Quando la fibra di vetro, malgrado un insieme eccezionale di caratteristiche, non è in grado di soddisfare (anche solo in qualche specifico caso) le esigenze richieste al composito si deve ricorrere ad altre fibre che possiedano la miglior caratteristica necessaria nel caso in questione.
Si tratta ovviamente di fibre più costose, e utilizzate in quantità nettamente inferiori alla fibra di vetro, ma in continuo sviluppo grazie ai cosiddetti “compositi avanzati” che stanno conquistando sempre più spazio in settori come aeronautica, missilistica, balistica, automobilismo, attrezzi sportivi, ecc
Fibre di carbonio
Le prime affermazioni dei compositi rinforzati con fibre di carbonio si sono avute nel settore aerospaziale e subito dopo negli articoli sportivi e nell’automotive; più graduale lo sviluppo nel settore industriale.
Fibre aramidiche
Si tratta di fibre polimeriche derivate da poliammidi lineari (come ad esempio il Nylon) in cui si possono inserire un certo numero di anelli benzenici aromatici, in sostituzione dei gruppi ammidici.
Fibre di basalto
Le fibre di basalto son molto stabili chimicamente (sia in ambiente acido che basico) e possiedono elevate proprietà meccaniche, intermedie tra il vetro ECR e le fibre di carbonio, ma con il vantaggio che le mantengono anche a temperature di esercizio molto alte (700°C ed oltre).
Fibre di silice e di quarzo
Si tratta di fibre ad altissimo contenuto di SiO2. Si parla di fibra di quarzo quando il contenuto di SiO2 è praticamente al 100% (con tracce di Al2O3 e TiO2) mentre più semplicemente si parla di fibra di silice quando si riscontra un 94-95% di SiO2.
La fibra di silice è ricavata dalla fusione di rocce di quarzo che contengono SiO2 in misura superiore al 94%. Le fibre che ne derivano si possono differenziare per il loro contenuto in SiO2 da un 95-96% fino al 99,99%.
Il processo produttivo segue le stesse fasi della fibra di vetro: macinazione delle rocce, purificazione del macinato, fusione, filatura con finish prevalentemente tessile, realizzazione di filati, roving e chopped strands.
Le più spiccate proprietà di questa fibra sono:
– alta stabilità dimensionale
– elevatissima resistenza a trazione
– stabilità alle alte temperature (temp. di esercizio 1.000 °C con punte a1500°C)
– resistenza chimica, specialmente agli acidi
– insensibile all’ umidità.
L’insieme di queste caratteristiche ne permette l’impiego nell’industria aeronautica (compositi leggeri ad altissima resistenza meccanica) e missilistica (tessuti ad alta resistenza termica) ed elettronica (tessuti per circuiti stampati).
Composizione indicativa delle fibre Hi Tech
| Basalto | Silice | Quarzo | Vetro S | Carbonio | Aramidica | ||
| SILICE SiO2 | % | 51,6-57,5 | 97-98 | >99,95 | 65 | ||
| ALLUMINA Al2O3 | % | 16,9-18,2 | 2,1-2,2 | < 0,05 | 25 | ||
| CALCIO CaO | % | 5,2-7,8 | – | – | |||
| MAGNESIO MgO | % | 1,3-3,7 | – | 10 | |||
| BORO B2O3 | % | – | – | – | |||
| OSSIDI ALCALINI Na2O | % | 2,5-6,4 | – | – | |||
| OSSIDI ALCALINI K2O | % | 0,8-4,5 | – | – | |||
| OSSIDI DI FERRO Fe2O3 | % | 4-9,5 | – | tracce | |||
| OSSIDO DI ZIRCONIO ZrO2 | % | – | – | – | |||
| OSSIDO DI TITANIO TiO2 | % | 1,1 | – | – | |||
| FLUORO E ALTRI | % | – | – | – | |||
| PAN | % | 100 | |||||
| PARAFENILENDIAMMINA | % | 100 |
Caratteristiche delle fibre Hi Tech
| Vetro S | Aramidica | Carbonio (da PAN) | Basalto | Silice da Vetro | Silice pura | ||
| Peso specifico | g/cm3 | 2,45 | 1,45 | 1,7 – 1,8 | 2,75 | 2,1-2,2 | 2,2 |
| resistenza a trazione | MPa | 4955 | 2760-3500 | 4000-5000 | 3000-4840 | 210-410 | 3450 |
| modulo di elasticità | GPa | 88 | 60-120 | 230-430 | 79-93 | 72 | 69 |
| allungamento a rottura | % | 5,5 | 2,5-4 | 1,1-2,1 | 2,5-3,15 | ||
| ripresa umidità | % | < 0,1 | 4-7 | < 0,1 | |||
| indice di rifrazione | – | 1,522 | – | – | – | – | |
| resistenza al fuoco | – | incomb. | incomb. | ||||
| coefficiente di dilatazione termica lineare |
cm/cm °K-1 | 5,5×10-6 | -3,5×10-6 | -0,1×10-6 | 8×10-6 | 0,54×10-6 | |
| calore specifico a 23 °C |
kJ/kg °K | 0,81 | 0,71 | ||||
| conduttività | watt/m °K | 1,34 | 17 | 0,031-0,038 | |||
| costante dielettrica a -10 GHz |
– | – | – | – | – | – | 3,8 |