Fibre di vetro-composizione e proprietà

Le fibre di vetro sono materiali estremamente sottili utilizzate nella produzione di isolanti e tessuti.

Nel 1932 lo statunitense Dale Kleist nel tentativo di sigillare due blocchi di vetro  trasformò accidentalmente un flusso di vetro fuso in fibre sottili con un getto di aria ad alta pressione. Negli anni successivi perfezionò la tecnica e nel 1938 brevettò il metodo.

La fibra di vetro fu registrata con il nome di  Fiberglas.

Composizione delle fibre di vetro

La maggior parte delle fibre di vetro sono a base di biossido di silicio che ne costituisce dal 50 al 60% m/m. Sono poi presenti molti ossidi tra cui quelli di calcio, boro, sodio, alluminio e ferro.

  • A seconda della composizione il vetro presente nelle fibre è classificato come:
  • E che presenta buon isolamento elettrico e che è quello maggiormente prodotto
  • C che ha un’elevata resistenza alla corrosione chimica
  • S che è in grado di resistere a temperature maggiori rispetto agli altri

In tabella si riportano le specie e il contenuto dei vari componenti delle fibre di vetro

Composto Vetro E Vetro C Vetro S
SiO2 55.2 65.0 65.0
Al2O3 8.0 4.0 25.0
CaO 18.7 14.0  
MgO 4.6 3.0 10.0
Na2O 0.3 8.5 0.3
K2O 0.2    
Li2O 7.3 5.0  

Produzione

Per ottenere le fibre di vetro si dosano le materie prime finemente macinate che sono immesse in un forno a circa 1500°C .

Questa temperatura è abbastanza alta da portare la sabbia silicea e gli altri componenti allo stato fuso. Il vetro fuso fluisce quindi nel raffinatore, dove la sua temperatura è ridotta a 1370°C ed è utilizzato per blocchi forati di lega di platino e rodio.

Segue un processo di trascinamento meccanico dei flussi estrusi di vetro fuso in filamenti, con un diametro compreso tra 4 μm e 34 μm utilizzando un avvolgitore ad alta velocità

Proprietà delle fibre di vetro

Le fibre di vetro sono materiali dimensionalmente stabili che dissipano rapidamente il calore rispetto all’amianto e alle fibre organiche. Hanno un basso coefficiente di dilatazione termica e una bassa conduttività termica. Sono dotate di:

  • resistenza meccanica. Hanno una resistenza specifica maggiore di quella di un filo di acciaio dello stesso diametro a un peso inferiore. Presentano un’elevata resistenza alla compressione e alla trazione lungo il loro asse. Queste caratteristiche ne favoriscono la produzione di compositi ad alte prestazioni.
  • buone caratteristiche elettriche. Sono buoni isolanti elettrici a causa del loro basso assorbimento di umidità, elevata rigidità dielettrica e bassa costante dielettrica.
  • incombustibilità dovuta alla presenza di minerali che sono naturalmente incombustibili. Inoltre non propagano né alimentano una fiamma. Non emettono fumi o prodotti tossici se esposti al calore.
  • stabilità dimensionale. A causa del basso coefficiente di dilatazione lineare sono insensibili alle variazioni di temperatura
  • compatibilità con matrici organiche. Possono combinarsi con sostanze organiche e, in particolare con polimeri per dare i polimeri rinforzati con fibre
  • conduttività termica. Hanno una bassa conducibilità termica e sono ottimi isolanti termico grazie al loro elevato rapporto tra superficie e peso
  • buona resistenza chimica. Sono in grado di resistere all’azione di acidi e basi, alla corrosione e sono idrorepellenti

Usi

Per la loro versatilità e leggerezza sono utilizzate come alternativa durevole ed economica al cemento, al legno e al metallo.

Sono usate nei polimeri rinforzati con fibre di vetro GFRP. In essi le fibre possono essere disposte in modo casuale o orientate in modo opportuno.

Il tipo più comune di fibra di vetro utilizzato è il vetro E costituito da borosilicato di alluminio mentre il vetro E-CR costituito da borosilicato di alluminio e calcio è comunemente utilizzato in applicazioni che richiedono una protezione particolarmente elevata contro la corrosione acida.

Questo tipo di polimeri hanno un  peso ridotto ad elevata resistenza meccanica,  sono resistenti agli agenti chimici, alla corrosione  e alle radiazioni UV. Hanno inoltre una lunga aspettativa di vita molto lunga

Sono usati nel campo automobilistico, aerospaziale, nel settore della nautica e per la produzione di circuiti stampati

https://www.youtube.com/watch?v=SeqDm9l3yEM

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