Riepilogo
Negli ultimi più di mezzo secolo, i materiali compositi rinforzati con fibre sono stati ampiamente utilizzati grazie alle loro eccellenti proprietà, e l’importante ruolo delle fibre di rinforzo nei materiali compositi è evidente. Dall'avvento dimateriali compositi, le fibre di rinforzo hanno subito una transizione dalle fibre naturali alle fibre sintetiche.
Attualmente, le fibre di rinforzo più comuni includono fibre di vetro, fibre aramidiche,fibre di carbonio, ecc. Questo articolo introdurrà le caratteristiche e le applicazioni delle fibre di vetro per il rinforzo composito.
Cosa èfibra di vetro?
Le fibre di vetro sono ampiamente utilizzate grazie al loro rapporto costo-efficacia e alle buone proprietà, principalmente nell'industria dei compositi. Già nel XVIII secolo gli europei si resero conto che il vetro poteva essere trasformato in fibre per la tessitura. La bara dell'imperatore francese Napoleone aveva già tessuti decorativi in fibra di vetro. Le fibre di vetro hanno sia filamenti che fibre corte o fiocchi. I filamenti di vetro sono comunemente utilizzati in materiali compositi, prodotti in gomma, nastri trasportatori, teloni, ecc. Le fibre corte sono utilizzate principalmente in feltri non tessuti, tecnopolimeri e materiali compositi.
Le interessanti proprietà fisiche e meccaniche della fibra di vetro, la facilità di produzione e il basso costo rispetto alla fibra di carbonio ne fanno il materiale preferito per applicazioni composite ad alte prestazioni. Le fibre di vetro sono composte da ossidi di silice. Le fibre di vetro hanno eccellenti proprietà meccaniche come meno fragili, elevata resistenza, bassa rigidità e leggerezza.
I polimeri rinforzati con fibra di vetro sono costituiti da un'ampia classe di diverse forme di fibre di vetro, come fibre longitudinali, fibre tagliate, stuoie tessute estuoie di filo tritato e sono utilizzati per migliorare le proprietà meccaniche e tribologiche dei compositi polimerici. Le fibre di vetro possono raggiungere rapporti d'aspetto iniziali elevati, ma la fragilità può causare la rottura delle fibre durante la lavorazione.
La tabella seguente mostra le diverse tipologie di fibre di vetro e le loro composizioni:
Proprietà della fibra di vetro
Le principali caratteristiche della fibra di vetro includono i seguenti aspetti:
Non è facile assorbire l'acqua: La fibra di vetro è idrorepellente e non è adatta per i vestiti, perché il sudore non viene assorbito, facendo sentire bagnato chi lo indossa; poiché il materiale non viene influenzato dall'acqua, non si restringe.
Inelasticità: A causa della mancanza di elasticità, il tessuto ha poca elasticità e recupero intrinseci. Pertanto necessitano di un trattamento superficiale per resistere alle grinze.
Molta forza: La fibra di vetro è estremamente resistente, quasi quanto il Kevlar. Tuttavia, quando le fibre sfregano tra loro, si rompono e fanno sì che il tessuto assuma un aspetto ispido.
Isolamento:Nella forma di fibra corta, la fibra di vetro è un eccellente isolante.
Drappeggiabilità:Le fibre drappeggiano bene, rendendole ideali per le tende.
Resistenza al calore:Le fibre di vetro hanno un'elevata resistenza al calore, possono resistere a temperature fino a 315°C, non vengono intaccate dalla luce solare, dalla candeggina, dai batteri, dalle muffe, dagli insetti o dagli alcali.
Sensibile: Le fibre di vetro sono influenzate dall'acido fluoridrico e dall'acido fosforico caldo. Poiché la fibra è un prodotto a base di vetro, alcune fibre di vetro grezze devono essere maneggiate con cura, come i materiali isolanti domestici, poiché le estremità delle fibre sono fragili e possono perforare la pelle, quindi è necessario indossare guanti quando si maneggia la fibra di vetro.
Le proprietà fisiche e meccaniche delle tipiche fibre di vetro commerciali sono mostrate nella tabella seguente:
Processo di produzione della fibra di vetro
La fibra di vetro è una fibra non metallica attualmente ampiamente utilizzata come materiale industriale. In generale, le materie prime di base della fibra di vetro comprendono vari minerali naturali e prodotti chimici artificiali, i componenti principali sono sabbia silicea, calcare e carbonato di sodio.
La sabbia silicea agisce come un formatore del vetro, mentre il carbonato di sodio e il calcare aiutano ad abbassare la temperatura di fusione. Il basso coefficiente di dilatazione termica combinato con una bassa conduttività termica rispetto all'amianto e alle fibre organiche rende la fibra di vetro un materiale dimensionalmente stabile che dissipa rapidamente il calore.
Diagramma di flusso del processo di produzione della fibra di vetro
Le fibre di vetro sono prodotte mediante fusione diretta, che prevede processi come la composizione, la fusione, la filatura, il rivestimento, l'essiccazione e l'imballaggio. Il batch è lo stato iniziale della produzione del vetro, in cui le quantità di materiale vengono accuratamente miscelate e la miscela viene alimentata in un forno per la fusione ad una temperatura elevata di 1400°C. Questa temperatura è sufficiente per convertire la sabbia e gli altri ingredienti allo stato fuso; il vetro fuso confluisce poi nel raffinatore e la temperatura scende a 1370°C.
Durante la filatura delle fibre di vetro, il vetro fuso fuoriesce attraverso un manicotto con fori molto fini. La piastra di rivestimento viene riscaldata elettronicamente e la sua temperatura è controllata per mantenere una viscosità costante. Per raffreddare il filamento all'uscita dal manicotto è stato utilizzato un getto d'acqua ad una temperatura di circa 1204°C.
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Il flusso estruso di vetro fuso viene trascinato meccanicamente in filamenti con diametri compresi tra 4 μm e 34 μm. La tensione viene fornita utilizzando un avvolgitore ad alta velocità e il vetro fuso viene trascinato in filamenti. Nella fase finale, sui filamenti vengono applicati rivestimenti chimici di lubrificanti, leganti e agenti di accoppiamento. La lubrificazione aiuta a proteggere i filamenti dall'abrasione mentre vengono raccolti e avvolti in pacchetti. Dopo l'imbozzimatura, le fibre vengono essiccate in forno; i filamenti sono quindi pronti per l'ulteriore trasformazione in fibre tagliate, stoppini o filati.
Applicazione diGragazzaFiber
La fibra di vetro è un materiale inorganico che non brucia e conserva circa il 25% della sua resistenza iniziale a 540°C. La maggior parte delle sostanze chimiche ha scarsi effetti sulle fibre di vetro. La fibra di vetro inorganica non si modella né si deteriora. Le fibre di vetro sono influenzate dall'acido fluoridrico, dall'acido fosforico caldo e dalle sostanze alcaline forti.
È un ottimo materiale isolante elettrico. I tessuti in fibra di vetro hanno proprietà quali basso assorbimento di umidità, elevata resistenza, resistenza al calore e bassa costante dielettrica, che li rendono rinforzi ideali per circuiti stampati e vernici isolanti.
L'elevato rapporto resistenza/peso della fibra di vetro la rende un materiale eccellente per applicazioni che richiedono elevata resistenza e peso minimo. Nella forma tessile, questa forza può essere unidirezionale o bidirezionale, consentendo flessibilità nel design e nei costi per un'ampia gamma di applicazioni nel mercato automobilistico, edilizia civile, articoli sportivi, aerospaziale, marittimo, elettronico, domestico ed energia eolica.
Sono utilizzati anche nella produzione di compositi strutturali, circuiti stampati e vari prodotti speciali. La produzione annua mondiale di fibra di vetro è di circa 4,5 milioni di tonnellate, e i principali produttori sono la Cina (quota di mercato del 60%), gli Stati Uniti e l'Unione Europea. (Fonte: fibra di carbonio e tecnologia dei materiali compositi)
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Orario di pubblicazione: 21 luglio 2021
