Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà

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1 La parola agli alunni! Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà QUALI OGGETTI CONOSCI IN VETRO? Se ti guardi intorno ti accorgerai che molti oggetti sono fatti di vetro. Il vetro, infatti, è un materiale molto diffuso e usato per realizzare oggetti di USO tanto COMUNE quanto SPECIALISTICO. pag. 11

2 La parola agli alunni! Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà Esaminiamo un oggetto in vetro: LA BOTTIGLIA La bottiglia è generalmente TRASPARENTE: permette di vedere cosa contiene e consente di far passare la luce. La bottiglia non si DEFORMA, è DURA e LISCIA. I grassi e lo sporco non vi aderiscono, per cui è facile pulirla Il vetro è INODORE, non altera il gusto di cibi e fragranze, quindi è indicato per contenere alimenti e profumi. Può essere sterilizzato ad alte temperature, perciò garantisce la massima igiene. Prova a battere una forchetta sulla bottiglia: sentirai un suono forte e ben definito. Hai mai sentito l armonica a bicchieri? Lo strumento emette un suono brillante e cristallino. (Vedi video) pag. 12

3 L insegnante approfondisce Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà Cos è il vetro? Avrai certamente notato che il vetro è un materiale TRASPARENTE, DURO ma FRAGILE e si rompe facilmente. Un bicchiere di vetro si rompe se subisce un colpo: questo avviene perché la forza è concentrata in un unico punto. Ciò non significa, tuttavia che il vetro non sia RESISTENTE. La fragilità del materiale viene controllata meglio se gli oggetti non hanno spigoli: gli oggetti in vetro di forma rotonda, infatti, sopportano meglio gli urti. pag. 13

4 L insegnante approfondisce Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà Cos è il vetro? È ottenuto con la fusione di una sabbia speciale (SÌLICE). È un materiale solido amorfo, solitamente prodottosi quando un adatto materiale viscoso viene solidificato rapidamente, in modo tale che non abbia il tempo di formare una regolare struttura cristallina. Struttura del vetro siliceo. Si può notare l'assenza di ordine a lungo raggio La materia prima per fare il vetro è la quarzite, una roccia biancastra dura e compatta, di aspetto vetroso. I giacimenti di quarzite si trovano in varie zone del territorio. Prima di aprire una cava si svolgono queste operazioni: a) sondaggio del sottosuolo, b) scopertura del manto vegetale, c) sbancamento del terreno. d) Poi inizia la coltivazione (sfruttamento), a cielo aperto. La roccia quarzosa viene estratta con l esplosivo (vedi il filmato) pag. 14

5 L insegnante approfondisce Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà PROPRIETÀ DEI MATERIALI Per poter scegliere il materiale più adatto a un determinato uso, APPROFONDIMENTO PER CAPIRE MEGLIO è necessario conoscerne le proprietà. Le principali proprietà dei materiali si distinguono in tre categorie: PROPRIETÀ FISICHE E CHIMICHE Appartengono a questo gruppo le proprietà legate alla composizione chimica e alla struttura fisica del materiale: esse ne descrivono il comportamento in relazione ad agenti esterni come la forza di gravità, il calore o l elettricità. PROPRIETÀ MECCANICHE Indicano la capacità di un materiale di rispondere alle sollecitazioni meccaniche prodotte da forze esterne (trazione, compressione, flessione, ecc.) PROPRIETÀ TECNOLOGICHE Indicano l insieme dei procedimenti e delle attrezzature necessarie per trasformare una materia prima in un prodotto industriale. Le grandi categorie della lavorazione dei materiali sono: il formare, il sottrarre e l addizionare pag. 15

6 L insegnante approfondisce Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE Descrivono il comportamento del materiale in relazione ad agenti esterni ASPETTO SUPERFICIALE IMPERMEABILITÀ INALTERABILITÀ Il vetro è TRASPARENTE ossia si lascia attraversare dalla luce tra una molecola e l altra. (Vedi video rifrazione della luce) Non si lascia attraversare dai liquidi. Capacità di resistere al deterioramento provocato dagli agenti atmosferici o da sostanze chimiche. PESO SPECIFICO CONDUCIBILITÀ FUSIONE FAGGIO ACQUA MATTONI VETRO CEMENTO 0,8 Kg/dm 3 1,0 Kg/dm 3 1,5 Kg/dm 3 2,2 Kg/dm 3 2,6 Kg/dm 3 È il peso della sua unità di volume riferito al peso dell acqua distillata: Ps=Peso/Volume (kg/dm 3 ) È un isolante perché limita il passaggio del caldo e del freddo, dei rumori e dell elettricità. È il passaggio dallo stato solido allo stato liquido per effetto del calore. Per il vetro esiste un «intervallo» di fusione(circa1500 C). pag. 16

7 L insegnante approfondisce Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà PROPRIETÀ MECCANICHE rispondere alle sollecitazioni meccaniche prodotte da forze esterne RESISTENZA A TRAZIONE RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE È buona nelle fibre di vetro Ha un ottima resistenza: più è spesso, più è resistente 8come cemento e pietra) RESISTENZA AGLI URTI (TENACITA ) DUREZZA È FRAGILE, per niente tenace. Ha una buona capacità a resistere alla penetrazione di un altro corpo più duro, così i bicchieri possono sopportare prolungati sfregamenti senza rovinarsi. pag. 17

8 L insegnante approfondisce Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà PROPRIETÀ TECNOLOGICHE Procedimenti e di trasformazione PLASTICITÀ MALLEABILITÀ DUTTILITÀ Attitudine di un materiale, sottoposto a forze esterne, a deformarsi in maniera permanente senza rompersi. Può essere ridotto in LAMINE SOTTILI dando origine alle lastre di vetro. Capacità di essere ridotto in FILI SOTTILI dando così origine alle fibre di vetro. FUSIBILITÀ TEMPRABILITÀ SALDABILITÀ Facilità con cui il vetro (come i metalli) passa dallo stato solido allo stato liquido per mezzo del calore (T di fusione circa 1500 C) Capacità, di acquistare maggiore durezza e resistenza se riscaldati e poi immediatamente raffreddati (vetri di sicurezza) Attitudine del vetro a venire unito con se stesso o con altri materiali, sotto l azione del calore, fino a formare un unico corpo. pag. 18

9 L insegnante approfondisce Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà Plastica o vetro? Le proprietà del vetro a tutela della SALUTE Come abbiamo già visto il vetro è un materiale IGIENICO ed è SICURO, che resiste alle alte temperature, permettendo la pastorizzazione e la sterilizzazione dei prodotti contenuti. Il contenitore in vetro è il materiale più adatto alla conservazione sostanze alimentari, ma anche per medicinali perché è: naturale, sano e puro. totale inerzia che impedisce reazioni di cessione o di assorbimento con il contenuto, favorendo la migliore conservazione delle caratteristiche organolettiche, quali il gusto e il profumo. inviolabile ed inattaccabile da agenti esterni => non è soggetto a processi di ossido-riduzione resiste agli attacchi degli acidi Trasparente => consente di controllare a vista la qualità e lo stato di conservazione del prodotto. pag. 19

10 Proposte operative Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà Impara ad imparare Per una RICERCA SUL VETRO puoi visitare il sito Internet: (Associazione nazionale degli Industriali del Vetro). Nell indice, alla voce «IL VETRO» trovi anche cos è il vetro, la storia, le materie prime e la composizione oltre ad altre informazioni e curiosità interessanti. Attività per fare sintesi Osserva gli oggetti di vetro sottostanti e rispondi alle domande: Vetro delle finestre A cosa serve? Quale è la sua forma? Quale sono le proprietà del vetro sfruttate? Barattolo per conservare alimenti Perché si utilizza il vetro per conservare alimenti? Perché è trasparente? Posso sterilizzare il contenitore o permettere la pastorizzazione? Perché? Vetro di una bottiglia di vino: Perché è colorato? Perché la bottiglia ha una forma cilindrica? Perché viene utilizzato proprio il vetro? Vetro piano di un automobile: Quali caratteristiche deve avere questo vetro? Perché? A quale trattamento è stato sottoposto? Barbara Seppia - matr pag. 20

11 Proposte operative Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà Clicca qui per altre Proposte operative pag. 21

12 Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà RIFERIMENTI PER L APPROFONDIMENTO DEL MODULO I VIDEO ARMONICA A BICCHIERI/GLASSARMONICA g ESPERIMENTO SULLO SBALZO TERMICO RIFRAZIONE E RIFLESSIONE DELLA LUCE PESO SPECIFICO CAVA DI QUARZITE COME STERILIZZARE I VASETTI DI VETRO pag. 22

13 Composizione del materiale, Caratteristiche e Proprietà RIFERIMENTI PER L APPROFONDIMENTO DEL MODULO DOWNLOAD Approfondimenti/schede operative Il vetro e i sensi: cibo e vetro un matrimonio perfetto; vetro colorato: vezzo o necessità; Vetro e sicurezza alimentare La cultura del vetro: i messaggi in bottiglia, la bottiglia in Arte, le conserve della tradizione SUL WEB pag. 23

14 LE MATERIE PRIME PER LA PRODUZIONE DEL VETRO SONO pag. 25

15 FUNZIONI DELLE MATERIE PRIME SABBIA SILICEA 70%-75% CARBONATO DI SODIO SERVE AD ABBASSARE LA TEMPERATURA DI FUSIONE DELLA SILICE A 1500 CARBONATO DI CALCIO AUMENTA LA RESISTENZA AGLI AGENTI ATMOSFERICI E LA TRASPARENZA NITRATO SODICO E ARSENIO PER AFFINARE LA PASTA VETROSA E RENDERLA OMOGENEA COLORANTI GARANTIRE DIFFERENTI COLORAZIONI ossido di ferro e cromo per il verde zolfo per il giallo cobalto per l azzurro ossido di rame per il rosso e il viola ROTTAME DEL VETRO ACCELLERA IL PROCESSO DI FUSIONE NE CONSEGUE UN RISPARMIO ENERGETICO pag. 26

16 IL PROCESSO PRODUTTIVO La fabbricazione del vetro comprende le seguenti fasi fondamentali. 1. Preparazione del miscuglio delle materie prime. Le materie prime vengono macinate e mescolate nelle proporzioni richieste dal tipo di prodotto da fabbricare, in modo da raggiungere la massima omogeneità. 2. Riscaldamento e fusione. La miscela di polveri viene collocata in forno e viene gradualmente riscaldata, fino a raggiungere la temperatura di 1500 C. In questo modo la massa del materiale può divenire fluida e omogenea. 3. Affinazione e raffreddamento. È l operazione che libera la massa vetrosa fusa dalle parti non fuse, depositate sul fondo del forno, e dai gas formatisi durante la fusione. La massa fusa viene lasciata gradualmente raffreddare per circa 3 ore, fino alla temperatura di lavorazione, che varia, a seconda del tipo di vetro, da 1200 a 950 C. 4. Foggiatura. È la fase in cui, con diverse tecniche a seconda del prodotto che si vuole ottenere, alla pasta di vetro viene data la forma definitiva. 5. Ricottura. Gli oggetti di vetro formati devono essere sempre ricotti in forno a C e poi raffreddati lentamente (per 4-10 ore), per eliminare le tensioni interne eventualmente createsi se il raffreddamento è stato troppo rapido o irregolare. 27 pag. 27

17 TECNICHE DI LAVORAZIONE DEL VETRO pag. 28

18 LA PRODUZIONE INDUSTRIALE DEL VETRO CAVO pag. 29

19 LAVORAZIONE DEL VETRO La formatura dei prodotti di vetro viene effettuata per modellazione, per soffiatura, per stampaggio, per laminazione, per float glass e per filatura. 1. Modellazione. È la tecnica impiegata dall artigiano vetrario, che plasma nelle forme più varie la pasta vetrosa, mantenuta allo stato semifluido. 2. Soffiatura. La lavorazione per soffiatura può essere fatta a mano o a macchina. La soffiatura a mano è praticata raramente ed è destinata agli oggetti artistici. Per la produzione industriale di oggetti cavi si ricorre alla soffiatura a macchina, colando la pasta vetrosa in stampi di ghisa e soffiando aria compressa contro le pareti dello stampo. Si usa per bottiglie, fiaschi, lampadine, tubi ecc. 3. Stampaggio. Consiste nel versare la massa vetrosa fusa in appositi stampi (di gesso, di materiale refrattario o di ghisa), il cui fondo è conformato secondo la forma voluta; se occorre modellare anche la superficie superiore si impiegano stampi con coperchio a cerniera. Si usa per elementi di vetro-cemento, tegole, lenti, alcuni tipi di bicchiere ecc. pag. 30

20 LA LAVORAZIONE DEL VETRO ARTISTICO MODELLAZIONE ARTIGIANALE A MANO pag. 31

21 LA LAVORAZIONE DEL VETRO CAVO SOFFIATURA-STAMPAGGIO PRODUZIONE INDUSTRIALE SOFFIATURA PRODUZIONE ARTIGIANALE Carlo Trebbi- matr pag. 32

22 LAVORAZIONE DEL VETRO 4. Laminazione. La massa vetrosa viene fatta scorrere attraverso una serie di rulli a coppie rotanti (stiratura) dai quali esce una lastra continua, che viene tagliata poi nelle misure volute. 5. Float glass ( vetro galleggiante ). È la tecnica più moderna di produzione delle lastre: consiste nel colare il vetro allo stato viscoso in un forno a tunnel, la cui base è costituita da un letto di stagno fuso, su cui il vetro galleggia e assume una forma perfettamente piana. Le lastre fabbricate con questa tecnica vengono usualmente dette cristalli. 6. Filatura. Permette di produrre vetri filati: consiste nel far passare ad alta velocità la pasta fusa attraverso filiere, che la riducono in fibre solidificate flessibili. Si ottengono così le fibre di vetro e la lana di vetro. pag. 33

23 LA LAVORAZIONE DEL VETRO PIANO FLOAT GLASS VETRO GALLEGGIANTE LASTRE DI VETRO PILKINGTON FLOAT GLASS PROCESS FILATURA DEL VETRO pag. 34

24 Tipo Vetro bianco comune TIPI DI VETRO Caratteristiche e impieghi Prodotto industrialmente con sistemi interamente automatici, trasparente e incolore (a base di silice, sodio e calcio), è impiegato per la preparazione di specchi o di lastre per finestre. Vetro cavo, per bottiglie e contenitori Vetro colorato duro e resistente agli urti e agli sbalzi termici Vetri retinati Vetri termoisolanti Vetro cristallo Vetri ottici Vetri di sicurezza Vetri filati Cristalli temprati Vetri traslucidi nei quali è incorporata una rete metallica a maglia quadrata, che ha il compito di trattenere i frammenti in caso di rottura; sono considerati vetri di sicurezza. Pannelli formati da due o più lastre unite tra loro ai bordi, in modo che resti un intercapedine riempita con aria privata dell umidità. Per i normali serramenti domestici si impiegano due cristalli di 4 mm di spessore, distanziati da un intercapedine di 6 mm. Di peso specifico molto elevato, dovuto alla presenza di ossido di piombo, è brillante e trasparente. Utilizzato per oggetti artistici e bicchieri. Vetri speciali ottenuti con l aggiunta di piombo e bario, di particolare trasparenza, adatti alla fabbricazione di lenti per occhiali e strumenti ottici Sono anche detti cristalli stratificati, in quanto sono costituiti da due lastre di vetro, tra le quali viene inserito un foglio di resina sintetica trasparente, che trattiene le schegge quando il vetro viene colpito da un corpo contundente; vengono impiegati nell industria automobilistica (parabrezza) e come protezione antiproiettile. Comprendono la seta di vetro e la lana di vetro; la prima è ininfiammabile e resistente agli acidi; la seconda viene utilizzata per realizzare materassini e pannelli di elevata resistenza termica e acustica. Sono vetri sottoposti a un processo (tempra) analogo a quello dei metalli ferrosi, che aumenta molto la resistenza a flessione del vetro e che, in caso di rottura, riduce la lastra in piccoli pezzi anziché in schegge taglienti. Sono impiegati in vetrate senza telaio, vetrine ecc. Specchi Le lastre trasparenti sono trattate con una soluzione speciale, che le rende idonee a ricevere uno strato di nitrato d argento. L argento conferisce al vetro la proprietà riflettente; lo strato di nitrato d argento viene poi protetto posteriormente con vernici particolari. pag. 35

25 IL VETRO Il vetro è un materiale omogeneo e compatto, caratterizzato da elevata trasparenza e alta fragilità, poiché duro e poco elastico; si modella facilmente allo stato pastoso. Le materie prime fondamentali per la produzione del vetro sono: sabbia silicea, il costituente principale, rappresenta il 70-75%; carbonato di sodio, la cosiddetta sostanza fondente, in quanto fa abbassare la temperatura di fusione della silice; carbonato di calcio, la sostanza stabilizzante, in quanto fa aumentare la resistenza del vetro agli agenti atmosferici e all azione dell acqua e la trasparenza; coloranti, che danno al vetro il colore desiderato. Per accelerare il processo produttivo e risparmiare energia e materie prime viene di norma aggiunto fino al 50% di rottame di vetro. Il vetro, infatti, è uno dei materiali per i quali sono più importanti la raccolta differenziata e il riciclaggio. pag. 36

26 IL VETRO Il processo di produzione dei manufatti di vetro è diverso a seconda del tipo di prodotto. Oggetti in vetro cavo si ottengono per: soffiatura, può essere a mano, destinata solo alla produzione di oggetti artistici, o a macchine (bottiglie, vasi ecc.) stampaggio, la massa vetrosa fusa viene versata in uno stampo di cui prende la forma. Lastre si ottengono per: laminazione, la massa vetrosa viene fatta scorrere attraverso una serie di rulli (stiratura); float glass, la massa vetrosa viene colata in un forno a tunnel, sopra un letto di stagno fuso; il vetro galleggia sullo stagno e assume una forma perfettamente piana. Fibre si ottengono per: filatura, la massa vetrosa viene fatta passare ad alta velocità attraverso filiere. pag. 37

27 sitografia pag. 38