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        AN-VI: UN NUOVO ELASTOMERO CHE ASSORBE LE VIBRAZIONI

1      Le vibrazioni e i loro effetti ..................................................................................................................... 2
2      Cos’è AN-VI ............................................................................................................................................. 2
3      Colpi ed impatti delle vibrazioni ............................................................................................................ 2
4      Assorbimento del colpo.......................................................................................................................... 2
5      Vibrazioni continue ................................................................................................................................. 2
6      Qualche prova comparativa .................................................................................................................. 3
7      L’elasticità di rimbalzo AN-VI ................................................................................................................ 4
8      Le proprietà di smorzamento di AN-VI ................................................................................................ 5
9      AN-VI nei fenomeni transitori ................................................................................................................ 6
10 Caratteristiche meccaniche di AN-VI ................................................................................................... 8
11 Esempi di mescole AN-VI ...................................................................................................................... 9
12 Resistenza di AN-VI agli agenti chimici ............................................................................................. 11
13 Caratteristiche Elettriche di AN-VI...................................................................................................... 12
14 Dove può essere utilizzato AN-VI....................................................................................................... 12
15 Cosa ne pensano… .............................................................................................................................. 13
16 Formati Disponibili ................................................................................................................................ 13


                                                                                                                                                     Rev 1.1
2


          1 Le vibrazioni e i loro effetti
Le macchine utensili, o in generale le apparecchiature con parti in movimento, con la loro azione, producono
vibrazioni. Le vibrazioni propagandosi attraverso le strutture risultano dannose per le stesse e possono originare
ricorrenti e a volte pericolose problematiche quali fastidiosi rumori, perdita di precisione e addirittura usura.



          2 Cos’è AN-VI
AN-VI è un nuovo prodotto della famiglia della gomma con caratteristiche sostanzialmente diverse da
quelle dei tradizionali elastomeri.
Presenta l’elasticità di una buona gomma, ma la sua principale caratteristica è una inusuale capacità di
smorzamento essendo un materiale elastico che, come un ammortizzatore, assorbe e dissipa l’energia
deformandosi in maniera non permanente..
Una parte di energia viene convertita in calore, mentre l’altra parte viene restituita lentamente attenuando
per gran parte gli effetti dinamici.
In forma compatta, AN-VI può essere usato per ridurre le vibrazioni da colpi ed impatti accentuando gli
effetti ammortizzanti, mentre espanso trova impieghi per carichi non eccessivamente pesanti.


          3 Colpi ed impatti delle vibrazioni
Confrontiamo cosa succede quando una piccola sfera di metallo cade su un pannello di AN-VI o,
alternativamente, su un pannello di qualche altro materiale elastico. Nell’esperimento, il pannello
tradizionale è compresso ed “eccitato”: l’energia ricevuta è subito restituita alla sfera, e come effetto si ha il
classico “rimbalzo”. Ripetendo la stessa prova utilizzando un pannello di AN-VI, si può notare che l’azione
di rimbalzo della pallina viene neutralizza grazie all’effetto di deformazione e l’energia d’urto viene
“dissipata” all’interno di AN-VI stesso. L’energia assorbita non viene quindi restituita alla sfera e la
superficie sottostante risulta preservata.


          4 Assorbimento del colpo
Caratteristica saliente di AN-VI è la sua capacità di assorbimento dei colpi.
AN-VI è il materiale per eccellenza da utilizzare per contrastare vibrazioni da shock che si aggiungono a
vibrazioni continue.


          5 Vibrazioni continue
Come regola generale, le macchine dovrebbero essere isolate dalla loro base tramite supporti anti
vibrazioni.
Il sistema macchina più supporto ha una naturale frequenza di oscillazione determinata dalla massa della
macchina e dall’elasticità dei supporti. In movimento, il macchinario vibra con una frequenza che varia a
seconda della velocità di rotazione. Se la frequenza di vibrazione è superiore alla frequenza naturale, AN-
VI assorbe l’energia e riduce sensibilmente la trasmissione delle vibrazioni alla base..
Quando la frequenza di vibrazione è vicina alla frequenza naturale, come ad esempio nelle fasi di partenza
ed arresto della macchina, AN-VI agisce come un vero e proprio ammortizzatore, limitando l’oscillazione.
Accade spesso che le vibrazioni della macchina vengano trasmesse alla copertura dei pannelli di metallo,
che quindi agiscono come cassa di risonanza. Il rumore può essere attenuato smorzando le vibrazioni con
opportuni pannelli, in modo tale che l’energia meccanica associata con le vibrazioni venga convertita in
calore e dissipata.
In questi casi un foglio di espanso AN-VI in abbinamento al pannello di metallo è la soluzione: un pannello
a sandwich in metallo riempito con AN-VI è un ottimo attenuatore del rumore.




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          6 Qualche prova comparativa
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 PROVINIDI 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




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7 L’elasticità di rimbalzo AN-VI                                     4


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.



                                        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.




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          8 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.

                                                                        TABELLA SIMBOLI
                                              Grandezza                                Simbolo             Unità
Assumiamo il modello di un oscillatore:       tempo                                         t                S
                                              frequenza                                     f               Hz
                                              pulsazione                              w = 6,28 f           rad/s
                                              spostamento                                 s(t)               m
                                              velocità                             v(t) = ds(t) / dt        m/s
                                              accelerazione                        a(t) = dv (t) / dt     (m/s)/s
                                              forza                                       F (t)              N
                                              massa                                        M                Kg
                                              rigidità elastica                            K               N/m
                                              smorzamento viscoso                          B              N /(m/s)
                                              rigidità isterica                            C               N/m
                                              unità immaginaria                             i
                                              fattore di smorzamento viscoso   nv = B / (2 Sqr (K/M))       ad
                                              fattore di smorzamento isterico          ni= C/2K             ad
                                              pulsazione naturale                  wo= Sqr (K/M)           rad/s
                                              frequenza naturale               fo= (1/6,28) Sqr (K/M)       Hz
                                              periodo naturale                          To= 1/fo             s
                                              fattore di smorzamento naturale         no=nv + ni            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)
                                                                   2
                                                Ee = ½ K (2 cm)

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).




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La forza totale (F) da applicare al campione per produrre il ciclo è quindi data da:                               6

                          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.

                ACCIAIO                                 GOMMA                                   AN-VI
 Forza (N)                              Forza (N)                              Forza (N)




                                                                                       Spostamento (cm)
        Spostamento (cm)                        Spostamento (cm)

               PARAMETRI                                GOMMA                                  AN-VI
 Elasticità di rimbalzo a 20°C                       Dal 20% al 40%                        Dal 2% al 5%
 Fattore di Smorzamento 2ni = C / K                  Dal 10% al 30%                      Dal 120% all’ 80%
 Fattore di Isteresi ni = C / (2K)                   Dal 5% al 15%                        Dal 60% al 90%
 Rapporto Energetico Ri = Ei / Ee                    Dal 16% al 47%                      Dal 188% al 283%




          9 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.




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Le figure seguenti mostrano la risposta al fenomeno transitorio per i vari materiali.
                                                                                            7
                                           Forza (N)




                                                   Tempo (s)
                      GOMMA                                                      AN-VI

         Spostamento (cm)                                          Spostamento (cm)




                     Tempo (s)                                                 Tempo (s)

                            2                                                           2
       Accelerazione (cm/s )                                     Accelerazione (cm/s )




                     Tempo (s)                                                 Tempo (s)




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10 Caratteristiche meccaniche di AN-VI                                        8




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

                                    ASTM D395 UNI 4913
                                  (Compressione, metodo B)
Deformazione residua                    1) 24h a 25°C                   < 22 %
                                        2) 24h a 70°C                   < 30 %
                                        3) 24h a 100°C                  < 50 %

                                    ASTM D573, UNI 5408
                                     (7gg a 100°C in aria)
Resistenza a alte temperature
                                    1) Var. carico rottura              < 10 %
                                    2) Var. durezza                     < 25 Shore A

                                 ASTM D471, UNI 5411 (7gg)
Assorbimento acqua ionizzata        3) Var. peso 7gg a 23°C              <2 %
                                    4) Var. peso 7gg a 100°C             <5 %

                                  DIN 53516, UNI/CG 0123
Resistenza all’abrasione                                               < 200 mm3
                                Perdita di volume con peso 1Kg

Elasticità di rimbalzo a 20°C        DIN 53512, UNI 771                  <5 %




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         11 Esempi di mescole AN-VI
Per ottenere diverse caratteristiche del materiale in funzione dell’utilizzo, ad esempio differenti
peso specifico o elasticità e durezza, è possibile realizzare delle mescole con diverse percentuali di
AN-VI. Si riportano a titolo di esempio le caratteristiche meccaniche di 4 diverse mescole e la
risposta in frequenza della mescola M4 alle temperature di -20°C, +20°C e +80°C:


PRODOTTO:                                        M1        M2         M3        M4
Densità                                         1,02       1,07      1,14       1,19      kg/dm³
Durezza (DIN 53505)                              36         41         51        58       Shore A
100% Modulo di Young (DIN53504)                 0,73       1,06      1,85       2,79      MPa
300% Modulo di Young (DIN53504)                 1,93        4,5      6,67      10,66      MPa
Resistenza alla Trazione (DIN53504)             12,43     13,76      13,79     12,73      MPa
Resistenza all’Abrasione (DIN 53516)              -        231        149        84       mm³
Elasticità (DIN 53512)                            5         0,5        6          1       %
Allungamento alla rottura (DIN 53504)            681       470        444       320       %




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        12 Resistenza di AN-VI agli agenti chimici
                                              Variazione   Variazione
Sostanza Chimica                              di Volume    di Durezza   Resistenza
                                                  (%)         (Sh A)

70h a 70°C, ASTM 471

OLIO ASTM – Minerale
                                                 < -6        < 20%        Buona
(punto di anilina 124°C)

OLIO ASTM – Minerale                            < -30        < 50%        Scarsa
(punto di anilina 70°C)

70h a 23°C, ASTM 471

OLIO ASTM – Minerale
                                                 < -6        < 5%       Eccellente
(punto di anilina 14°C)

OLIO ASTM – Minerale                             < -4        < 10%        Buona
(punto di anilina 70°C)

Combustibile A: 100% Isoottano                  < -20        < 20%        Media
(solventi alifatici)

Combustibile B: 70% Isoottano + 30% Toluolo     < -30        < 50%        Scarsa
(solventi debolmente aromatici)

Combustibile C: 50% Isoottano + 50% Toluolo     < -40       < 100%        Cattiva
(punto di anilina 124°C)
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




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12
          13 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.



          14 Dove può essere utilizzato AN-VI
Qualche suggerimento
AN-VI è una soluzione idonea a risolvere i problemi di vibrazione in un gran numero di macchine utensili,
organi in moto e strutture meccaniche più complesse. Le principali applicazioni riguardano le macchine che
operano colpendo metallo su metallo o i meccanismi con moto alternativo, nonché macchine di precisione
che necessitino di essere protette contro le vibrazioni provenienti da meccanismi contigui.

Applicazioni per AN-VI

Settore industriale
Smorzatori delle vibrazioni da moto alternativo e rotatorio, rivestimenti per tramogge e contenitori soggetti a
colpi dalla caduta di materiali, dosatori e separatori a vibrazione, pannelli fonoassorbenti, copri manopole,
isolatori per macchine utensili portatili.

Veicoli a motore Automotive, Treni , Aerospaziale, Navale e Yachts
Rivestimenti e coperture, paraurti, interni auto da corsa, isolatori per ammortizzatori. cuscinetti e giunti.

Sovrastrutture ferroviarie
Poltrone, supporti rotaie, sostegni delle piattaforme strutturali, box di segnalazione e smistamento
connessioni.

Edilizia
Supporti solette, pavimenti, rivestimenti, supporti pavimenti galleggianti.

Elettronica e Strumentazione di Precisione
Sistemi di misura, isolamento schede elettroniche allocate in prossimità di fonti vibranti (es: passaggi
ferroviari).

Hi-Fi
Coperture, supporti e fissaggi per casse acustiche e registratori/riproduttori.

Idraulica
Ancoraggio di tubazioni, pompe scoperte, giunti di tenuta.

Macchine per ufficio
Supporti e basi per stampanti e computer.

Aeronautica
Piattaforme di atterraggio per elicotteri.




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15 Cosa ne pensano…                                                                                      13

Il mondo della ricerca - Politecnico di Torino – Laboratorio di Meccatronica

                       “I test effettuati con una massa differente hanno permesso di variare la frequenza
                        naturale del sistema mettendo in evidenza che nel campo di frequenza analizzato il
                        comportamento del materiale si mantiene inalterato“
                       “I test svolti in diverse condizioni operative mostrano che il comportamento del
                        materiale, dal punto di vista di fattore di smorzamento e di modulo elastico si mantiene
                        inalterato lavorando a trazione, a compressione e a taglio“
                       “Parlando di materiali antivibranti, il fattore di smorzamento può essere
                        eccessivamente influenzato dalla temperatura e dalla frequenza; la resistenza alla
                        trazione può essere inadeguata; i formati disponibili possono essere troppo sottili. Non
                        essendo afflitto da questi problemi AN-VI è la soluzione”


Il mondo dell’industria – Azimut Yachts – Avigliana (TO)

                       “La riduzione del fenomeno vibratorio con la gomma AN-VI è migliorato del 12,6%
                        (riduzione del 21,9) rispetto al valore raggiunto dalla gomma NBR (9,3%), nonostante
                        gli spessori rispettivamente di 3mm per AN-VI e 10mm per la gomma NBR“
                       “I valori di vibrazione rilevati hanno presentato più di una frequenza caratteristica, ma
                        con valori estremamente bassi. Valori troppo bassi per fare qualunque considerazione“
                       “La gomma AN-VI ha mostrato le sue ottime caratteristiche, è risultata sempre
                        superiore come performance“


           16 Formati Disponibili
AN-VI in forma espansa (bassi
carichi statici) è distribuito in fogli di
dimensioni varie e spessori 1, 2 e 4
mm, la cui struttura è visibile
ingrandita in figura a destra.




                                             In forma compatta, per carichi maggiori, sono disponibili cubi da
                                             40mm di spigolo facilmente lavorabile con tecnologia water-jet per
                                             ottenere la forma desiderata in funzione dello specifico utilizzo.




Ancora in forma compatta sono disponibili piastrine di dimensioni
40x40mmq e spessori 2,3,4 e 5mm, che possono essere utilizzate tal
quali o fustellate per ottenere le forme volute.




                                     Si possono infine realizzare con il materiale in forma solida particolari a
                                     disegno in funzione delle esigenze Cliente, anche con interventi sulla
                                     mescola per ottenere le caratteristiche elastiche più appropriate.




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  • 1. Via G. Pastore, 8 - 10024 - Moncalieri – (TO) – Italy Tel +39-011.5690295; Fax + 39-011.5690298 P.I. – VAT IT06539670015 – Cap. Sociale 90.000,00€ www.an-vi-it www.italeco.it AN-VI: UN NUOVO ELASTOMERO CHE ASSORBE LE VIBRAZIONI 1 Le vibrazioni e i loro effetti ..................................................................................................................... 2 2 Cos’è AN-VI ............................................................................................................................................. 2 3 Colpi ed impatti delle vibrazioni ............................................................................................................ 2 4 Assorbimento del colpo.......................................................................................................................... 2 5 Vibrazioni continue ................................................................................................................................. 2 6 Qualche prova comparativa .................................................................................................................. 3 7 L’elasticità di rimbalzo AN-VI ................................................................................................................ 4 8 Le proprietà di smorzamento di AN-VI ................................................................................................ 5 9 AN-VI nei fenomeni transitori ................................................................................................................ 6 10 Caratteristiche meccaniche di AN-VI ................................................................................................... 8 11 Esempi di mescole AN-VI ...................................................................................................................... 9 12 Resistenza di AN-VI agli agenti chimici ............................................................................................. 11 13 Caratteristiche Elettriche di AN-VI...................................................................................................... 12 14 Dove può essere utilizzato AN-VI....................................................................................................... 12 15 Cosa ne pensano… .............................................................................................................................. 13 16 Formati Disponibili ................................................................................................................................ 13 Rev 1.1
  • 2. 2 1 Le vibrazioni e i loro effetti Le macchine utensili, o in generale le apparecchiature con parti in movimento, con la loro azione, producono vibrazioni. Le vibrazioni propagandosi attraverso le strutture risultano dannose per le stesse e possono originare ricorrenti e a volte pericolose problematiche quali fastidiosi rumori, perdita di precisione e addirittura usura. 2 Cos’è AN-VI AN-VI è un nuovo prodotto della famiglia della gomma con caratteristiche sostanzialmente diverse da quelle dei tradizionali elastomeri. Presenta l’elasticità di una buona gomma, ma la sua principale caratteristica è una inusuale capacità di smorzamento essendo un materiale elastico che, come un ammortizzatore, assorbe e dissipa l’energia deformandosi in maniera non permanente.. Una parte di energia viene convertita in calore, mentre l’altra parte viene restituita lentamente attenuando per gran parte gli effetti dinamici. In forma compatta, AN-VI può essere usato per ridurre le vibrazioni da colpi ed impatti accentuando gli effetti ammortizzanti, mentre espanso trova impieghi per carichi non eccessivamente pesanti. 3 Colpi ed impatti delle vibrazioni Confrontiamo cosa succede quando una piccola sfera di metallo cade su un pannello di AN-VI o, alternativamente, su un pannello di qualche altro materiale elastico. Nell’esperimento, il pannello tradizionale è compresso ed “eccitato”: l’energia ricevuta è subito restituita alla sfera, e come effetto si ha il classico “rimbalzo”. Ripetendo la stessa prova utilizzando un pannello di AN-VI, si può notare che l’azione di rimbalzo della pallina viene neutralizza grazie all’effetto di deformazione e l’energia d’urto viene “dissipata” all’interno di AN-VI stesso. L’energia assorbita non viene quindi restituita alla sfera e la superficie sottostante risulta preservata. 4 Assorbimento del colpo Caratteristica saliente di AN-VI è la sua capacità di assorbimento dei colpi. AN-VI è il materiale per eccellenza da utilizzare per contrastare vibrazioni da shock che si aggiungono a vibrazioni continue. 5 Vibrazioni continue Come regola generale, le macchine dovrebbero essere isolate dalla loro base tramite supporti anti vibrazioni. Il sistema macchina più supporto ha una naturale frequenza di oscillazione determinata dalla massa della macchina e dall’elasticità dei supporti. In movimento, il macchinario vibra con una frequenza che varia a seconda della velocità di rotazione. Se la frequenza di vibrazione è superiore alla frequenza naturale, AN- VI assorbe l’energia e riduce sensibilmente la trasmissione delle vibrazioni alla base.. Quando la frequenza di vibrazione è vicina alla frequenza naturale, come ad esempio nelle fasi di partenza ed arresto della macchina, AN-VI agisce come un vero e proprio ammortizzatore, limitando l’oscillazione. Accade spesso che le vibrazioni della macchina vengano trasmesse alla copertura dei pannelli di metallo, che quindi agiscono come cassa di risonanza. Il rumore può essere attenuato smorzando le vibrazioni con opportuni pannelli, in modo tale che l’energia meccanica associata con le vibrazioni venga convertita in calore e dissipata. In questi casi un foglio di espanso AN-VI in abbinamento al pannello di metallo è la soluzione: un pannello a sandwich in metallo riempito con AN-VI è un ottimo attenuatore del rumore. www.an-vi.it
  • 3. 3 6 Qualche prova comparativa 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 PROVINIDI 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 www.an-vi.it
  • 4. 7 L’elasticità di rimbalzo AN-VI 4 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. 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. www.an-vi.it
  • 5. 5 8 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. TABELLA SIMBOLI Grandezza Simbolo Unità Assumiamo il modello di un oscillatore: tempo t S frequenza f Hz pulsazione w = 6,28 f rad/s spostamento s(t) m velocità v(t) = ds(t) / dt m/s accelerazione a(t) = dv (t) / dt (m/s)/s forza F (t) N massa M Kg rigidità elastica K N/m smorzamento viscoso B N /(m/s) rigidità isterica C N/m unità immaginaria i fattore di smorzamento viscoso nv = B / (2 Sqr (K/M)) ad fattore di smorzamento isterico ni= C/2K ad pulsazione naturale wo= Sqr (K/M) rad/s frequenza naturale fo= (1/6,28) Sqr (K/M) Hz periodo naturale To= 1/fo s fattore di smorzamento naturale no=nv + ni 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) 2 Ee = ½ K (2 cm) 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). www.an-vi.it
  • 6. La forza totale (F) da applicare al campione per produrre il ciclo è quindi data da: 6 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. ACCIAIO GOMMA AN-VI Forza (N) Forza (N) Forza (N) Spostamento (cm) Spostamento (cm) Spostamento (cm) PARAMETRI GOMMA AN-VI Elasticità di rimbalzo a 20°C Dal 20% al 40% Dal 2% al 5% Fattore di Smorzamento 2ni = C / K Dal 10% al 30% Dal 120% all’ 80% Fattore di Isteresi ni = C / (2K) Dal 5% al 15% Dal 60% al 90% Rapporto Energetico Ri = Ei / Ee Dal 16% al 47% Dal 188% al 283% 9 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. www.an-vi.it
  • 7. Le figure seguenti mostrano la risposta al fenomeno transitorio per i vari materiali. 7 Forza (N) Tempo (s) GOMMA AN-VI Spostamento (cm) Spostamento (cm) Tempo (s) Tempo (s) 2 2 Accelerazione (cm/s ) Accelerazione (cm/s ) Tempo (s) Tempo (s) www.an-vi.it
  • 8. 10 Caratteristiche meccaniche di AN-VI 8 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 ASTM D395 UNI 4913 (Compressione, metodo B) Deformazione residua 1) 24h a 25°C < 22 % 2) 24h a 70°C < 30 % 3) 24h a 100°C < 50 % ASTM D573, UNI 5408 (7gg a 100°C in aria) Resistenza a alte temperature 1) Var. carico rottura < 10 % 2) Var. durezza < 25 Shore A ASTM D471, UNI 5411 (7gg) Assorbimento acqua ionizzata 3) Var. peso 7gg a 23°C <2 % 4) Var. peso 7gg a 100°C <5 % DIN 53516, UNI/CG 0123 Resistenza all’abrasione < 200 mm3 Perdita di volume con peso 1Kg Elasticità di rimbalzo a 20°C DIN 53512, UNI 771 <5 % www.an-vi.it
  • 9. 9 11 Esempi di mescole AN-VI Per ottenere diverse caratteristiche del materiale in funzione dell’utilizzo, ad esempio differenti peso specifico o elasticità e durezza, è possibile realizzare delle mescole con diverse percentuali di AN-VI. Si riportano a titolo di esempio le caratteristiche meccaniche di 4 diverse mescole e la risposta in frequenza della mescola M4 alle temperature di -20°C, +20°C e +80°C: PRODOTTO: M1 M2 M3 M4 Densità 1,02 1,07 1,14 1,19 kg/dm³ Durezza (DIN 53505) 36 41 51 58 Shore A 100% Modulo di Young (DIN53504) 0,73 1,06 1,85 2,79 MPa 300% Modulo di Young (DIN53504) 1,93 4,5 6,67 10,66 MPa Resistenza alla Trazione (DIN53504) 12,43 13,76 13,79 12,73 MPa Resistenza all’Abrasione (DIN 53516) - 231 149 84 mm³ Elasticità (DIN 53512) 5 0,5 6 1 % Allungamento alla rottura (DIN 53504) 681 470 444 320 % www.an-vi.it
  • 11. 11 12 Resistenza di AN-VI agli agenti chimici Variazione Variazione Sostanza Chimica di Volume di Durezza Resistenza (%) (Sh A) 70h a 70°C, ASTM 471 OLIO ASTM – Minerale < -6 < 20% Buona (punto di anilina 124°C) OLIO ASTM – Minerale < -30 < 50% Scarsa (punto di anilina 70°C) 70h a 23°C, ASTM 471 OLIO ASTM – Minerale < -6 < 5% Eccellente (punto di anilina 14°C) OLIO ASTM – Minerale < -4 < 10% Buona (punto di anilina 70°C) Combustibile A: 100% Isoottano < -20 < 20% Media (solventi alifatici) Combustibile B: 70% Isoottano + 30% Toluolo < -30 < 50% Scarsa (solventi debolmente aromatici) Combustibile C: 50% Isoottano + 50% Toluolo < -40 < 100% Cattiva (punto di anilina 124°C) 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 www.an-vi.it
  • 12. 12 13 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. 14 Dove può essere utilizzato AN-VI Qualche suggerimento AN-VI è una soluzione idonea a risolvere i problemi di vibrazione in un gran numero di macchine utensili, organi in moto e strutture meccaniche più complesse. Le principali applicazioni riguardano le macchine che operano colpendo metallo su metallo o i meccanismi con moto alternativo, nonché macchine di precisione che necessitino di essere protette contro le vibrazioni provenienti da meccanismi contigui. Applicazioni per AN-VI Settore industriale Smorzatori delle vibrazioni da moto alternativo e rotatorio, rivestimenti per tramogge e contenitori soggetti a colpi dalla caduta di materiali, dosatori e separatori a vibrazione, pannelli fonoassorbenti, copri manopole, isolatori per macchine utensili portatili. Veicoli a motore Automotive, Treni , Aerospaziale, Navale e Yachts Rivestimenti e coperture, paraurti, interni auto da corsa, isolatori per ammortizzatori. cuscinetti e giunti. Sovrastrutture ferroviarie Poltrone, supporti rotaie, sostegni delle piattaforme strutturali, box di segnalazione e smistamento connessioni. Edilizia Supporti solette, pavimenti, rivestimenti, supporti pavimenti galleggianti. Elettronica e Strumentazione di Precisione Sistemi di misura, isolamento schede elettroniche allocate in prossimità di fonti vibranti (es: passaggi ferroviari). Hi-Fi Coperture, supporti e fissaggi per casse acustiche e registratori/riproduttori. Idraulica Ancoraggio di tubazioni, pompe scoperte, giunti di tenuta. Macchine per ufficio Supporti e basi per stampanti e computer. Aeronautica Piattaforme di atterraggio per elicotteri. www.an-vi.it
  • 13. 15 Cosa ne pensano… 13 Il mondo della ricerca - Politecnico di Torino – Laboratorio di Meccatronica  “I test effettuati con una massa differente hanno permesso di variare la frequenza naturale del sistema mettendo in evidenza che nel campo di frequenza analizzato il comportamento del materiale si mantiene inalterato“  “I test svolti in diverse condizioni operative mostrano che il comportamento del materiale, dal punto di vista di fattore di smorzamento e di modulo elastico si mantiene inalterato lavorando a trazione, a compressione e a taglio“  “Parlando di materiali antivibranti, il fattore di smorzamento può essere eccessivamente influenzato dalla temperatura e dalla frequenza; la resistenza alla trazione può essere inadeguata; i formati disponibili possono essere troppo sottili. Non essendo afflitto da questi problemi AN-VI è la soluzione” Il mondo dell’industria – Azimut Yachts – Avigliana (TO)  “La riduzione del fenomeno vibratorio con la gomma AN-VI è migliorato del 12,6% (riduzione del 21,9) rispetto al valore raggiunto dalla gomma NBR (9,3%), nonostante gli spessori rispettivamente di 3mm per AN-VI e 10mm per la gomma NBR“  “I valori di vibrazione rilevati hanno presentato più di una frequenza caratteristica, ma con valori estremamente bassi. Valori troppo bassi per fare qualunque considerazione“  “La gomma AN-VI ha mostrato le sue ottime caratteristiche, è risultata sempre superiore come performance“ 16 Formati Disponibili AN-VI in forma espansa (bassi carichi statici) è distribuito in fogli di dimensioni varie e spessori 1, 2 e 4 mm, la cui struttura è visibile ingrandita in figura a destra. In forma compatta, per carichi maggiori, sono disponibili cubi da 40mm di spigolo facilmente lavorabile con tecnologia water-jet per ottenere la forma desiderata in funzione dello specifico utilizzo. Ancora in forma compatta sono disponibili piastrine di dimensioni 40x40mmq e spessori 2,3,4 e 5mm, che possono essere utilizzate tal quali o fustellate per ottenere le forme volute. Si possono infine realizzare con il materiale in forma solida particolari a disegno in funzione delle esigenze Cliente, anche con interventi sulla mescola per ottenere le caratteristiche elastiche più appropriate. www.an-vi.it