Mechanical behavior of foams for acoustic application

In this research we investigate the mechanical behavior of compressed elastomeric foams for the acoustic application. Foams are classified into two groups A and B according to their constituent material. They were first investigated with DSC and DMTA methods to detect their thermal transitions. The result showed that the constituent material of both A and B have the same glass transition temperature (-40°C). However, a second transition turned out to be a distinguishing feature at 90°C for B and 110°C A material, respectively. Quasi-static loading-unloading cycles were carried out to study the compressed foams mechanical behavior.The elastic modulus was found to be proportional to relative density. After reaching relatively high levels of strain, on unloading materials showed residual strain, higher for material B, which could be partly recovered in time. Further, the lack of overlap between two subsequent loading curves suggests a modification in compressed foam’s structure. Dynamic mechanical Analysis (DMA) allowed to study the frequency and temperature dependence of the mechanical properties. The frequency sweep tests were performed at temperature ranging from -55°C to 20°C within the intermediate range of frequencies (0.1 to 10 Hz). The data representation in cole-cole plot and wicket plot proved the reliability of time-temperature superposition which was used to build the master curve. The shift factors for both materials followed the WLF relation above glass transition temperature, with C1 and C2 equal to 19.82 and 96.23 for material A, and 20.53 and 103.77 for material B, and an “Arrhenius” dependence on Temperature, with an apparent activation energy of 292.28 kJ/kg.K and 310.57 kJ/kg.K for A and B materials, respectively. The frequency dependence of both conservative component of complex modulus and of the loss factor are comparable for two materials. However, material B shows a lower modulus in agreement with the lower density, and a lower dissipation.

In questo lavoro di tesi, è stato investigato il comportamento meccanico di schiume elastomeriche compresse per applicazioni acustiche. Le schiume sono classificate in due gruppi, A e B, in base al materiale di cui sono composte. Anzitutto sono state sottoposte ad analisi DSC e delle DMTA per determinarne le transizioni termiche. Il risultato ha mostrato che i materiali A e B hanno la stessa temperatura di transizione vetrosa (-40°C). A differenziare i due materiali è invece una seconda transizione, situata rispettivamente a 90°C per B e a 110°C per A. Per studiare il comportamento meccanico delle schiume compresse, sono stati applicati dei cicli quasi statici di carico scarico. Il modulo elastico è risultato proporzionale alla densità relativa. Dopo aver raggiunto un livello di deformazione relativamente elevato, al termine della fase di scarico i materiali hanno mostrato una deformazione residua, parzialmente recuperabile. Tale deformazione residua risulta più elevata per il materiale B. Inoltre, il fatto che le curve di carico successive non si sovrappongano a quelle precedenti, fa ipotizzare un cambiamento nella struttura della schiuma compressa. L’analisi Dinamico Meccanica (DMA) ha permesso di studiare la dipendenza dalla frequenza e dalla temperatura delle proprietà meccaniche. Le prove sono state effettuate in un campo di frequenze compreso tra 0.1 e 10 Hz, e nell’intervallo di temperatura da -55°C a 20°C. La rappresentazione dei dati nei grafici proposti da Cole-Cole e da Wicket ha confermato la validità del principio sovrapposizione tempo – temperatura, che è stato quindi utilizzato per costruire la curva maestra. Gli shift factors per entrambi i materiali seguono la relazione WLF al di sopra della temperatura di transizione vetrosa, con le costanti C1 e C2 uguali a 19.82 e 96.23 per il materiale A, e 20.53 e 103.77 per il materiale B, e una dipendenza di tipo Arrhenius ra temprature inferioiri alla temperatura di transizione vetrosa, con una energia di attivazione apparente di 292.28 kJ/kg.K e 310.57 kJ/kg.K rispettivamente per i materiali A e B. La dipendenza dalla frequenza sia della componente conservativa che della componente dissipativa del modulo complesso è simile per i due materiali. Tuttavia, il materiale B mostra un modulo inferiore, in accordo con la minore densità, e una minor dissipazione di energia.