Studio, analisi e caratterizzazione del comportamento meccanico di foam polimeriche: compressione, rilassamento ed effetto mullins

Oggigiorno le foam sono utilizzate maggiormente per assorbire urti o per l’isolamento acustico o termico. Inoltre, nell’ambito della robotica, sono state usate solo qualitativamente per sviluppare gripper per la presa di oggetti fragili, al fine di uniformare la pressione di contatto. In questo lavoro, sono state studiate tre foam polimeriche: due siliconiche ed una poliuretanica. Sono stati svolti tre test al fine di caratterizzare meccanicamente tali materiali: test di compressione al 70% di deformazione, test di rilassamento (fenomeno di tipo viscoelastico nel quale la tensione della foam cala se permane una certa deformazione) al 70% di deformazione ed alla tensione ottimale del provino (tensione corrispondente all’efficienza massima) e test a compressione ciclica al 70% di deformazione. Tutti i test sono stati svolti a due differenti velocità di deformazione. I test a compressione ciclica sono stati effettuati per valutare l’effetto Mullins che è un fenomeno temporaneo e parzialmente reversibile che studia la risposta dell'elastomero dopo un numero limitato di cicli. Questo, è risultato più accentuato per la foam poliuretanica testata ad alta velocità. Per quanto riguarda il rilassamento è risultato che la foam poliuretanica presenta maggiormente il fenomeno. I test a compressione sono stati fatti per trovare un buon modello fenomenologico per i materiali testati. Una volta trovato il modello (modello di Avalle), i parametri ottimali non fisici (B, m, n) dello stesso, sono stati trovati tramite un fitting usando il metodo dei minimi quadrati non lineare (algoritmo Simplex Nelder-Mead). Invece, i parametri fisici A ed E sono stati calcolati dalla curva sperimentale. È stato sviluppato un metodo ingegneristico che permette di legare i parametri A ed E del modello di Avalle alla distribuzione di massa lungo la direzione di deformazione, ed il parametro B alla densità per ogni tipologia di foam e velocità di deformazione tramite regressione lineari.