Fibra di vetro È un materiale fibroso costituito da sottili filamenti flessibili di vetro. Può presentare diversi tagli, caratteristiche e applicazioni. Tra le principali fibre di vetro esistenti (e le più commercializzate) c'è il tipo E, che ha una bassa conducibilità elettrica.
Le fibre di vetro hanno la silice come costituente principale, sebbene contengano diversi altri ossidi nella loro composizione, che avranno un impatto sull'applicazione finale della fibra. Le fibre tessili sono prodotte dal vetro fuso e sono state sfruttate fin dall'antico Egitto. Il suo massimo utilizzo, tuttavia, si è verificato nel XX secolo, con largo impiego nell'industria tessile e come rinforzo per i polimeri.
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Riassunto sulla fibra di vetro
- La fibra di vetro è un materiale costituito da filamenti di vetro sottili e flessibili.
- I tipi di fibre di vetro sono denominati in base alle loro proprietà.
- La fibra di vetro più venduta è di tipo E.
- Il principale costituente della fibra di vetro è la silice, SiO2.
- La fibra di vetro può essere utilizzata nell'industria tessile, come isolante termico e come rinforzo per i polimeri.
- Questo materiale è stato utilizzato fin dall'antico Egitto, raggiungendo il suo apice nel XX secolo.
Cos'è la fibra di vetro?
la fibra di vetro È un materiale costituito da sottili filamenti flessibili di vetro. Esistono diversi tipi di fibra di vetro, che hanno caratteristiche, tagli e applicazioni differenti. Il principale costituente della fibra di vetro è la silice, SiO2, sebbene anche altri elementi possano essere molto importanti nella composizione della fibra di vetro risultante.
tipi di fibra di vetro
I tipi di fibra di vetro sono nominati secondo le loro proprietà specifiche:
- E (elettrico) – bassa conducibilità elettrica;
- S (forza) – grande resistenza meccanica;
- W (chimico) – grande resistenza chimica;
- M (modulo) – elevata elasticità;
- UN (alcali) – alta composizione di metalli alcalini;
- D (dielettrico) – bassa costante dielettrica;
- ARIA (resistente agli alcali) – elevata resistenza alcalina.
La maggior parte delle fibre di vetro attualmente prodotte, circa il 90%, è di tipo E. Di seguito una tabella contenente la composizione chimica approssimativa dei principali tipi di fibre di vetro.
Composizione chimica approssimativa delle fibre di vetro (per tipi) | |||||||
Costituente |
E |
S |
W |
M |
UN |
D |
ARIA |
SiO2 |
52-56 |
60-65 |
65 |
53,5 |
71,8 |
72-75 |
58,3-60,6 |
B2O3 |
4-6 |
- |
5 |
- |
- |
21-24 |
- |
Al2O3 |
12-15 |
23-35 |
4 |
- |
1 |
0-1 |
0,2 |
Cane |
21-23 |
0-9 |
14 |
13 |
8,8 |
0-1 |
- |
MgO |
0,4-4 |
6-11 |
3 |
9 |
3,8 |
0,5-0,6 |
- |
ZnO |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Zio2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0-2,8 |
ZrO2 |
0,2-0,5 |
0-1 |
- |
2,0 |
- |
- |
18,1-21,2 |
A2O |
0-1 |
0-0,1 |
8,5 |
- |
13,6 |
0,4 |
13,0-14,1 |
K2O |
0-0,2 |
- |
- |
- |
0,6 |
0,4 |
0-2,8 |
Leggere2O |
- |
- |
- |
3,0 |
- |
- |
- |
Fede2O3 |
0,2-0,5 |
0-0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,5 |
0,3 |
- |
F2 |
0,2-0,7 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Vedi anche: Silicio — il principale costituente di vetro, ceramica e silicone
A cosa serve la fibra di vetro?
Per quanto riguarda le loro applicazioni, le fibre di vetro può essere utilizzato in vari settori industriali. Una delle sue principali applicazioni è nella produzione di materiali compositi, in cui viene utilizzata la fibra di vetro. per rinforzare i polimeri.
I dati indicano che, nel 2017, in Europa è stato prodotto più di 1 milione di tonnellate di plastica rinforzata con fibra di vetro, dove solitamente vengono destinato alla costruzione e al trasporto. Le fibre di vetro possono comportarsi come materiali resistenti, come l'acciaio, oltre ad essere leggere (densità nell'ordine di 2,5 g.cm-3) e avere resistenza alla corrosione.
Anche le fibre di vetro svolgono un ruolo importante per filtrazione e isolamento (termico o acustico). Le prestazioni termiche della fibra di vetro sono legate non solo alla bassa conducibilità termica del vetro ma anche alla bassa densità del materiale, che consente di intrappolare la massa d'aria, fornendo così proprietà isolanti, con la fibra che fornisce il struttura.
Per la filtrazione, la superficie delle fibre e la dimensione degli spazi tra di esse sono fattori importanti. Il modo di fabbricare la fibra con il giusto diametro può esaltare gli aspetti filtranti e isolanti di questo materiale.
Come si ottiene la fibra di vetro?
Loro esistono due processi fonti principali per la produzione di fibra di vetro. Uno di questi è la produzione di lana di fibra di vetro., utilizzato per l'isolamento termico. In questo processo, un flusso di vetro fuso viene essiccato in una macchina rotante, costituita da a contenitore metallico circolare forato nella parete, rotante ad una velocità di 2000-3000 RPM ed una temperatura di 900-1100 °C.
I flussi di vetro che fuoriescono dallo snodo vengono fermati da correnti d'aria ad alta velocità che li trasformano in fibre sottili (con un diametro inferiore a 10 µm), con una lunghezza di alcuni centimetri.
Un altro modo di produrre fibra di vetro èattraverso il processo continuo. Qui l'obiettivo è produrre filamenti con scopo di rinforzo, di piccolo diametro (tra 9-25 µm). Per quanto riguarda la lunghezza, Le fibre sono generalmente prodotte in fasci con filati (una raccolta da centinaia a migliaia di fibre) lunga circa 10 km.
In questo processo, il vetro fuso passa attraverso fori molto sottili in una lastra di platino (o rodio) attraverso l'estrusione. Il vetro fuoriesce dai fori con una temperatura compresa tra 1150 e 1300 °C, a seconda della composizione chimica del materiale. È comune utilizzare vapore acqueo e aria pura per raffreddare il vetro che fuoriesce dai fori. Le fibre vengono prelevate ad una velocità di 1000 m/min o anche superiore.
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Come è nata la fibra di vetro?
La possibilità di ottenere fibre di vetro è noto fin dall'antichità, ancor prima che si conoscessero le tecniche di soffiatura del vetro. Molti vasi egizi sono stati realizzati avvolgendo opportunamente le fibre di vetro nell'argilla.
L'interesse dell'industria tessile per la fibra di vetro è emerso molto più tardi. il fisico francese René-Antoine Ferchault de Réaumur produsse, nel 1713, tessuti decorati con sottili fili di vetro. Un uso famoso ma raro della fibra di vetro all'inizio del suo rapporto con l'industria tessile è stato quando è stato utilizzato per fabbricazione di un abito indossato da un'attrice, nel 1893, alla Columbian Exposition di Chicago per attirare l'attenzione in una mostra di occhiali.
I processi di produzione della vetroresina negli attuali stampi sono iniziati nella prima metà del 20° secolo. La produzione di fibre tessili di vetro con il metodo in cui vengono fatte passare attraverso fori sottili è iniziata negli anni '30 negli Stati Uniti, a partire dal 1939 in Germania. Già nel 1939, grazie agli sforzi della Owens-Illinois Glass Co., di Newark, Ohio, USA, il processo di produzione della fibra di vetro è stato migliorato, rendendolo significativamente più redditizio in termini economici.
Nonostante l'espansione durante il resto del XX secolo, negli anni '90 l'industria iniziò a declinare, richiedendo percorsi di razionalizzazione da parte del settore, eliminando macchinari e impianti obsoleti, che hanno fatto scomparire quasi del tutto i piccoli produttori.
Attualmente, l'industria della vetroresina cerca una maggiore meccanizzazione, riducendo i costi di manodopera e consumando meno energia. la maggior parte le piccole imprese sono state accorpate nella quota dei grandi produttori.
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Fonti
MARTYNOVA, E.; CEBULLA, H. Fibre di vetro. In: Fibre inorganiche e composite: produzione, proprietà e applicazioni. Cap. 7. P. 131-163. Regno Unito: Elsevier, 2018.
JONES, F. R.; HUFF, N. T. Struttura e proprietà delle fibre di vetro. In: Manuale delle proprietà di trazione delle fibre tessili e tecniche. Cap. 15. P. 529-573. Cambridge, Regno Unito: Woodhead Publishing Limited, 2009.
JONES, F. R. Fibre di vetro. In: Fibre ad alte prestazioni. Cap. 6. P. 191-238. Cambridge, Regno Unito: Woodhead Publishing Limited, 2001.
Di Stefano Araujo Novais
Insegnante di chimica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/fibra-de-vidro.htm