comparative

Diversi test effettuati dimostrano che AN-VI riduce gli effetti d’urto e attenua le vibrazioni da impatto generate dai ripetuti colpi di metallo su metallo. I grafici mostrano la forza che una biglia in acciaio in caduta libera trasmette ad una cellula di prova. Dei pezzi di caucciù perforati (RUBBER), di Etilvinil-Acetato (E.V.A.) e di AN-VI sono stati interposti tra la biglia d’acciaio e gli strumenti di misura. I risultati mostrano che, alla stessa altezza di caduta della biglia e per la stessa quantità di materiale, AN-VI assorbe totalmente l’energia generata dallo shock (non ci sono effetti di rimbalzo) e riduce l’impatto sulla superficie inferiore dello strumento di misura.

 

FORZE TRASMESSE DALLA CADUTA LIBERA DI UNA SFERA D’ACCIAIO IN UNA CELLA DI CARICO CON L’INTERPOSIZIONE DI PROVINI DI GOMMA, ETHIL-VINIL-ACETATO E AN-VI.
(Politecnico di Milano, Servizi di Ricerche Biomeccaniche, 1989)

 

I valori di picco di forza riscontrati sono stati:

Gomma: 144 N
E.V.A.:  120 N
AN-VI:  100 N

 

 

L’elasticità di rimbalzo AN-VI

 

Uno dei principali differenziatori fra AN-VI e gli altri elastomeri di buona qualità è la sua elasticità di rimbalzo. Questa quantità è il parametro che esprime la capacità del materiale di dissipare energia meccanica. Si è misurata per mezzo di uno strumento chiamato “il ritorno del pendolo” la quantità di energia meccanica restituita ad una sfera d’acciaio lasciata cadere da una determinata altezza su un campione del materiale in esame. Con AN-VI, per temperature comprese tra 0° e 30°C, meno del 5% della originaria energia potenziale della sfera è restituita alla stessa, mentre il restante 95% viene assorbito da AN-VI. Nella figura accanto  l’elasticità di rimbalzo di AN-VI viene rappresentata graficamente in confronto con altri comuni elastomeri in funzione della temperatura. Nella gamma di temperatura da -20° a +60°C, che comprende la maggior parte delle applicazioni normali, l’elasticità di rimbalzo AN-VI è decisamente inferiore a quella di tutti gli altri elastomeri.

 

a

La figura accanto mostra il comportamento di AN-VI in funzione della frequenza di vibrazione, confrontato con atri elastomeri. Il grafico è stato ricavato dal Politecnico di Torino - Laboratorio Interdipartimentale di Meccatronica nel corso di una sperimentazione effettuata utilizzando AN-VI per la stabilizzazione di un gruppo Rotore-Cuscinetto Elettrodinamico. La sperimentazione ha dimostrato che l’utilizzo di AN-VI rappresenta la soluzione laddove l’utilizzo di altri elastomeri evidenzia limiti di diversa natura.


 

Le proprietà di smorzamento di AN-VI

AN-VI ha una elevata capacità di smorzamento delle vibrazioni sia da impulsi o transitori che da sollecitazioni costanti o pseudo-costanti, come evidenziato dal suo comportamento isteretico.

 

 

Assumiamo il modello di un oscillatore:

 

a

TABELLA SIMBOLI

Grandezza

Simbolo

Unità

tempo
frequenza
pulsazione
spostamento
velocità
accelerazione
forza
massa
rigidità elastica
smorzamento viscoso
rigidità isterica
unità immaginaria
fattore di smorzamento viscoso
fattore di smorzamento isterico
pulsazione naturale
frequenza naturale
periodo naturale
fattore di smorzamento naturale

t
f
w = 6,28 f
s(t)
v(t) = ds(t) / dt
a(t) = dv (t) / dt
F (t)
M
K
B
C
i
nv = B / (2 Sqr (K/M))
ni= C/2K
wo= Sqr (K/M)
fo= (1/6,28) Sqr (K/M)
To= 1/fo
no=nv + ni

S
Hz
rad/s
m
m/s
(m/s)/s
N
Kg
N/m
N /(m/s)
N/m

ad
ad
rad/s
Hz
s
ad

 

l’equazione del moto è: 

 

F (t) = Ma(t) + Bv(t) + (K + iC) s (t)

 

Sottoponendo campioni di materiali vari ad uno schiacciamento s(t) di ampiezza unitaria (1 cm), variabile in base alla legge armonica con pulsazione w si ottiene:

 

s(t) = (1 cm) sin (wt)

 

E’ definita la relazione tra lo schiacciamento (s) e la forza (F)  necessaria per produrre tale schiacciamento
Il comportamento mostrato nel primo grafico della figura seguente è relativa a materiali perfettamente elastici, come l’acciaio.
Il rapporto tra (s) e (F) è una retta la cui pendenza (K) rappresenta la rigidità elastica del campione d’acciaio:

 

F(t) = K s(t) = K ((1 cm) sin (w t))

 

L’energia elastica ( Ee ) necessaria per realizzare la fase di schiacciamento  (mezzo cerchio)

 

Ee = ½ K (2 cm)2

 

è restituita totalmente nella fase di espansione.

Il comportamento degli elastomeri, rappresentato negli altri grafici della figura seguente, si discostano da quelle dell’acciaio, in quanto la linea retta dell’acciaio diventa una curva chiusa (ciclo di isteresi) sul piano Forza/Spostamento (s/F).
L’area delimitata dalla curva è una misura dell’energia di isteresi (E), dissipata in un ciclo del sistema.
Il rapporto ( Ri ) tra l’energia di isteresi (Ei) e l’energia associata al semiciclo elastico (Ee) è un indice della capacità dissipativa del materiale isteretico:

 

Ri = Ei / Ee

 

Le proprietà di isteresi dei materiali sono espresse in termini di rigidità di isteresi (C), o coefficiente di smorzamento di isteresi, il quale ha le stesse dimensioni della, rigidità  elastica (K).

 

La forza totale (F) da applicare al campione per produrre il ciclo è quindi data da:

 

F(t) = (K + iC) x  (t) = K (1 cm) sin (wt) + C (1 cm) cos(wt)

 

Il rapporto (2 nl) tra le due rigidità rappresenta il fattore di perdita o fattore di smorzamento per isteresi.
Il parametro

 

nl = C  / (2K)

 

è collegato al rapporto tra energie (Rl) con la formula

 

Rl = (3,14) nl

 

Più grande è la capacità di dissipazione di energia meccanica da isteresi maggiore è l’area del ciclo.
Con il test, la differenza tra i comportamenti di AN-VI e altri elastomeri può essere quantificata.
Dato che tutte le gomme di buona qualità hanno dei buoni fattori di smorzamento (nl), quello di AN-VI è particolarmente elevato.

 

a

 

 

AN-VI nei fenomeni transitori

I fenomeni transitori hanno la loro origine in eventi che durano solo per un tempo molto breve.
Un esempio teorico, schematicamente molto semplice, è l’impulso rettangolare illustrato nella figura, derivante dall’applicazione di un carico (F), che rimane costante per un periodo di tempo (T). In realtà la risposta del sistema meccanico è di solito caratterizzato da complessi fenomeni oscillatori durante la fase di carico, nel passaggio da (0) a (F). Questi fenomeni scompaiono tanto più rapidamente quanto più elevato è il fattore di smorzamento naturale (no) del sistema. I diagrammi che seguono mostrano le differenze di comportamento tra una normale gomma (no = 30%) e AN-VI (no = 60%). L’entità dello spostamento dipende dalla rigidità (K) del sistema. L’ampiezza della oscillazione di risposta a(t) è inversamente proporzionale alla massa (M). I diagrammi confermano che, attraverso l’uso di AN-VI, si ottengono favorevoli e significativi effetti nel caso di fenomeni transitori causati dalle oscillazioni di sistema. Ciò avviene sia per la fase di caricamento sia in fase di scarico. Il tempo più breve di oscillazione riduce anche il rischio di pericolosi battimenti dovuti alla sovrapposizione di onde di ritorno e onde di uscita.


Le figure seguenti mostrano la risposta al fenomeno transitorio per i vari materiali.

 

a

 

 

GOMMA

AN-VI

 

a

 

  a

                    


a

                  

             
a

 

 

 

Caratteristiche meccaniche di AN-VI

 

Caratteristica

Normativa

Valore

u.m.

Densità (peso specifico)

ASTM D1817

1.20 +/- 0.02

g/cm3

Carico a rottura

ASTM D412, UNI 6065

>15

N/mm2

Allungamento a rottura

ASTM D412, UNI 6065

>400

%

Durezza

ASTM D2240, UNI 4916

60 +/- 3

Shore A

Resistenza alla lacerazione

ASTM D624, UNI 4914

>40

N/mm

Deformazione residua

ASTM D395 UNI 4913
(Compressione, metodo B)

  1. 24h a 25°C
  2. 24h a 70°C
  3. 24h a 100°C

 

< 22
< 30
< 50

 

%
%
%

Resistenza a alte temperature

ASTM D573, UNI 5408
(7gg a 100°C in aria)

  1. Var. carico rottura
  2. Var. durezza

 

 
 
< 10
< 25

 

 
 
%
Shore A

Assorbimento acqua ionizzata

ASTM D471, UNI 5411 (7gg)

  1. Var. peso 7gg a 23°C
  2. Var. peso 7gg a 100°C

 
 
< 2
< 5

 

 
%
%

Resistenza all’abrasione

DIN 53516, UNI/CG 0123
Perdita di volume con peso 1Kg

< 200

mm3

Elasticità di rimbalzo a 20°C

DIN 53512, UNI 771

< 5

%

                                  

 

Resistenza di AN-VI agli agenti chimici

 

Sostanza Chimica

Variazione  di Volume
(%)

Variazione
di Durezza
(Sh A)

 

Resistenza

70h a 70°C, ASTM 471

 

 

 

OLIO ASTM – Minerale
(punto di anilina 124°C)

< -6

< 20%

Buona

 

OLIO ASTM – Minerale
(punto di anilina 70°C)

< -30

< 50%

Scarsa

70h a 23°C, ASTM 471

 

 

 

OLIO ASTM – Minerale
(punto di anilina 14°C)

< -6

< 5%

Eccellente

 

OLIO ASTM – Minerale
(punto di anilina 70°C)

< -4

< 10%

Buona

Combustibile A: 100% Isoottano
(solventi alifatici)

< -20

< 20%

Media

 

Combustibile B: 70% Isoottano + 30% Toluolo
(solventi debolmente aromatici)

< -30

< 50%

Scarsa

Combustibile C: 50% Isoottano + 50% Toluolo
(punto di anilina 124°C)

< -40

< 100%

Cattiva

ALCOL METILICO

< 4

< 5%

Eccellente

ALCOL ETILICO

< 2

< 5%

Eccellente

MEK 100% METILETILCHTONE

< -20

< .10%

Scarsa

PETROLIO

< -40

< 100%

Cattiva

OLIO D’OLIVA

< -4

< 5%

Eccellente

BURRO

< -6

< 5%

Buona

GRASSO DI MAIALE

< +/-1

< 5%

Eccellente

ACIDO SOLFORICO DILUITO

< +/-1

< 5%

Eccellente

ACIDO CLORIDRICO

< +/-1

< 5%

Eccellente

IDROSSIDO DI POTASSIO CONCENTRATO

< +/-1

< 5%

Eccellente

CLORURO DI AMMONIO CONCENTRATO

< -4

< 5%

Eccellente

 


Caratteristiche Elettriche di AN-VI

AN-VI è classificabile da un punto di vista elettrico come MATERIALE ISOLANTE.
Nonostante ciò, pur non essendo classificabile come materiale a protezione ESD, la quantità di carica generata per effetto triboelettrico è estremamente limitata: sottoposto ad un energico strofinamento AN-VI presenta un accumulo inferiore ai 500V, contro valori di decine di migliaia di Volt ottenuti sulle normali plastiche isolanti.
Date le caratteristiche elettriche indicate, il materiale risulta particolarmente idoneo per l’utilizzo in ambito elettrico ed elettronico a diretto contatto con la circuiteria senza particolari rischi di conduzione o di scariche elettrostatiche.