Analisi termica: perché è sempre più importante per la Ricerca e Sviluppo?

Fare innovazione sui materiali significa in primo luogo intervenire sulle loro proprietà termiche. Scopri di più nell’articolo a cura degli specialisti Thermocert.

Analisi termica: la sua importanza nella ricerca e sviluppo aziendale

L’analisi termica impiega tecniche e metodi per definire come le proprietà fisiche di un materiale variano in funzione della temperatura.

Tali proprietà fisiche sono dette anche proprietà termiche e incidono su:

  • prestazioni del materiale oggetto di analisi,
  • sicurezza del materiale oggetto di analisi,
  • durata e durevolezza del materiale oggetto di analisi.

Scopri come noi di Thermocert abbiamo aiutato ENEA a sviluppare e ingegnerizzare materiali compositi ceramici innovativi ad alte prestazioni per scudi automobilistici e antincendio con molteplici applicazioni per il settore trasporti e per l’edilizia. Clicca qui per saperne di più.

Perché è importante fare l’analisi termica di un materiale

Impiegare materiali innovativi ad alte prestazioni e a ridotto impatto ambientale è una priorità trasversale a diversi settori quali l’automotive, i trasporti, l’edilizia, la meccanica.

In questi contesti la ricerca di un piccolo vantaggio competitivo può fare la differenza.

L’analisi termica è il primo passo per:

  • aumentare l’affidabilità, le prestazioni, la sostenibilità e la durabilità di un materiale
  • identificare e mettere a punto processi più efficienti ed efficaci per il suo utilizzo

L’analisi mediante tecniche analitiche finalizzata al riconoscimento di transizioni termiche di un materiale permette di sviluppare e industrializzare prodotti con nuove funzionalità e applicazioni.

Analisi termica: le principali metodiche per simulare il comportamento di un materiale in regime stazionario e dinamico

Ecco i principali parametri e le metodiche essenziali e utili a scoprire le proprietà termiche di un materiale:

  • conducibilità termica
    La conducibilità termica di un dato materiale, ossia il suo potere di isolamento o al contrario la sua capacità di trasmettere efficacemente calore per conduzione in condizione di esercizio stabile nel tempo, è determinata per via sperimentale mediante l’uso di termoflussimetri HFM – Heat Flow Meter con anello di guardia. Intervalli di temperatura  – 30 + 300 °C.
  • diffusività termica
    La misura accurata della diffusività termica, ossia del parametro che caratterizza il comportamento termico dinamico di un dato materiale, è ottenuta con la tecnica LFA – Laser Flash Analysis, conosciuta come un metodo assoluto, rapido e preciso che avviene in assenza di contatto con il materiale testato. I test vengono eseguiti in intervallo di temperatura 30 + 1250 °C.
  • scambio termico
    I dati ottenuti con le prove sperimentali possono essere ulteriormente elaborati mediante strumenti di modellazione numerica con metodologia di calcolo agli elementi finiti (FEM) per mettere a sistema tutti i parametri dei singoli materiali, andando a replicare la complessità reale dei fenomeni di scambio termico in condizioni sia stazionarie che dinamiche, altrimenti non rappresentabili e modellizzabili mediante strumenti di calcolo.
  • analisi termogravimetrica (TGA)
    L’analisi termogravimetrica è una tecnica analitica che fa parte delle analisi termiche a cui appartengono l’analisi termica differenziale (DTA) e la calorimetria differenziale a scansione (DSC). Queste tecniche si basano sulla misura di una grandezza fisica di una sostanza in funzione della temperatura sottoponendo il campione a un ciclo termico controllato.In particolare l’analisi termogravimetrica viene usata per determinare la stabilità termica di una specie e dei componenti della sua frazione volatile misurando la variazione di massa che avviene quando la specie viene riscaldata. Un grafico della massa in funzione della temperatura permette di valutare la stabilità termica, le velocità di reazione, i processi di reazione e la composizione del campione. L’analisi termogravimetrica può essere usata anche per la determinazione della variazione di peso di un materiale in condizioni isoterme in funzione del tempo. La misura viene condotta in presenza di aria o di una atmosfera inerte come elio o argon in cui viene misurato il peso in funzione della temperatura. In taluni casi le misure vengono effettuate in un’atmosfera povera di ossigeno (dall’1 al 5%) onde rallentare eventuali reazioni di ossidazione.
  • calorimetria a scansione differenziale (DSC)
    La calorimetria differenziale a scansione, nota anche con l’acronimo DSC (dall’inglese differential scanning calorimetry) è una tecnica di analisi termica utilizzabile per misurare la temperatura e il flusso di calore associato alle transizioni che avvengono in un campione, le entalpie di fusione, le transizioni vetrose e le cinetiche di cristallizzazione di materiali polimerici.Il principio di base di queste tecnica consiste nel ricavare informazioni sul materiale riscaldandolo o raffreddandolo in maniera controllata. In particolare il DSC si basa sulla misura della differenza di flusso termico tra il campione in esame e uno di riferimento mentre i due sono vincolati ad una temperatura variabile definita da un programma prestabilito.

Analisi termica su materiali singoli e su applicazioni multiprodotto

Grazie alla partnership con ENEA e CNR, abbiamo sviluppato know-how, metodologie e strumentazioni altamente innovative per determinare le proprietà reali dei materiali e non limitarsi ai valori tabellari di letteratura.

Questo ci permette di identificare il loro impatto sulle prestazioni finali del prodotto e sviluppare le opportune azioni di miglioramento.

Avendo già testato più di 1000 materiali innovativi e avendoli sottoposti a un range di -30°C  +1250°C, definiamo gli scenari di intervento che ti consentono di ottimizzare le prestazioni di prodotto e processo: dalle misurazioni alle applicazioni.

Desideri innovare il tuo prodotto o i tuoi processi con i materiali smart?

Contatta uno dei nostri specialisti dei materiali.

Saremo lieti di guidarti in questa attività.

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