Byron Saari, ingegnere professionista di ricerca e sviluppo di MTS, è un esperto nella caratterizzazione dei materiali, titolare di numerosi brevetti nel settore. In questa intervista, Saari parla dell'analisi meccanica dinamica, o DMA, che è una capacità fondamentale per qualsiasi team di ricerca focalizzato su elastomeri, polimeri e leghe a memoria di forma.
D: Che cos'è l'analisi meccanica dinamica?
R: L'analisi meccanica dinamica (DMA) è una tecnica di caratterizzazione dinamica che misura la sollecitazione in funzione della deformazione o della forza in funzione dello spostamento. Consiste nell'applicazione di una deformazione sinusoidale al materiale e nella misurazione della sollecitazione risultante. Tipicamente, la DMA comporta anche la variazione della frequenza della deformazione e/o della temperatura del campione, detta anche analisi termica meccanica dinamica (DMTA).
D: Qual è il ruolo della DMA nello sviluppo dei materiali elastomerici?
R: La DMA è molto utile per caratterizzare le proprietà e i comportamenti di elastomeri, polimeri e leghe a memoria di forma. Tutti questi materiali manifestano smorzamento e possono essere usati in applicazioni in cui il funzionamento a frequenze più elevate è fondamentale. La DMA offre ai ricercatori gli strumenti per studiare gli effetti di smorzamento in modo molto dettagliato. Consente ai ricercatori di calcolare il modulo complesso, il modulo di accumulo, il modulo di perdita e il tan delta di un materiale. Un'area in cui viene utilizzata la DMA è lo sviluppo di nuovi materiali per componenti più leggeri ma che mantengono alte prestazioni, un aspetto importante in numerosi settori.
D: Ci descriva alcune delle sfide legate alla DMA.
R: È molto difficile misurare con precisione il movimento e la forza ad alte frequenze. La capacità di misurare con precisione il ritardo di fase tra lo spostamento applicato e la forza risultante a queste frequenze è un aspetto critico della DMA. Il ritardo di fase è di fondamentale importanza, in quanto differenzia i materiali puramente elastici dai materiali puramente viscosi. Elastomeri, polimeri e leghe a memoria di forma mostrano tutti proprietà viscoelastiche, quindi si trovano da qualche parte tra queste due tipologie.
D: In che modo MTS aiuta i ricercatori ad affrontare questa sfida?
R: Il pacchetto software MTS per DMA aiuta a garantire una misurazione di fase accurata attraverso tecniche di correzione dinamica specializzate. Ciò comporta la misurazione delle caratteristiche di fase dei trasduttori di forza e movimento, dell'elettronica di condizionamento e l'applicazione di calcoli proprietari per correggere questi effetti. Questo pacchetto può correggere l'ampiezza e le caratteristiche di risposta dinamica di fase. Rappresenta più di 30 anni di esperienza interna nei test sui materiali e nella caratterizzazione dinamica in molte applicazioni e settori diversi.
D: Quali sistemi offrono questa capacità di DMA?
R: MTS offre un ampio assortimento di sistemi di test dinamici adatti per DMA, che vanno da 250 kN a 1,25 kN di capacità di forza con risoluzione fino a 0,01 N. Per applicazioni con forza e frequenza più elevate, il pacchetto di DMA è disponibile con molti dei nostri sistemi di test servoidraulici, compresi quelli specificamente progettati per i test sugli elastomeri. I sistemi di test MTS Acumen® sono sistemi di test elettrodinamici che eseguono un'ampia gamma di test dinamici e statici ad alta fedeltà: sono anche adatti ai test di DMA. Se richieste, le camere opzionali sono disponibili per l'analisi termica meccanica dinamica (DMTA).
D: Non è più comune usare un apposito sistema di test di DMA?
R: Lo è stato in passato, sì. Attualmente però molti ricercatori, specialmente quelli nelle università, sono sottoposti a una forte pressione per fare più con meno. Non sempre hanno il budget per acquisire un sistema di test per ogni tipologia diversa. Con il sistema di test MTS Acumen, i ricercatori hanno la versatilità per eseguire test di DMA e molti altri, tutti con un unico sistema. Inoltre, il sistema di test MTS Acumen è progettato per misurare forze inferiori e spostamenti molto piccoli grazie a trasduttori di forza di precisione, configurazione ad alta rigidità e codificatore digitale ad alta risoluzione.
D: Perché è importante la gamma dinamica del sistema?
R: Una delle caratteristiche significative che i ricercatori spesso devono determinare è la temperatura di transizione vetrosa del materiale, quando passa da una qualità dura e "vetrosa" a una più morbida e "gommosa". Il test di solito comporta la misurazione del materiale nel suo stato vetroso, l'aumento della temperatura in modo controllato e l'esecuzione di misurazioni frequenti mentre il materiale passa attraverso il suo stato gommoso. Quando si verifica la transizione, il modulo di stress/deformazione può variare di un fattore mille. Per misurarlo con precisione, sono necessari trasduttori di spostamento e forza ad alta dinamica e un robusto sistema di controllo.
D: Quali altre funzionalità DMA offre il software?
R: Il software MTS DMA può eseguire la sovrapposizione tempo-temperatura, o TTS, secondo il modello Williams-Landel-Ferry (WLF). Questo modello consente ai ricercatori dei materiali di generare curve master che vengono utilizzate per estrapolare il comportamento del materiale a frequenze più elevate attraverso test a temperature più basse.
D: Quali settori troveranno il software DMA più utile?
R: Non c'è davvero alcun limite alla sua applicazione, perché è fondamentale per caratterizzare qualsiasi materiale che presenti smorzamento. Ci saranno ovvie applicazioni nei componenti automobilistici, nei biomateriali e nell'ingegneria civile. Ma la cosa eccitante della ricerca sui materiali è la sua diversità. Con la gamma di sistemi che offre, MTS è in grado di aiutare i ricercatori dei materiali a sviluppare una soluzione DMA completa praticamente per qualsiasi esigenza.
