1. GENERALE

Le fibre di vetro sono filati dello spessore inferiore al decimo di millimetro, con queste grandezze il vetro perde la fragilità ed acquista grande resistenza e buona malleabilità. Esse sono utilizzate per la produzione di materiali compositi ovvero materiali strutturali avanzati in cui diversi componenti sono integrati tra loro per produrre un materiale di caratteristiche superiori da un punto di vista fisico, meccanico, chimico, estetico, ecc.

2. I METODI DI PRODUZIONE

I metodi di produzione delle fibre di vetro sono:

• a marmo fuso, in disuso, consisteva nel far passare attraverso ugelli di trafilatura il fuso;
• trafilatura di bacchette, in disuso, consisteva nel tirare bacchette di vetro per formare le fibre;
• a fusione diretta, il fuso, leggermente raffreddato ma ancora plastico, viene fatto passare attraverso trafile di Pt-Ir, le fibre vengono rivestite di polimeri per evitare che si fondano tra loro e sistemate in fasci.

Dopo la filatura la fibra viene apprettata per migliorare l’adesione con la matrice da rinforzare.

LA PRODUZIONE

Il filamento di base viene estruso dalla massa in fusione e meccanicamente stirato ad alta velocità. I fori della testa di estrusione sono di 1 – 2mm secondo il tipo di filamento prodotto.

Il vetro fluido si raffredda e nel passaggio viene stirato e quindi diminuisce il suo diametro.

Prima di avvolgere i fili su una rocca girevole i filamenti vengono raccolti e passano sopra un cuscino che li impregna con un appretto. Ciò li rende più lisci e tiene insieme i singoli filamenti per migliorare la lavorazione tessile.

Alcuni appretti vengono tolti dalla fibra dopo la sua lavorazione e al prodotto viene dato un cosiddetto “finish” che migliora alcune caratteristiche come la bagnabilità con la resina, la morbidezza del tessuto o le caratteristiche dielettriche.

4. CAMPO DI APPLICAZIONE

Le fibre di vetro sono utilizzate per la produzione di materiali compositi ovvero materiali strutturali avanzati in cui diversi componenti sono integrati tra loro per produrre un materiale di caratteristiche superiori da un punto di vista fisico, meccanico, chimico, estetico, ecc.

Si distinguono vari tipi di fibre a seconda delle loro caratteristiche, che ne condizionano l’impiego.

Le fibre di vetro sono largamente utilizzate nella produzione di compositi strutturali in campo aerospaziale, nautico, automobilistico, associati a matrici diverse, ad esempio poliammidiche o epossidiche, ma comunque resine sintetiche.

I compositi a fibre ottiche risultano economici, tecnologicamente semplici da produrre e hanno ottime caratteristiche meccaniche a basse temperature d’esercizio.

Nel campo dell’ingegneria civile le fibre di vetro sono impiegate nella realizzazione di manufatti in fibrocemento.  

5. TIPOLOGIE DI FIBRA DI VETRO

 Per la loro resistenza in trazione ed allo strappo, l’alto modulo e stabilità dimensionale, le fibre di vetro sono utilizzate già da molti anni per la produzione di tessuti e materiali di rinforzo per compositi. Esse sono ottenute per filatura a caldo di vetri di composizione opportuna (generalmente degli allumino-boro silicati) in funzione del tipo di applicazione e dell’ambiente in cui dovrà operare.

Tra materiali compositi in fibra di vetro è ancora predominante il vetro E, i tipi speciali R e S hanno una resistenza a trazione molto più elevata e un modulo d’elasticità leggermente superiore. Vetro E è un vetro senza aggiunta di alcalini.

La composizione tipica dei vetri è :

Come precedentemente accennato i tipi di vetro comunemente usati per fibre sono il tipo E ed il tipo S, con densità di circa 2,6 g/cm3, con moduli elastici di circa 80 e 90 GPa e resistenze a rottura di 3,5 e 4,5 GPa, rispettivamente.

Per ottenere dei compositi di buone caratteristiche sotto sforzo, l’allungamento a rottura della fibra (3 e 6% per molti compositi) deve essere minore e la rigidezza maggiore di quella della matrice. Il trasferimento degli sforzi dalla matrice alla fibra viene migliorato con l’ausilio di rivestimenti chimici.

Questi agenti di accoppiamento possono migliorare di molto le caratteristiche meccaniche del risultante composito.

I materiali utilizzati per produrre filamenti particolarmente resistenti alla trazione ed al cedimento plastico sono sia polimerici che inorganici.

Fra i materiali tradizionali più comunemente impiegati vi sono le poliammidi, le poliestere, le fibre meta aramidiche e le fibre di vetro, mentre tra i materiali ad alte prestazioni recentemente sviluppati vi sono le fibre para aramidiche, le fibre di carbonio, le fibre ad alto modulo di polietilene e di poli-eter-eter-chetone (PEEK). Questi materiali si differenziano per le loro diverse caratteristiche elastiche e per le caratteristiche di resistenza ambientale ed al cedimento plastico.

6. I RISCHI

I principali rischi derivanti dall’esposizione alle fibre di vetro sono dovuti per la maggior parte dall’ inalabilità (ossia la differenza di concentrazione di fibre dell’aria inalata rispetto all’aria ambiente) e respirabilità (ossia il rapporto fra la concentrazione di fibre che penetrano negli alveoli polmonari rispetto all’aria ambiente); la respirabilità aumenta con la riduzione della grandezza delle fibre. Da questi rischi si manifesta la deposizione del materiale nelle vie respiratorie.

In Italia si riconosce al livello normativo la classificazione data dalla Dir. 97/69/CE, essa considera le fibre di vetro come “possibile cancerogeno per l’uomo”.