18 - TECNOLOGIA DOS VIDROS

Preparo da mistura para ser fundida:-

Compreende todas as operações desde o recebimento das matérias-primas até a transferência da mistura vitrificável ao forno de fusão.

 Por questões econômicas reutiliza-se a sucata de vidro, de origem interna (rejeitos da produção própria), com teores de composição variando com o processo de conformação e seleção das matérias-primas  e  as externas  (oriundas de separação em lixões ) que  entretanto não são aconselháveis para o fabrico de vidros incolores de 1^a. qualidade, devido à pré-seleção existente no mercado distribuidor, conferindo impurezas.

O uso da sucata implica em economia :-

1. de combustível, ( não há necessidade de energia para proporcionar reações que já se consumaram );

 2. de matéria prima, ( soda Solvay );

 3. manutenção, ( sem a volatilização de álcalis e sem o araste de partículas pelos gases de combustão o ataque aos materiais refratários é diminuído ) .

A porcentagem a ser utilizada pode variar de forma ampla na faixa de 10%-80%, sendo o comum 50% da carga do forno .

 O reciclo total a 100% não é impedido, desde que a sucata  esteja purificada e de composição homogênea .

Industrialmente, uma elevada porcentagem de cacos faz com que os produtos apresentem maior fragilidade.

De modo geral, o beneficiamento das matérias-primas segue os fluxograma a seguir:

                                           Separação de partes metálicas

Sucata ---à lavagem (tambor rotatório ) ---à silagem ---à pesagem / dosagem * 

Matérias-primas --à silagem --à pesagem / dosagem  ---à *

Matérias-primas acessórias(nitratos,sulfatos,descorantes)...-àpesagem / dosagem*

                                                           Refino                                     

  *--à misturador  --à forno --à conformação --àrecozimento --à acabamento --à**

**----àinspeção ----à empacotamento.

Durante a mistura, adiciona-se água ( 2%-6% ) para facilitar a homogeneização da massa.

Fusão

A fusão da mistura vitrificável é um processo complexo, iniciando-se  com as reações químicas entre os componentes da mistura, seguindo com a eliminação dos gases formados e a homogeneidade da massa fundida , terminando com o acondicionamento desta última a uma temperatura e viscosidade adequadas para permitir a conformação, segundo os distintos processos e os produtos que se desejam obter.

As reações químicas se iniciam ainda no estado sólido, a partir de 500°C, variando esta temperatura de acordo com a composição, granulometria e homogeneidade da mistura .

Entre 500 e 750° C se formam compostos intermediários, a medida que se aumenta a temperatura, tem-se presentes fases líquidas de ponto eutético relativamente baixos, diminuindo o ponto de fusão da sílica .

A 1400 e 1500° C a massa está perfeitamente fluida e todas as reações químicas estão consumadas .

Após a fusão, o novo objetivo é eliminar ao máximo as bolhas de gás retidas na massa vítrea em fusão.  A este processo dá-se nome de refino ou afinagem .

As diferentes maneiras de se efetuar o refino, são:

1. Elevando-se a temperatura, diminuindo-se, por conseqüência, a viscosidade e a tensão superficial.

2.Agregando agentes afinantes ( agentes de refino ), isto é, substâncias que por decomposição produzem, ao serem introduzidas na massa vítrea fundida, muitas bolhas de gás de grande tamanho que arrastam as menores.  Os agentes de refino, proporcionam uma fusão mais fluida e turbulenta.  Os principais agentes de refino são:- CaF₂ , Na₂ SO₄, (NH₄)₂SO_4.

3. Introduzindo por borbulhamento, ar ou oxigênio ;

4. Agitando-se o vidro, como no caso dos vidros óticos.

Quanto aos FORNOS UTILIZADOS, podem ser :-

Fornos descontínuos:- os de cadinho ( refratários sílico-aluminosos ) ou pote ; compreendendo os de cadinho abertos e os de cadinho fechado, sendo que este último pode fabricar simultaneamente vários tipos de vidros no mesmo formo ;

Fornos contínuos:-  os de cuba ou tanque . Compreendem os tanques de regeneração  em dois ciclos e os tanques de recuperação com canais paralelos em contracorrente de gás de combustão e ar injetado .

Etapas subsequentes à fusão

A partir do momento em que o material esteja fundido e acondicionado para ser trabalhado, o problema consiste em como manipular e dar a forma desejada a este liquido de elevadas temperatura (800-1200°C) e viscosidade em um tempo suficiente para que não se torne rígido . Do artesanal ao mais sofisticado, têm-se os processos de conformação chamados : soprado, prensado, colado, estirado e especiais.

A distribuição da temperatura em qualquer peça de vidro recentemente conformada, não é uniforme. 

Algumas áreas podem apresentar diferenças de temperaturas entre as superfícies externa e interna, devido as condições dos moldes, diferença de espessura, forma, resfriamento após a desmoldagem.

Para se evitar o aparecimento de tensões internas que diminuem a resistência mecânica e produz birrefrigencia ( não tolerada nos vidros óticos ) o processo de recozimento deve ser iniciado imediatamente.

 Consiste em aquecer o vidro a certa temperatura constante do forno de recozimento para o alivio das tensões num estado de fluidez viscosa proporcionado.

Não só o aquecimento deve ser controlado mas como a velocidade de resfriamento uniforme.

Um processo de características contrárias, a têmpera, consiste no resfriamento brusco provocando o aparecimento de tensões internas, mas distribuídas de forma a "aumentar a resistência mecânica”  aproveitando-se do principio da ação-reação.

Agora, com a peça resfriada, valorizando-se o produto acabado, há o acabamento, podendo ser polido, decorado, gravado e qualquer outra atividade sobre a suja superfície.

CLASSIFICAÇÃO

Segundo a Composição Química do Vidro

É comum denominá-los segundo o seu componente principal ou interesse por sua propriedade e aplicação.

De silicatos alcalinos:- compostos de silicatos  Na ( Na₂O.SiO₂ até Na₂O.4SiO₂)e os de K,  são solúveis em água ( vidro solúvel, vidro de soda ).

Não são materiais vítreos verdadeiros.  São obtidos a partir da areia e barrilha fundidas . São usados comercialmente como soluções para preparação de catalisadores à base de sílica gel e de sílica, adesivos de papel ( no fabrico de papelão ondulado ).

Caso o teor de álcalis seja elevado, são utilizados como encorporadores de sabões e detergentes, limpeza de metais e cerâmica.

Vidros de Sílica Fundida :- obtidos pela fusão da sílica pura.  Apresentam elevada resistência química e térmica, boas propriedades elétricas e de transmissão de radiações U.V. . Devido ao seu baixo coeficiente de expansão e elevado ponto de amolecimento requer altas temperaturas para a fusão ; possuindo alta viscosidade (apresenta bolhas gasosas no seu interior), apresenta um PTP curto e conseqüente operações de moldagem limitadas.

Vidros Cálcicos:- para romper a solubilidade em água dos silicatos alcalinos, a cal (CaO) é adicionada, tomando-o rígido. Incorpora 90% da produção atual dos vidros.  São produzidos a partir da fusão de uma mistura de sílica, cal e soda.  Sua composição média regula nas proporções 5Na₂O.7CaO.36SiO₂ .

O teor de cálcio, se baixo, diminui o ponto eutético e aumenta a durabilidade química.  Substituindo-se nas mesmas proporções, o Na₂O  por K₂O, melhora-se as características de brilho e limpidez, passando a ser chamado de Vidro da Boêmia

Os vidros de cal possuem uma viscosidade suficiente para evitar a desvitrificação, fundem em temperatura não tão elevadas quanto os de sílica fundida, permitindo um longo PTP.

Vidros de Chumbo :- Substituindo-se o CaO por PbO favorece-se  o abaixamento do ponto eutético e conseqüente melhoria do PTP . São vidros de sílica chumbo e soda.  Estas substancias são as que compõem uma espécie de vidro de elevados índices de refração e densidade, denominados CRISTAL ( possuindo um mínimo de 18% de PbO e um máximo de 92% ) com emprego em indústrias de aparelhos óticos.

Possuem alta resistência elétrica, sendo empregados em bulbos de lâmpadas, em tubos de lâmpadas de Neon, e em válvulas eletrônicas. Com excelente brilho, são usados em cristaleria fina.

Uma adição de K₂O ( máximo de 15% ) ao Cristal melhora a estabilidade química e evita a desvitrificação.

Existe um Semi-Cristal, com teores de PbO entre 5 e 18%, que além de possuir o potássio, pode conter o bário com a finalidade de manter a estabilidade química.

Vidros Borosilícicos :- são vidros de sílica, boro e álcalis ( 4-5% de Na₂O ).

O boro entra em composição no teor de 12% e, para os vidros usados em vapores metálicos incandescentes ( lâmpadas de vapor de sódio e de mercúrio ), usa-se um teor mais elevado.  Como propriedades , apresentam resistência química, mecânica e térmica, resistência elétrica elevada e baixo coeficiente de expansão .

É o Pyrex, utilizado em portas de fornos caseiros,  estufas, tubulações de vidro e de laboratório, isoladores elétricos de alta tensão e utensílios de cozinha.

SEGUNDO A TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DO VIDRO

Esta é a classificação de uso industrial, baseando-se na técnica de conformação do produto.

Vidro Plano Estirado : - dois são os processos

Processo Fourcault  ( Belga ) utiliza um distribuidor que  emerge apenas na superfície do vidro, fazendo com que este adentre pela ranhura central sendo laçado por uma garra metálica, começando a ascender lentamente.

 Enquanto a lâmina de vidro sobe, passa pelos refrigeradores com circulação de água, proporcionando um gradiente de temperatura de 600°C para 150°C ao final, tornando-o rígido o suficiente para a laminação. Então, após a área dos refrigeradores, dois roletes de amianto formam lâmina durante a elevação sempre na vertical , por uma altura de 10 a 12 metros, e, passando por rolos sucessivos até conferir a espessura desejada para a lâmina.

A lâmina será cortada somente após o recozimento.

0 processo engloba três câmaras :- fusão, refino e espera ( onde ocorre o recozimento).    A parede refratária existente entre as câmaras de fusão e de refino, permite um gradientes de temperatura ideal para o alívio de tensões  e escape dos gases  internos por preservar uma fluidez considerável .

Processo Colburn : não utiliza um distribuidor . A massa vítrea é puxada na vertical, mas a uma certa altura a Iâmina de vidro é transposta à horizontal mediante um rolo dobrador.  Modernamente, existe sistema para aplainar a lâmina logo após o rolo dobrador, seguindo-se para o recozimento e corte.

Vidro Plano Laminado : consiste em passar o vidro através de dois rolos.  Pode-ser  fabricado , liso ou com relevos, quando o último rolo possui a superfície gravada ou usinada com algum desenho.

Vidro plano aramado :- também chamado de  ”entelado”, é um vidro de segurança.

Consiste na retirada contínua do vidro dos fornos através de duas fendas que o espalham sobre duas mesas inclinadas, passando em seguida, entre rolos laminadores, refrigerados à água, colocados em série. Além de laminar o vidro, impulsionam continuamente a formação das lâminas, entre os quais é introduzida uma tela metálica, a qual é comprimida nos últimos rolos em conjunto com as lâminas de vidro, soldando-se entre si.

Vidro polido ao fogo, flutuado :- a lâmina obtida por laminação entre dois rolos de grafite, revestidos de platina, não resfriados, é posta a flutuar num banho de metal fundido ( Sn a 900°C, utiliza-se o estanho por ter baixo ponto de fusão231,5°C e ponto de ebulição 2260°C, e o banho ter a densidade de 7,5g/cm³ suportando o peso do vidro). O vidro deve estar na mesma temperatura do banho. Desliza a uma velocidade de 2-3 m/s, retificando a superfície em contato com o banho.  Cuidados especiais para este processo devem ser tomados : utilização de atmosfera inerte de nitrogênio evitando a oxidação do estanho, o que provocaria rugosidade da superfície do vidro .

Esta técnica de manter a superfície do vidro a uma temperatura elevada até que as irregularidades sejam eliminadas pelo escoamento é denominada polimento ao fogo -

Vidro Soprado  - engloba as seguintes operações:- carga da gota no molde preparador, sopro de assentamento, sopro do esboço, transferencia do esboço para o molde definitivo, reaquecimento, sopro final . Processo utilizado no fabrico de vidros ocos, recipientes, vasilhas, objetos de adorno e artesanatos .

 Vidro Prensado :- consiste  em comprimir uma quantidade determinada de vidro

fundido entre as duas peças ( macho e fêmea ) de um molde .

Segundo os Usos do Vidro

É uma classificação dos produtos do vidro, com importância comercial.

Vidro Oco e Prensado :- recipientes de vidro, bulbos de lâmpada incandescente, tubos e capilares...

 Vidro Plano :- laminados, armados, estirados, vidros atérmicos e para a construção civil... -

Fibra de Vidro :- para este uso, exige-se estabilidade à umidade atmosférica, ou seja vidro com ausência de compostos alcalinos. 0 vidro fundido em processo descontinuo em alta temperatura é escoado por uma canaleta, formando um filete que escoa para a superfície de um disco giratório ( 400 rpm )constituído de material refratário ( Æ 25-30 cm) repleto de canais radiais, por onde o vidro é projetado para fora, sob a forma de fios de 30-50 cm e 15-30 mm de diâmetro.

A espessura da fibra depende da viscosidade do vidro ( e de sua temperatura ) assim como da velocidade de rotação do disco.

Vidros Especiais

 São vidros que possuem características proporcionadas pelas matérias primas secundárias ( geralmente não vitrificantes ) ou por processos especiais de fabricação.

 Vidros Coloridos :- a coloração é produzida pela adição de óxidos metálicos de elementos de transição com orbitais “d” incompletos ( V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu ) ou com orbitais do tipo “f” incompletos, como o caso das “terras raras, que reagindo por fusão, formam compostos de coloração marcante à massa vítrea.  A coloração verde esmeralda é dada por óxidos  de Cr e Fe, o âmbar é produzido por S , a coloração amarelada é dada por CdS e a azulada pelo Co.  A coloração também é função do grau de oxidação, do elemento.  Em se tratando de tecnologia de alimentos, em embalagens de vidro, a coloração é empregada para produtos sensíveis as radiações U.V. oxidativas.

Vidros Translúcidos :-  empregados para a obtenção de luz difusa.  São produzidos pela disseminação de pequenas partículas à massa vítrea ou, comumente, pela  adição de opacificantes, como os fluoretos, bem como processos posteriores a fabricação do vidro transparente por meio da ação abrasiva do jateamento de areia fina , por pintura fosca ou por ação de HF .

Vidros de Segurança :

Vidro de segurança laminado :- constituído por duas lâminas delgadas de vidro ( 3,15 mm) com uma lâmina de material polimérico inquebrável internamente, sendo o conjunto transparente.  A compressão inicial pode ser com temperatura moderada, para a selagem das bordas, ou se aplica um adesivo sobre a superfície das lâminas de vidro.  Então, faz-se a exposição a altas temperaturas e a pressões hidráulicas em autoclave, favorecendo o contato intimo entre as partes.

 0 vidro utilizado é o comum (cálcico ) e as características de segurança são inseridas pela capacidade de a película polimérica reter os fragmentos em uma quebra acidental.

Inicialmente usava-se o nitrato e o acetato de celulose, porém este é sensível as radiações de U.V.  Nos processos atuais, aplica-se uma resina vinilica resistente à ação dos raios U.V. solares (polivinilbutirol) que dispensa a aplicação de adesivos. 

É bastante elástico, mesmo sob baixas tensões até o seu limite elástico, depois do que é necessária uma considerável tensão extra para provocar a sua ruptura.

Vidro de segurança temperado termicamente :- dito Securit . O vidro já moldado é aquecido a uma temperatura de 427°C, abaixo do ponto de amolecimento, e então, resfriado  bruscamente ao ar ou a um banho liquido (óleo, sal fundido).

 Neste resfriamento brusco, a superfície do material torna-se rígida e se contrai, enquanto que no interior se mantém fluido o material ( devido a má condutividade térmica do vidro).

O resfriamento lento da massa interior provoca formação de tensões de tração para esta parte interna e ao mesmo tempo, comprime a parte externa já rígida.

Estes vidros possuem alta resistência mecânica e química, assim como uma boa estabilidade térmica, impede-se porém  o trabalho mecânico ou corte com diamante.

Em quebra acidental, fragmenta-se em partículas arredondadas. A sua resistência é aumentada de duas a três vezes para vidros de fina espessura.  Aumentando-se a espessura das lâminas de vidro, a resistência diminui.

Vidro de segurança temperado quimicamente :- (chamado de Chencor)

Apresenta uma resistência superior ( 3 a 5 vezes ) ao do processo por têmpera térmica.

O processo envolve a troca iônica na superfície externa do vidro , mediante a imersão de um vidro de sódio num banho de lítio fundido, conseguindo-se um vidro de lítio na superfície, envolvendo a parte interna formada por vidro de sódio (alcalino).

O vidro de lítio tem um coeficiente de expansão menor que o vidro de sódio, contrai-se em menor intensidade no resfriamento que o vidro de sódio, proporcionando uma compressão á superfície do conjunto.

Vidros ricos em sílica :-( chamado de Vycor )

 Com teor de sílica superior a 96%, tem sua origem a partir de vidros borossilicatos, fundidos e conformados.

Depois do resfriamento, são submetidos a um tratamento térmico e de recozimento  (500-600°C ) que acarreta a separação de duas fases distintas no vidro.  Uma com elevados teores de boro e óxidos, alcalinos, facilmente solúvel em ácidos a quente  (HCI 10%, 98°C) enquanto que a outra fase é rica em sílica, e Ca, e assim, insolúvel neste ácido.

 A imersão deve ser por um período que permita a lixiviação completa da fase solúvel .

Segue-se o processo, continuando por uma lavagem de remoção de traços e impurezas da fase solúvel. 

Faz-se um novo tratamento térmico (900-1000°C) que visa desidratar o material e converter a estrutura alveolar formada pela lixiviação no vidro, em vidro não poroso.  Durante este processo há uma contração linear uniforme do vidro, podendo atingir cifras de 14% do tamanho original.

 Mantêm-se a forma original, por ser uma retração uniforme.  Este vidro tem uma

elevadíssima resistência a choques térmicos e longa durabilidade química, exceto

ao ácido fluorídrico.