Sono lieto di riportare un ulteriore commento all'articolo di G. Ingo ed Altri sui residui di sparo da freni a disco, già commentato da Luca Soldati e Marco Morin. L'Autore è un perito balistico laureato in fisica e che lavora professionalmente come fisico, proprio nel campo dell'inquinamento atmosferico e del particellato ambientale in particolare.
L'Autore dimostra in modo documentato e dimostrato come lo studio di G. Ingo ed Altri manchi di ogni caratteristica di scientificità: non si riesce a capire se per la ricerca sia stata utilizzata una pastiglia nuova o usata, se le particelle da esaminare siano state prelevate dalle pastiglie o dal disco; non si sa con quale criterio e modalità sono state raccolte le particelle né a quale livello di sollecitazione sono stati sottoposti i freni, le particelle vengono chiamate a volta detriti, a volta residui e non si capisce se si intende la stessa cosa o due cose diverse; circa l'analisi con DTA non è dato sapere se l'apparato sia stato calibrato e con quale standard (requisito essenziale secondo le regole galileiane) per cui il risultato, qualunque esso sia, perde la necessaria oggettività; non risulta essere stata preceduta da calibrazione e quindi non è riproducibile (requisito essenziale secondo le regole galileiane) e non si sa quanto il risultato sia corretto; la scarsità dei campioni utilizzati e la mancanza di indicazioni non consentono di comprendere quale sia la concreta struttura delle particelle esaminate. E in mancanza di questi dati non è possibile giungere a conclusione sulla temperatura massima raggiungibile in via generale dalle particelle; si aggiunga che gli Autori hanno poi riportato due curve che non sono in scala tra loro (e quindi non comparabili) e ne hanno dedotto argomentazioni semplicistiche e riduttive in giustificazione delle loro asserzioni!! E quindi la tesi che non viene superata mai la temperatura di 750° è basata solo su di una erronea interpretazione dei dati.

Non so perché ma mi viene in mente la storiella che viene raccontata sempre agli studenti di scienze: tre scienziati studiano le capacità sensitive degli scarafaggi; ne mettono uno su di un tavolo, lo investono con un'onda sonora e l'animale scappa; allora gli strappano due zampette, ripetono l'esperimento e l'animale riesce solo a girare in circolo; gli strappano tutte le zampe e l'animale rimane immobile. Così gli scienziati concludono che gli scarafaggi senza le zampette non sentono i suoni!
Peccato che questi metodi vengano usati nei tribunali per far condannare innocenti. (E.M.)

Dr. Felice Nunziata - Residui di sparo da freni a disco nr. 2 - Altre incongruenze scientifiche

Rileggendo l`articolo Thermal and microchemical investigation of automotive brake pad wear residues credo che, obiettivamente, possano mettersi in evidenza le seguenti perplessità in ordine al paradigma galileiano.
1.         Da quanto evidenziato nel testo dell'articolo
 

non si comprende quali siano le condizioni della pastiglia (brake pad in as received (a.r.) condition) né quali siano quelle dei detriti (the brake pad wear debris in as collected (a.c.) conditions) né se questi ultimi siano stati collezionati dalla pastiglia, dal disco o da entrambi gli oggetti.
Sullo stato della pastiglia nel corso delle argomentazioni circa fig..2 si parla, per la prima volta, del prodotto vergine
 

Quindi brake pad in as received (a.r.) condition significa prodotto vergine?  
Successivamente si fa, nuovamente, riferimento ad una pastiglia vergine:
 
Ma nella stessa pagina ci si riferisce ad un'automobile italiana e nello specifico ad una pastiglia di corredo ad una FIAT PUNTO
 

Il dettaglio sullo stato della pastiglia (vergine od usurata), per quanto espresso successivamente in relazione alla mancata rappresentazione dei vari oggetti delle indagini in termini di modalita` di collezione e quant`altro, non appare proprio di poco conto.
L'ultima frase fa presumere, comunque, che la pastiglia sia usurata.

2.         Nel paragrafo EXPERIMENTAL
 
tralasciando la (colposa) mancata descrizione merceologica della pastiglia, non sono rappresentate le modalità di raccolta dei detriti (o dei residui?), ossia quei processi che hanno concorso alla rappresentazione del campione esaminato. Ne consegue che risulta impossibile discutere sulla rappresentatività (intesa nell`accezione scientifica) del campione. Uno studio sulle caratteristiche dei detriti da usura sarebbe dovuto partire dalle considerazioni dei comportamenti frizionali sotto condizioni di frenamento controllato: infatti, quando superfici frenanti scivolano l`una contro l`altra trasferiscono un film (costituito da microstrutture eterogenee e complesse) che tende a formarsi su una delle superfici. L`analisi di questi detriti e delle condizioni di tormento meccanico che ne permettono la liberazione in aria ambiente di una parte di essi, dovrebbero costituire distinti oggetti di studio ma entrambi concorrenti alla conoscenza integrale del fenomeno. Vale la pena di rammentare che anche le tecniche di rimozione dei detriti dalla pastiglia andrebbero descritte poiché tra loro selettive dei materiali asportati. Infine, le summenzionate condizioni di tormento meccanico dovrebbero, quantomeno, essere rappresentate, poiché appare lapalissiano che la forza applicata normalmente alla pastiglia, la superficie della pastiglia, il diametro e la velocità del disco e, non ultimo, il tempo di contatto tra gli organi possono determinare effetti tribologici di varia natura che comportano, ovviamente, produzione di campioni differenti.

3.         Sempre nel paragrafo EXPERIMENTAL  si accenna al sito di prelievo del campione WEAR RESIDUES, ma non alle modalità del prelievo (cfr. ultime due righe).

 
4.       Sempre nel paragrafo EXPERIMENTAL si accenna alla preparazione del predetto campione, per cui adducendo problemi relativi al confronto tra la fase BRAKE PAD e quella WEAR RESIDUES, si rappresenta che i prelievi sono impastati in una resina (ma quale? è stata usata anche una soluzione disperdente nella fase di preparazione?) successivamente trattati mediante pasta diamantata e carta abrasiva al carburo di silicio fino ad avere una superficie a specchio.

 
Qualche dubbio potrebbe insorgere circa la segregazione delle particelle nella resina e quindi nella valutazione delle immagini SEM.
5.  Ulteriori perplessità nascono nel disinvolto (promiscuo) uso dei vocaboli DEBRIS e RESIDUES: infatti, ad esempio, nella pag. 62 dell'articolo non è dato comprendere se i vocaboli indichino due differenti campioni (ad esempio intesi nella discriminante della dimensione del particolato) o se siano usati in sinonimia.

 
6.         A ragion di quanto espresso nel precedente punto si riporta quanto scritto nel paragrafo 3. Result and discussion

 che sembra essere in corrispondenza con quanto espresso a commento di fig. 3 a pag. 65
 

7.         A tal proposito, addirittura in una unica frase vengono usati i vocaboli DEBRIS e RESIDUES
 
Ma nel commento a fig. 2 si parla solo di RESIDUES, nonostante questa ricalchi la frase precedente.

8. La DTA non appare la tecnica analitica d`elezione su materiali pulverulenti, soprattutto se, come nell`articolo in esame, non sono rappresentate le condizioni di preparazione del campione e di approntamento dell'apparato strumentale. La DTA studia i materiali sottoponendoli a noti ratei d`innalzamento della temperatura e registrando i relativi effetti: il termine differenziale sta ad indicare la modalità di raffronto tra il materiale in esame ed uno di riferimento supposto inerte allo scopo di evidenziare temperature alle quali vi siano comportamenti esotermici o endotermici.
Misure di tipo quantitativo possono essere sviluppate solo se gli apparati sono calibrati: la calibrazione si ottiene solo mediante l`uso di materiali di rifermento accuratamente preparati allo scopo e dei quali si conoscono esattamente le temperature e le entalpie di transizione.
La natura del campione (composizione chimica, dimensione, rapporto massa-volume ecc) possono influenzare le modalità d'evoluzione termica dei materiali pulverulenti: ad esempio, lo stato di addensamento dei campioni in polvere risulta più o meno funzionale alla decomposizione termica, per cui identici campioni possono, in virtù di questo parametro, offrire comportamenti DTA differenti. Il comportamento termico dei materiali in polvere può non essere rappresentativo dello stesso materiale sottoforma massiva a causa del fatto che transizioni di fase evidenziate dalla DTA possono essere indotte dal rilascio di energia di deformazione congelata nel materiale.
In generale l`andamento delle curve DTA possono anche dipendere dalla quantità del campione e dai ratei di riscaldamento, inficiando il rapporto segnale – rumore. Poiché la capacità termica e la conduttività del campione e del materiale di riferimento non sono identiche tra loro, potrebbe verificarsi uno scostamento della risposta strumentale nella regione di linearità strumentale.
L`inizio di un picco DTA indica l`inizio di una transizione di fase, ma la temperatura (strumentalmente indicata) poiché dipende dal sito di posizionamento della termocoppia rispetto sia al campione sia al materiale di riferimento sia alla cella, potrebbe discostarsi dal valore vero: si impone quindi sempre una calibrazione dell`apparato con uno standard che abbia comportamenti termici noti e similiari.
Una serie di errori nella stima del corretto picco DTA puo` determinarsi nei materiali pulverulenti o nei campioni compatti a causa dell`intrinseca porosità: infatti, il gas che riempe i pori altera la conduttività termica e la sua rappresentazione strumentale in funzione della temperatura a causa degli ovvi motivi riscaldamento dello stesso, comportando errori nella stima delle aree dei picchi DTA, inficiando la stima dell`entalpia del campione durante la transizione di fase.

9.         Non avendo caratterizzato almeno merceologicamente il campione oggetto dell'articolo in esame (descritto solo come The brake pad examined in this study is a pad made to fit a Fiat Punto car that is a widely used car in Italy), come fanno gli Autori ad argomentare per confronto i propri risultati con quelli del lavoro citato al n° 2 delle REFERENCES?
 
 

10.       In relazione alle figure 1, 2, 3  le stesse si compongono di immagini SEM e BS (frutto del fenomeno di retrodiffusione degli elettroni): in queste ultime sono evidenziate attraverso delle lettere talune particelle a cui vengono associati i relativi spettri EDX. Sarebbe stato utile offrire ai lettori la visione di una serie di immagini eleborate mediante la mappatura a raggi X (X ray mapping) che con differenti colori (riconducibili alle varie finestre spettrali) avrebbe connotato gli elementi inorganici costituenti le singole particelle allo scopo di garantire incontrovertibili informazioni sulla natura multielementale delle stesse e sulla disposizione spaziale degli elementi nel e sul corpo della particella. Infatti, il puntatore, che determina il fenomeno EDX, se posto solo su una parte della superficie della particella, sviluppa fluorescenza X della sola emisuperficie raggiunta dagli elettroni. Non è dato sapere, quindi, se gli spettri associati alle particelle connotate siano rappresentative di tutto il corpo della particella. Infine, non esiste (e né potrebbe esistere data la scarsa raccolta che si è fatta del dato) alcun impianto chemiometrico sulla morfologia, dimensione, composizione e disposizione mappale. In relazione alle figure 1, 2, 3 le stesse si compongono di immagini SEM e BS (frutto del fenomeno di retrodiffusione degli elettroni): in queste ultime sono evidenziate attraverso delle lettere talune particelle a cui vengono associati i relativi spettri EDX. Sarebbe stato utile offrire ai lettori la visione di una serie di immagini eleborate mediante la mappatura a raggi X (X ray mapping) che con differenti colori (riconducibili alle varie finestre spettrali) avrebbe connotato gli elementi inorganici costituenti le singole particelle allo scopo di garantire incontrovertibili informazioni sulla natura multielementale delle stesse e sulla disposizione spaziale degli elementi nel e sul corpo della particella. Infatti, il puntatore, che determina il fenomeno EDX, se posto solo su una parte della superficie della particella, sviluppa fluorescenza X della sola emisuperficie raggiunta dagli elettroni. Non è dato sapere, quindi, se gli spettri associati alle particelle connotate siano rappresentative di tutto il corpo della particella. Infine, non esiste (e né potrebbe esistere data la scarsa raccolta che si è fatta del dato) alcun impianto chemiometrico sulla morfologia, dimensione, composizione e disposizione mappale.


 
11.       In relazione a quanto evidenziato possiamo argomentare che:
 

non appare giustificata da un punto di vista scientifico la tesi riportata (sarebbe epistemologicamente più corretto parlare di ipotesi) secondo cui la comparazione delle due curve DTA-TG sia esaustiva dei processi di formazione dei residui d`usura. Infatti il range termico (550 °C – 720 °C) e i relativi fenomeni ipotizzati riguardano oggetti che, seppur in relazione tra loro, sono soltanto collezioni (delle quali non sono dichiarate le modalità) ante operam e post operam mentre le spiegazioni fornite a corredo riguardano il fenomeno evolutivo nel suo complesso (ossia perseverando nel latinismo intra operam). Inoltre appare ingiustificata l`affermazione della sola riduzione di dimensione del particolato: non appare rappresentato alcun criterio di ricerca sull`intera superficie degli stubs analizzati (permangono a questo punto le perplessità di cui ai punti precedenti sulla rappresentatività dei campioni e sui metodi di ricerca delle particelle sugli stubs:  sembra lecito supporre che la ricerca sia stata effettuata manualmente, poiché la tecnologia dei moderni scanner automatici associati ai SEM avrebbe prodotto una numerosità di ordine superiore in funzione delle specifiche richieste ossia dimensione, composizione elementale, ecc).
Dall`andamento delle curve potrebbe ipotecarsi, con le dovute approssimazioni, una stima circa la composizione della pastiglia: infatti, dall`andamento TG relativo al campione di BRAKE PAD si comprende che la frazione organica della pastiglia viene consunta per decomposizione od evaporazione e che nessun aumento di massa viene prodotto come nelle pastiglie semimetalliche:  qualora si fosse applicata ai campioni l`analisi EGA (Evolved Gas Analysis) dei gas prodotti (ad esempio H20 e CO2) avremmo potuto meglio stimare la composizione della pastiglia ai fini della valutazione integrale del fenomeno oggetto dell`articolo “the chemical and physical changes induced in the microchemical structure of the pad during braking”.

12.       Ovviamente sulla base di queste indimostrate asserzioni appare errato affermare che la massima temperatura sulla superficie di contatto non superi i 720 °C
 
 
viceversa, sarebbe possibile solo dedurre che nell'intervallo di temperatura 550 °C – 720 °C (riscontrabile dalla comparazione delle due curve DTA-TG) si evidenzia un differente contributo esotermico dei residui d`usura rispetto all'andamento HEAT FLOW della pastiglia.

13.       Sarebbe stato più utile rappresentare le due curve sovrapposte in una sola figura poiché le relative scale HEAT FLOW e WEIGHT LOSS sono rappresentate con min e max non uguali ma soprattutto con dettaglio metrico differente (ossia ad esempio l`intervallo 0.0 – 0.3  di FIG. 4 non risulta in corrispondenza con quello di FIG.5): la sola scala delle temperature risulta in corrispondenza 1 a 1.
Dalle singole curve
 
segue il confronto delle scale che, se sovrapposte, non appaiono in rapporto 1 a 1.

 

14.     Se si fossero potute sovrapporre le due curve, quindi. usando un metodo di confronto in ordine quello degli Autori, quale spiegazione gli stessi avrebbero fornito sulla circostanza sia dei rispettivi andamenti che della comparazione dei valori assoluti di HEAT FLOW nel range 800°C – 1400°C, da Essi, banalmente, liquidato come similiare?
Inoltre dalle singole curve come si fa a non notare, nonostante la differenza di scala, che il comportamento WEIGHT LOSS appare differente per la natura stessa (differente) dei campioni? Cosa appare corretto dedurre?
 

15.       L'articolo citato nelle REFERENCES [6] L.H. Madkour, J. Chem. Phys. 94 (1997) 620–634.    dovrebbe riscriversi come Thermodynamic behaviour of complex antimonite ore for electrodeposition of metal value, Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique, vol. 94, no. 3, pp. 620–634, 1997, di cui si riporta l' Abstract:"This paper outlines the hydrometallurgical processing and the various possible approaches for the recovery of metallic antimony from its antimonite sulphide ore by electrolysis. Thermodynamic calculations have been made to find the optimum conditions for roasting and/or sulphate roasting of Wadi Abu Quraiya antimonite ore. The antimonite ore (Sb2S3) is roasted directly without concentration and large savings in reagent and chemical processes are expected. A suitable roasting temperature of 1200 °K for 4 hours has been determined. Metallic antimony is cathodically electrodeposited with a high current efficiency at current densities of 350 to 500 A/m2 depending on the composition of leach liquor solutions. The results of the electron microscopy investigation confirmed by metal value data in the ASTM cards are in good agreement with the chemical analysis.".
In estrema sintesi il lavoro tratta dell'ottimizzazione di un processo di recupero di antimonio metallico dal minerale Sb2S3.

16.       Atteso che, nei detriti di usura, gli Autori ritrovano solo particelle di stibnite in rapporto atomico Sb / S = 1,5 non si comprende come mai la sola informazione per cui la stibnite si decomponga nel range 550°C - 750°C possa giustificare l'asserzione per cui la massima temperatura sulla superficie di contatto tra gli organi frenanti non ecceda 720°C: infatti, i tormenti meccanici indotti agli organi frenanti non impongono solo aumenti di temperatura, ma picchi pressori notevolmente elevati unitamente ad altre cause concorrenti di natura tribologica.
 

17.       In aggiunta la curva DTA-TG della Stibnite risulta rappresentata nel range 150°C - 1200°C; sembra dalla curva, però, che oltre il predetto limite superiore l`andamento WEIGHT LOSS sia discendente.
            

Ma in che modo possono relazionarsi, ai fini dell'ipotesi, proposta dagli Autori, circa la massima temperatura sull'interfaccia pastiglia-disco, i detriti (The only one difference with respect to the virgin product is the size of the Sb2S3 particles that in the wear residues is noticeably reduced to about 2–3μm) e la Stibnite pura (Sb2S3) se gli andamenti delle curve DTA-TG appaiono così differenti? Gli andamenti delle curve appaiono così differenti tra loro proprio perché la circostanza rappresentata, ossia la diversa dimensione delle particelle di Sb2S3, non è la sola spiegazione: infatti, sia come gli Autori scrivono “The EDS data show the presence of small abrasive alumina particles and of iron and copper compounds in different amount.” che, ancor più, dalla composizione elementale degli spettri riportati nella FIG.2, le particelle A, B e C, chiaramente, inglobano in esse, oltre a S e Sb, i residui (Al, Fe, Cu, Sn, Zn, Si) degli effetti frizionali. Infatti, in linea con questa spiegazione vale la pena di segnalare il seguente testo che commenta la fig .3: “Iron enriched particles coming also from the cast iron or steel (iron-based alloy) disks counterparts are present with a small amount of copper and zinc with silicon, antimony, sulphur, barium and aluminium very small enriched particles whose size is ranging from 3 μm to sub-micron dimension.”
In buona sostanza, relativamente alla Stibnite pura (Sb2S3) ed ai residui, si tratta di due campioni, ovviamente, dalla natura oltre che dimensionale anche compositiva differente, il che rende ragione dei diversi andamenti delle rispettive curve DTA-TG.

18.       Infine, vale la pena, per concludere, riportare testualmente, dal paragrafo intitolato 2.2. Chemical composition of brake lining materials and emitted particles presente nell`interessante lavoro di review

 
relativamente alla varietà elementale e di composti inorganici censiti da numerosi Autori, il seguente estrapolato