Appunti VERIFICATO
MATERIALI PER IL DESIGN
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Di cosa parla
- Introduzione al Vetro:
- Il vetro è una miscela di silicati con struttura amorfa, presentandosi come un solido trasparente, omogeneo e compatto, ma con molte caratteristiche di un liquido.
- È spesso definito "liquido superraffreddato" poiché le sue molecole non riescono a formare un reticolo cristallino stabile durante la solidificazione.
- Composizione dei Vetri:
- Composto principalmente da silicati, borati o fosfati di metalli.
- Le materie prime includono il 60-70% di SiO2.
- Gli ossidi inorganici si distinguono in:
- Vetrificanti: (SiO2, B2O3, P2O5) conferiscono la struttura vetrosa, ma lo stato vetroso è instabile (tende a devetrificare).
- Fondenti (Modificatori): (es. CaO, MgO, BaO, PbO, Al2O3) abbassano il punto di rammollimento e modificano proprietà meccaniche, chimiche, densità e viscosità.
- Materie Accessorie: coloranti e opacizzanti per effetti estetici.
- I vetri comuni hanno una matrice silicea del 75%, con aggiunta di fondenti e modificanti, e spesso includono rottami di vetro per facilitare la fusione e migliorare la sostenibilità.
- Proprietà del Vetro:
- Fisiche: Solido, cattivo conduttore di elettricità e calore, trasparente, resistente all'acqua e agli agenti atmosferici.
- Meccaniche: Fragile e rigido. La densità varia con la composizione (2.2 g/cm³ per silicei a 4.8 g/cm³ per piombo). Ha modesta resistenza a trazione ma buona a compressione.
- Dilatazione Termica: La resistenza agli sbalzi termici dipende inversamente dal coefficiente di dilatazione e dalla composizione.
- Elettriche: Ottimo isolante a temperatura ambiente, con conducibilità che aumenta con la temperatura.
- Ottiche: La trasparenza è la proprietà più importante, dovuta al basso coefficiente di assorbimento della luce visibile.
- Chimiche: Resistente alla maggior parte dei prodotti chimici e acidi (tranne acido fluoridrico), ma più sensibile alle basi (es. NaOH).
- Lavorazione del Vetro:
- Non avendo un punto di fusione netto, viene lavorato allo stato plastico (800-1500°C).
- Lavorazioni Artistiche: Soffiatura (tradizionale e in stampo), Murrina (unione di canne colorate tagliate e soffiate), Lavorazione al Lume (per perle, gioielli, oggettistica).
- Lavorazioni Industriali:
- Fusione (1500°C): Riscaldamento delle materie prime e rottami per formare una massa omogenea.
- Affinaggio (1200-1300°C): Rimozione delle bolle di gas per prevenire difetti.
- Riposo/Condizionamento: Raffreddamento graduale alla temperatura di formatura.
- Formatura (1000-1100°C): Modellazione del vetro fluido per ottenere la forma desiderata.
- Produzione Vetro Cavo: Colata e stampaggio in stampi di gesso o metallo, con compressione o soffiatura.
- Produzione Lastre Piane (Processo Float Pilkington): La pasta vitrea si appiattisce su un letto di stagno fuso (1100°C), seguita da raffreddamento e tagli.
- Processi di Finitura:
- Meccanici: Pulitura, molatura, smerigliatura, intaglio.
- Chimici: Opacizzazione con acido fluoridrico, tempra.
- Termici: Fusione locale per incollaggio, ricottura, tempra.
- Tipi di Vetro e Applicazioni Specifiche:
- Vetro di Silice: Fusione di quarzo purissimo (>2000°C), resistente fino a 1000°C, trasparente UV e IR. Usato per strumenti ottici e laboratori.
- Vetro Sodico-Calcico (Soda-Lime): Il più comune, economico, facile da lavorare, ma poco resistente a calore e sbalzi termici. Usato per finestre, auto, lampadine.
- Vetri con Piombo: Bassa temperatura di lavorazione, alto indice di rifrazione (brillanti). Usati per schermi anti-radiazioni.
- Vetri Borosilicati (Pyrex, Duran): Eccellente resistenza a sbalzi termici e chimica (vetri neutri), alta resistività elettrica. Usati per vetreria da laboratorio e stoviglie.
- Vetri di Sicurezza:
- Soggetti a norme severe per la progettazione, considerando carichi dinamici, statici, accidentali e urti.
- Vetri Armati (Retinati): Contengono una rete metallica che non migliora la resistenza meccanica, ma ritarda la propagazione delle fiamme e mantiene il vetro in posizione in caso di rottura.
- Vetri Temprati (Fisica e Chimica):
- Tempra Fisica: Vetro riscaldato e raffreddato rapidamente, creando sforzi di compressione superficiale e trazione interna, aumentando la resistenza a flessione (200 MPa, 5 volte un vetro semplice) e sbalzi termici. La rottura produce frammenti minuti e meno taglienti.
- Tempra Chimica: Scambio ionico (Na+ con K+ in un bagno di sali fusi) che crea compressione superficiale. Aumenta la resistenza a flessione fino a 800 MPa, ma con spessore ridotto.
- Vetri Stratificati (Laminati - EN 12337): Due lastre di vetro unite da uno strato plastico (es. polivinilbutirrale). Offrono elevata resistenza agli urti (i pezzi rimangono aderenti), isolamento termico e acustico. Usati per balaustre, pavimenti, scale.