VIDROS

UFRJ - ESCOLA POLITÉCNICADisciplina: Materiais de Construção I

Março de 2007

Apostila: VIDROSProfessor: JORGE SANTOS

UFRJ - ESCOLA POLITÉCNICA Disciplina: Materiais de Construção I

Assunto: Vidros

ÍNDICE

1. Aspectos Históricos 3

2. Conceituação 4

3. Constituição 4

4. Exemplos de Composição de Alguns Vidros 6

5. Fabricação 7

6 – Propriedades (vidros recozidos e temperados) 13

7. Classificação 14

PROF. JORGE SANTOS 2


Assunto: Vidros

1. Aspectos Históricos

12000 A.C

Usado desde a antiguidade. As descobertas arqueológicas evidenciam que o homem pré-histórico já usava nas suas armas de caça (pontos de lanças, flechas e facas) a obsidiana, vidro produzido pelo resfriamento da larva vulcânica.

Descoberta do Vidro

Alguns historiadores atribuem aos fenícios à descoberta do vidro. Contam que estes ao desembarcarem nas Costas da Síria, improvisavam fogões usando blocos de soda sobre a areia da praia para se aquecerem do frio e para preparar suas refeições. Com o passar do tempo notaram que do fogo escorria uma substância líquida e brilhante que se solidificava depois de algum tempo.

5000 A.C

Os egípcios fabricavam adornos em vidro (contas para colares coloridas e opacas).

1500 A.C

Os egípcios passaram a produzir peças ocas, tais como vasos e copos. Para a fabricação utilizavam moldes de areia com aglomerante, várias vezes mergulhador dentro do vidro fundido, até obter a espessura desejada. Após o resfriamento a matriz era destruída para deixar a peça oca.

300 A.C

No início da era cristã surgiram os primeiros espelhos convexos.

250 A.C

Na Síria, foi descoberta a técnica de sopragem para fabricação do vidro, que barateou a sua produção, contribuindo para sua difusão e popularidade.

Expansão do Império Romano

Juntamente com a expansão do Império Romano, a indústria de vidro, se propagou pelo mundo. O vidro da época não era transparente e sim translúcido, com tonalidade esverdeada devido à impureza de ferro.

1200 D.C.

Veneza é a principal centro vidreiro do mundo (Ilha de Murano), detendo praticamente o monopólio de sua produção.

1665

Na França, Colbert ministro do rei Luís XIV, fundou a Cia. Manufactures de St. Gobain,



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onde se fabricava o vidro plano, soprado inicialmente sob a forma de cilindros, que depois eram abertos, aplainados e polidos.

1865

Com a adoção dos fornos Siemens já usados na Indústria do aço, houve grande desenvolvimento da indústria vidreira. Junto com o forno, passou-se a usar tanques, para conter o material fundido. Isto possibilitou a fabricação contínua, bem como o uso de máquinas para contar e soprar o vidro.

Além do uso em garrafas, espelhos e materiais elétricos, o vidro passou a ser muito usado na construção na forma de vidro plano.

O processo inicial de fabricação do vidro plano consistia em verter o conteúdo de um pote sobre uma mesa de ferro e aplainar com um rolo também de ferro.

1918

Processo melhorado por Bicheroux que despejava o vidro fundido entre dois rolos os quais, ao girarem, formavam a placa de vidro.

Processo contínuo de fabricação

Pela Ford Motor Co. foi patenteado o processo contínuo de fabricação, correndo o vidro fundido diretamente através dos dois rolos, passando por uma área de recozimento e indo diretamente para a esmerilhagem e polimento.

Vidro no Brasil

No Brasil, a indústria vidreira surgiu no fim do século XIX em São Paulo (Vidraria São Paulo). Posteriormente a Vidraria Santa Marina.

A evolução do setor se deu a partir de 1940 com o aparecimento de muitas fábricas.

2. Conceituação

Vidro é um substância sólida, armorfa (não apresenta estrutura cristalina, sua constituição é irregular), mais ou menos transparente e às vezes translúcidas, dura e quebradiça, que se obtém pela fusão à alta temperatura de uma mistura de areia com grande proporção de sílica (SiO2) ou óxido de silício, soda (Na2CO3 carbonato de sódio) e a cal (CaO).

3. Constituição

a) Vitrificante

SiO2 (sílica) aplicada na composição pela areia (quartizito), beneficiada antes da aplicação. Tem função fundamental no vidro, pois é a matéria vitificante.



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b) Fundentes

Sódio, carbonato e sulfato de sódio. A soda (carbonato de sódio) é o elemento que inicia a fusão da massa, sua finalidade é baixar o ponto de fusão da sílica.

c) estabilizantes

Cálcio, dolomita e feldspato.

O cálcio é introduzido através do calcário; tem por finalidade dar estabilidade ao vidro contra ação dos agentes atmosféricos.

A dolomita e o calcário fornecem o magnésio, que dá ao vidro maior resistência mecânica.

O feldspato fornece a alumina que determina ainda mais a resistência mecânica, a resistência química e trabalhabilidade do vidro.

d) elementos corretivos (colorantes)

Transmitem a coloração desejada, por exemplo:

óxido cobalto = azul

óxido ferro = verde

óxido celênico = rosa

óxido cobre = cinza

e) elemento corretivos (afinantes)

Cloreto de sódio, nitrato de sódio, óxido arsênico. Servem para eliminar bolhas na massa.

f) chumbo

Dá maior brilho ao vidro e aumenta o índice de refração.

g) sucata de vidro

São pedaços de vidro provenientes de objetos imperfeitos, de recortes e de outros refugos de vidro. Auxilia na fusão, usada na proporção ideal de 25 %.



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4. Exemplos de Composição de Alguns Vidros

vidro ordinário

Vidro para termômetro

cristal vidros para

garrafas

pirex vidro sem álcalis

dióxido de silício (SiO2)

0,715 0,715 0,535 0,613 0,805 0,680

óxido de sódio (Na2))

0,150 0,108 - 0,028 0,044 -

óxido carbono (CO)

0,135 0,146 - 0,267 0,02 -

óxido dipotássio (K2O)

- 0,004 0,110 0,020 0,002 -

óxido chumbo (PbO)

- - 0,355 - - -

trióxido diboro (B2O3)

- - - - 0,118 0,130

óxido de zinco (ZnO)

- - - - 0,006 0,037

aluminato tricálcio (Al2O3)

- - - - 0,020 0,037

trioxido diferro (Fe2O3)

- - - - 0,003 -

óxido de báreo (BaO)

- - - - - 0,120

Atualmente o vidro de sódio e cálcio é o que mais se fabrica e serve para a confecção de vasos, vidros planos, vidros de automóvel.

Os vidros de chumbo são de grande importância em trabalhos óticos em virtude do respectivo índice de refração elevado e da grande dispersão (brilho do vidro = teor de chumbo). Usam-se também na construção de bulbos de luz, nos tubos de lâmpadas neons e em válvulas eletrônicas (grande resistência elétrica).

Os vidros de borossilicatos contêm usualmente cerca de 10 a 28 % de trióxido diboro (B2O3) e 80 a 87 % de sílica; o coeficiente de expansão é baixo, a resistência ao choque é elevada, a estabilidade química é excelente e a resistência elétrica é grande (aplicação em travessas de cozinha, vidraria de laboratório, isoladores de alta-tensão, etc.).



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5. Fabricação

5.1. Processos

5.1.1 – Suflagem

Pode ser obtida pelo sopro do operário ou mecanicamente por meio de compressores.

5.1.2 – Prensagem

É feita com auxilio de moldes de ferro adaptados a prensas especiais.

5.1.3 – Laminagem

Consiste em fazer passar o vidro em estado pastoso entre dois cilindros metálicos, que podem ser lisos e polidos, dando lugar aos vidros polidos, ou terem desenhos, formando os vidros de fantasia.

Esses processos de manipulação baseiam-se na propriedade que tem os vidros de serem plásticos e maleáveis a determinada temperatura.

Os componentes são fundidos sem grandes formas até se transformarem numa massa líquida e límpida.

Baixando-se depois a temperatura o vidro adquire consistência gelatinosa e torna-se apto para ser trabalhado. Depois de executado, o objeto e levado aos fornos de recozer e em seguida submetido às operações de acabamento.

5.2. Procedimentos

5.2.1 – Fusão

O problema da fabricação do vidro se resume em obter altas temperaturas para fundir as matérias primas e no desenvolvimento de um recipiente adequado para a vidro fundido.

As altas temperaturas, normalmente entre 1.400 a 1.600 oC, são necessárias para que se realizem as reações químicas entre as matérias primas e também para reduzir a viscosidade do vidro fundido a fim de que se libertem as bolhas, num tempo comercialmente viável.

São utilizados os seguintes tipos de fornos:

a) Fornos contínuos

Mantém em seu internos permanentemente um volume de vidro fundido. As matérias primas são carregados por uma extremidades e extraída por outra.

Podem ser dos tipos:



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a.1) regenerativos

São empilhagens de tijolos refratários, em formas diversas e funcionam como trocadores de calor intermitentes.

a.2) recuperativos

Cerâmicos ou metálicos, preaquecem o ar de combustão que se dirige aos queimadores que estão dispostos nas paredes do forno conforme padrão de direcionamento da chama pretendido sobre o tanque de fusão.

a.3) Elétricos

Utilizam energia elétrica.

Os fornos contínuos se dividem em 5 zonas:

Zona de fusão (as matérias primas são levadas a altas temperaturas)

Zona de refino (o vidro se liberta das bolhas resultantes dos gases desprendidos nas reações químicas e se dá também a homogeneização da massa vítrea)

Zona de trabalho (onde é melhorada a uniformidade do vidro)

Zona de condicionamento (situada junto ao ponto de extração do vidro. Ele é resfriado até a temperatura ideal para a sua extração).

Ponto de extração (local onde o vidro é colhido para a tesoura de corte ou estimado ou ainda passado nos cilindros laminadores.

b) Fornos descontínuos

As matérias primas são depositadas no interior do forno de uma só vez, por batelada. Posteriormente o forno é aquecido até fundir completamente e atingir as propriedades desejadas.

A massa de vidro fundida é retirada para a conformação, até o nível do vidro no forno baixar a ponto de não mais ser possível à operação ou até que o vidro retirado não tenha mais propriedades adequadas por conter impurezas provenientes das paredes dois recipientes.

São de dois tipos:

b.1) forno tanque (de pequena capacidade de produção. Aplicam-se a fabricação manual de produtos de demanda irregular ou sazonal).

b.2) forno de cadinho (dispõe de câmara onde são aquecidos os potes contendo a massa a fundir).



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5.2.2 – Conformação ou moldagem

O vidro pode ser conformado à máquina ou modelado a mão.

Tipos mais comuns de conformação:

a) Chapa de vidro

São utilizados processos mecânicos contínuos para laminar o vidro. O vidro fundido (1500 oC) após passar pela zona de condicionamento (resfriamento) é extraído e submetido à laminação por diversos processos:

Exemplos:

Bondim

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Rolos laminadores

(A saída do vidro é horizontal e por gravidade. São vidros lisos e impressos).

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Fourcault

b) Vidro por flutuação

Desenvolvido por Pilkngton Brothers – Inglaterra

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Refrigeração

Rolos condutoresEstiramento vertical

(Produção de vidro com 2 a 6 mm)

Polimento a fogo

Fusão Laminação Banho metálico Recozimento

Corte

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O vidro após sair da zona de trabalho, passa por uma câmera flutuando sobre um metal líquido. O metal fundido dá polimento na parte inferior e o fogo na parte superior.

Produz vidro com 0,15 a 2,5 cm com superfície bem acabada quanto no polimento.

c) Vidro soprado

Produzidos pela sopragem humana ou mecânica do vidro fundido resfriado em moldes pré-determinados.

A sopragem de um bulbo é diferente da de uma garrafa, pois a forma e o tamanho são determinados pelo próprio jato de ar e não pelo molde.

d) Tijolos e telha de vidro

São obtidos por prensagem.

e) Vidro fantasia

O vidro fundido corre pelo alvado do forno e passa entre os rolos laminadores metálicos, em cuja superfície foi gravado ou usinado um desenho.

Os cilindros conformam à fita de vidro, imprimindo-lhe simultaneamente o desenho numa só operação.

f) Vidro aramado

Consiste no reforço por tela ou fio metálico, durante a etapa inicial de conformação, visando segurança especial.

g) Vidro de segurança laminado

Constituído por duas folhas delgadas de vidro, cada qual com cerca de 0,315 cm, com uma folha de material plástico inquebrável entre elas.

O plástico utilizado é o polivinil butiral, bastante elástico, permanente límpido e incolor sob todas as formas e condições de uso, não é afetado pela luz do sol e não precisa de adesivos ou de compostos resistentes à água durante a fabricação.

O plástico e o vidro são lavados e aplica-se um adesivo (nem sempre é necessário). O vidro e o plástico são comprimidos sob calor moderado, para selagem das bordas. O vidro é então submetido a temperaturas mais elevadas e a pressões hidráulicas num autoclave, para que haja contato íntimo entre o vidro e a folha intermediária, depois do que as bordas do sanduíche podem ser seladas com um composto resistente à água.

A segurança de depende do plástico já que o vidro tem as mesmas características do vidro comum.

h) Vidro temperado

É muito forte e resistente, usado em porta e janelas de automóveis.



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Possui elevadas tensões internas e quando submetido à quebra, despedaça-se em pequenos fragmentos.

Sua fabricação envolve o recozimento térmico controlado, em que as tensões não uniformes no vidro são substituídas por tensões controladas, uniformes e pouco intensas.

Compressão muito elevada e tensão muito fraca.

A folha de vidro, já formada para a têmpera ou recozimento fortalecedor, é aquecida a uma temperatura de +/- 427 o C logo abaixo do ponto de amolecimento, e então resfriado ao ar, a sal fundido ou a óleo.

Durante esta têmpera provoca-se o efeito sanduíche, pois a parte externa do vidro resfria-se rapidamente e fica dura, enquanto o interior resfria-se mais lentamente e continuamente. Desta madeira o interior desenvolve uma tensão compensadora, contribuindo para a triplicação da resistência.

i) Vidro Blindado

É feito pela sobreposição de várias camadas de vidro e outros materiais podendo obedecer a seguinte ordem:

PVB (Polivinil Butiral1);

Vidro;

Poliuretano2;

Policarbonato3;

Poliuretano;

Vidro;

Película anti-estilhaço.

Esse processo cria um material semelhante ao vidro, mas que é mais espesso que o vidro normal. O vidro à prova de balas tem de 7 a 75 mm de espessura. Quando uma bala é disparada em um pedaço de vidro à prova de balas, ela consegue perfurar a camada exterior dele, mas o material consegue absorver a energia da bala e pará-la antes que saia pela camada interna.

É aplicado em bancos, lojas, residências e automóveis.

1 PVB - Polivinil Butiral – É uma das matérias-primas utilizadas na fabricação de vidro laminado, é uma película plástica e elástica aplicada entre as chapas de vidro. Disponível em diversas cores no mercado. Pode ser utilizado na laminação de float e do impresso. É nessa película que os fragmentos de vidro ficam presos em caso de quebra.

2 Poliuretano é qualquer polímero que compreende uma cadeia de unidades orgânicas unidas por ligações uretânicas. Trata-se de uma estrutura molecular obtida por reação química de poliadição entre um poliol e um isocianato. É amplamente usado em espumas rígidas e flexíveis, em elastômeros duráveis e em adesivos de alto desempenho, em selantes, em fibras, vedações, gaxetas, preservativos, carpetes e peças de plástico rígido.

3 Os policarbonatos são um tipo particular de polímeros de cadeia longa, formados por grupos funcionais unidos por grupos carbonato. São moldáveis quando aquecidos, sendo por isso chamados termoplásticos. Como tal, estes plásticos são muito usados atualmente na moderna manufatura industrial e no design.


http://pt.wikipedia.org/wiki/Termopl%C3%A1stico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero

http://pt.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Carpete

http://pt.wikipedia.org/wiki/Preservativo

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Gaxeta&action=edit

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Veda%C3%A7%C3%A3o&action=edit

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fibra

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Selante&action=edit

http://pt.wikipedia.org/wiki/Adesivo

http://pt.wikipedia.org/wiki/Elast%C3%B4mero

http://pt.wikipedia.org/wiki/Espuma

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Uretano&action=edit

http://pt.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero


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5.2.3 – Recozimento

Para reduzir as tensões, é necessário recozer todos os objetos de vidro.

O recozimento envolve duas operações:

a) Manutenção da massa de vidro acima de uma certa temperatura crítica durante um tempo suficientemente dilatado para que as tensões internas sejam reduzidas graças ao escoramento plástico, ficando abaixo de um máximo pré-determinado.

b) Resfriamento da massa até temperatura ambiente, com lentidão suficiente para manter a tensão abaixo do máximo.

5.2.4. – Acabamento

Todos os vidros recozidos devem sofrer algumas operações de acabamento. Tais como: limpeza, esmerilhamento, lapidação, despolimento, esmaltamento, graduação e calibração.

6 – Propriedades (vidros recozidos e temperados)

6.1 – Físicas e químicas

transparentes face ao seu estado amorfo.

não sofrer qualquer alteração com o tempo e ao contato com ácidos e bases.

são impermeáveis aos gases e aos líquidos.

relativamente permeáveis às radiações do espectro solar (ultra violeta e infravermelho).

baixa condutibilidade térmica e elétrica.

densidades muito variáveis em função do tipo de vidro.

coeficiente de dilatação inferior ao concreto e aço.

6.2 – Propriedades mecânicas

módulo de elasticidade = 600.000 a 800.000 kg / cm2

tensão de ruptura à flexão para vidro recozido= 350 a 450 kgf / cm2

tensão de ruptura à compressão = 2000 a 6000 Kgf / cm2

dureza = entre 6 e 7 da escala de mohs.

não resiste aos reforços dinâmicos de choque e fadiga por sua dureza.

6.3 - Propriedades térmicas

É frágil ao choque térmico.



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6.4 - Propriedades óticas

Para vidros planos e cristais:

Quantidade de luz absorvida = 6%

Quantidade de luz perdida por reflexão = 8 a 30% (significativa)

7. Classificação

De acordo com a NBR 7199 – “Projeto execução de envidraçamento na construção civil” temos as seguintes classificações:

a) Quanto ao tipo:

1. vidro recozido (após sua saída do forno é resfriado gradualmente não recebe qualquer tratamento)

2. vidro segurança temperado (submetido ao tratamento térmico, através dos quais foram introduzidos tensões adequadas e que ao partir desintegra-se pequenos pedaços).

3. vidro de segurança laminado (composto de várias chapas de vidro unidas por películas aderentes)

4. vidro de segurança armado formado por única chapa de vidro com fios metálicos em seu interior ao quebrar os fios mantém os estilhaços presos.

5. vidro térmico absorvente (absorve 20% dos raios infravermelhos, reduzindo o calor transmitido através dele).

6. vidro composto (formado por duas ou mais chapas de vidro selada na periferia formando vazios entre chapas contendo no seu interior gás desidratado, com a finalidade de isolamento térmico e acústico.

b) Quanto à forma

Chapa plana

Chapa curva

Perfilada

Ondulada

c) Quanto à transparência

Transparente (transmite a luz e permite visão nítida através dele)

Translúcido (transmite a luz em vários graus de difusão, não permite visão nítida).

Opaco (impede a passagem da luz)

d) Quanto ao acabamento



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Liso (transparente, apresentando leve distorção das imagens refratadas, em virtude das características da superfície ocasionadas pelo processo da fabricação).

Polido (não apresenta distorções de imagens)

Impresso / fantasia (desenho impresso durante fabrica)

Fosco (translúcido, pelo tratamento mecânico ou químico em uma ou nas 2 superfícies).

Espelhado (reflete totalmente os raios luminosos)

Gravado (por meio de tratamentos químicos ou mecânicos apresenta ornamentos em uma ou nas duas superfícies).

Esmaltados (ornamentado através da aplicação de esmalte vitrificável em 1 ou 2 faces.

Termorefletor (colorido e refletor pelo tratamento químico em uma da faces, feito a alta temperatura.

e) Quanto à colocação

Incolor

Colorido


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