Introduzione
Quando si tratta di materiali per il gioco sensoriale, la sabbia cinetica e il mastice da gioco offrono ai bambini esperienze nettamente diverse, entrambe affascinanti. Anche se a prima vista possono sembrare simili, la loro composizione e il loro comportamento fisico rivelano un mondo di differenze.
La sabbia cinetica è una dispersione di particelle di sabbia disperse in una small quantità di polimero (PDMS - polidimetilsilossano), che le conferisce un comportamento unico simile al flusso, pur mantenendo la consistenza granulare della sabbia. Agitandolo, si comporta quasi come un liquido in lento movimento, permettendo ai bambini di modellarlo, affettarlo e sbriciolarlo con facilità. La sua composizione è vicina alla massima frazione di impacchettamento, il che significa che le particelle di sabbia sono densamente impacchettate, con un legante appena sufficiente a consentire il movimento e l'adesione senza collassare in un mucchio.
Al contrario, lo stucco da gioco (anch'esso a base di PDMS) è solitamente una dispersione di particelle di pigmento in un materiale viscoelastico medium. Si allunga, rimbalza e può anche rompersi sotto una forza improvvisa. A differenza della sabbia cinetica, il mastice da gioco ha un carico solido molto più basso e particelle significativamente più piccole, che determinano un comportamento più fluido ed elastico.
Sebbene sia la sabbia cinetica che lo stucco da gioco siano classificati come dispersioni, sono formulati in modo molto diverso. I test reologici spiegano le proprietà uniche della sabbia cinetica e del mastice da gioco e la loro dipendenza dal modo in cui vengono manipolati.
Risultati dei test e discussione
La Figura 1 mostra le curve risultanti da uno sweep di frequenza eseguito su stucco da gioco.
Mentre G' (modulo di taglio elastico) descrive le proprietà di tipo solido del materiale, G" (modulo di taglio viscoso) è legato alle proprietà di tipo liquido. L'angolo di fase, δ, è il ritardo tra la deformazione oscillatoria applicata e la sollecitazione risultante. È definito come:
L'angolo di fase varia da 0° per un materiale perfettamente elastico fino a 90° per un materiale perfettamente viscoso.
Alle alte frequenze, il modulo di taglio elastico è maggiore del modulo di taglio viscoso. Di conseguenza, per oscillazioni rapide (associate a tempi brevi o a movimenti rapidi), il materiale presenta un comportamento simile a quello di un solido.
Un incrocio tra G' e G" si osserva a 3 Hz, corrispondente a un angolo di fase di 45°. A frequenze più basse, indicative di movimenti più lenti, lo stucco da gioco mostra un comportamento fluido.
La Figura 2 illustra il comportamento in funzione della frequenza del modulo di taglio elastico (G'), del modulo di taglio viscoso (G") e dell'angolo di fase (δ) per la sabbia cinetica. Nell'intera gamma di frequenze misurate, il materiale presenta caratteristiche prevalentemente solide. Ciò è evidenziato dai valori costantemente più bassi dell'angolo di fase (inferiori a 45°) e dalla predominanza di G' su G" per tutta la durata della misurazione.
Conclusione
Gli sweep di frequenza sono utilizzati per prevedere il comportamento di un materiale su tempi brevi o lunghi. Le curve ottenute testando il mastice e la sabbia cinetica possono essere associate alle esperienze sensoriali degli individui che li utilizzano. La sabbia cinetica permette di costruire forme o strutture che mantengono la loro forma. Il mastice per giochi scorre gradualmente e assume la forma del suo contenitore dopo l'uso.