Perché quando si rompe il vetro dell’auto non si formano schegge?

Il vetro del parabrezza e dei finestrini delle nostre auto non crea schegge in caso di incidente perché è prodotto mediante particolari processi meccanici e termici. Questi, come vedremo, evitano la formazione di pericolose schegge a seguito di una eventuale rottura o comunque ne limitano drasticamente la quantità prodotta. Cioè, la modalità di rottura è ben diversa rispetto a quella di un bicchiere che cade a terra. La maggiore sicurezza ottenuta è frutto di specifiche ingegnerizzazioni che portano a distinguere prodotti comuni dai più specifici vetri per la sicurezza, spesso caratterizzati da uno strato intermedio tra due livelli di vetro, capace di trattenere i frammenti prodotti. In questo articolo ci concentriamo su questi ultimi descrivendo i processi e le ragioni fisiche che portano a questa soluzione tecnologica.

Le comuni tipologie di vetri di sicurezza

I vetri impiegati come elemento di chiusura di un veicolo hanno delle specifiche particolarità, tali da garantire una determinata resistenza all'urto. Non solo, essi devono essere anche in grado, una volta raggiunta la loro resistenza a seguito dell'applicazione di elevate forze su di essi, di rompersi in maniera tale da limitare quanto più possibile danni e incolumità alle persone: si parla in questi casi di Vetri di Sicurezza. Dal punto di vista tecnico si distinguono tre principali tipologie.

Vetri armati

Sono vetri che vengono realizzati inserendo durante il processo di laminazione una rete metallica con la funzione di trattenere i frammenti a seguito di urto e frattura (cioè raggiungimento della resistenza meccanica dell'elemento). Questi permettono dunque di mantenere intatta, dal punto di vista macroscopico, la funzione di separazione offerta dal vetro stesso. Inoltre, ritardano molto la propagazione del calore, ad esempio generato a seguito di incendi.

Vetri stratificati o laminati

Similmente al caso dei vetri armati, si ottiene un vetro stratificato interponendo tra due lastre di vetro una terza lastra di materiale plastico. Questo pacchetto così preparato viene riscaldato e pressato a caldo. Il risultato finale è che il vetro, se soggetto ad un violento impatto, manifesta una rottura radiale e la materia plastica inserita durante la lavorazione trattiene i frammenti che si formano a seguito delle numerose fratture provocatesi.

Vetri temprati

Sono vetri che garantiscono una maggiore resistenza agli urti grazie a tutti i processi di lavorazione subiti fino alla fase di utilizzo. La loro particolarità risiede nel fatto che la loro rottura evolve verso una frantumazione diffusa, in cui ogni piccolo pezzo di vetro formante l'insieme assume una forma priva di spigolature. Sebbene limitino molto i rischi a seguito appunto della rottura, i vetri temprati presentano il difetto di essere difficilmente lavorabili dopo il processo di tempra, nonché hanno la tendenza a rompersi completamente anche se solo una piccola parte della lastra viene sollecitata oltre il limite di resistenza.

Tra quelli prima esaminati, i vetri temprati e quelli laminati sono praticamente sempre utilizzati nel mondo delle autovetture. Con essi si effettua la realizzazione del parabrezza e di tutti i finestrini presenti nel veicolo. In particolare, il parabrezza è solitamente realizzato con vetro laminato (in molti Paesi per legge) in maniera tale che lo stesso possa garantire una sua integrità anche a seguito di un forte impatto. Infatti, il problema di sicurezza stradale non riguarda solamente la limitazione della frattura del vetro e della creazione di forti spigolature, bensì anche il mantenimento dell'integrità negli istanti successivi all'urto, di modo da garantire comunque sicurezza nelle fasi di guida immediatamente successive.

Il processo di tempra del vetro

Da quanto descritto in precedenza appare cruciale il processo di lavorazione del vetro che lo porta dalla composizione iniziale fino al suo effettivo utilizzo. In questo contesto, il processo di tempra è quello che gioca il ruolo fondamentale nella produzione delle lastre utilizzate per parabrezza e finestrini delle autovetture, ad esempio. La tempra è un processo termico di lavorazione di semplici lastre di vetro che consiste in due fasi ben distinte:

• In una prima fase, la lastra in esame subisce un forte riscaldamento fino a circa 700°C;
• In una seconda fase, la stessa lastra che ha raggiunto queste elevate temperature viene velocemente raffreddata, in modo da generare un importante shock termico sulla superficie della lastra.

La contrazione e l'espansione del vetro sotto l'azione termica sono la causa della nascita di uno stato di tensione interno che migliora le caratteristiche meccaniche della lastra nel suo complesso: si ottiene, cioè, un prodotto più resistente di quello di partenza. Questo è possibile perché gli strati superficiali del vetro si raffreddano prima, perché direttamente esposti alle sorgenti fredde. Invece, il cuore interno della lastra ha una graduale variazione di temperatura dalla condizione iniziale di 700°C, perché non direttamente esposto all'esterno ma vincolato dagli strati superficiali.

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La tempra non permette però di ottenere solo vetri più resistenti: come detto prima, in caso di raggiungimento delle resistenze (anche se più elevate del comune vetro), la rottura avviene ora in maniera tale da non generare frammenti dotati di spigoli vivi, pericolosi dunque per l'incolumità delle persone. Piuttosto, il vetro che ha subito il processo di tempra si romperà formando tanti piccoli frammenti pressoché sferici, o comunque con una superficie esterna arrotondata, sebbene non necessariamente regolare!