A INDÚSTRIA E A PRODUÇÃO DO VIDRO

Toda produção de vidro resume-se essencialmente a reunir materiais básicos baratos com pequenas quantidades de aditivos, convertendo-os a um produto extremamente refinado. A maior parte do custo desse produto final está na instalação necessária.

O objetivo primordial de um fabricante de vidro plano é atuar como fornecedor bem sucedido para distribuidores, produzindo usualmente carregamentos de 20 toneladas / caminhão de vidro em séries de tamanhos padrão. As divisões semanais quanto à produção estão relacionadas com esse objetivo e avaliadas face ao estoque no depósito do fabricante. Em relação a esse aspecto, é significativo que a maior fatia dos recursos do orçamento de pesquisa de um fabricante destine-se ao aperfeiçoamento e otimização do processo primário básico, em vez de dirigir-se à ampliação de tecnologia e de novos produtos.

Somente compreendendo a natureza e o custo da fabricação, é possível explorar o potencial da tecnologia.

Indústria Primária

O vidro plano usado em edificações é fabricado em 1 ou 2 estágios: da indústria primária, na qual o produto básico plano ou produto principal é fabricado e da indústria secundária na qual o produto primário é apurado e adicionado a outro. A vantagem de usar uma técnica secundária é evitar correções de custo alto à indústria primária.

A indústria primária resume-se em geral, a três operações básicas:

- fusão

- modelagem

- resfriamento ( têmpera)

Fusão

A fusão consiste em aquecer os constituintes até uma temperatura entre 1.600 - 1.800°C, na qual eles se tornam fluidos e podem ser moldados.

Moldagem

É um processo durante o qual o vidro gradualmente esfria e endurece beneficiando-se da característica do material para endurecer, indo do estado líquido a uma consistência semelhante à do melado enquanto sua temperatura cai de 1.600°C a 800°C.

Resfriamento (Têmpera)

É o crítico terceiro processo. Resfria-se por igual o vidro sob condições muito controladas, de 600°C a 100°C. O termo Têmpera propriamente dito refere-se a um processo de aquecimento e resfriamento graduais. Na indústria do vidro, o termo é usualmente aplicado ao processo final de resfriamento controlado, praticado em um lehr, assegurando certas propriedades essenciais ao vidro como por exemplo, sua propriedade de ser cortado reto.

Métodos de moldagem têm mudado consideravelmente ao longo da história da fabricação e um estudo das mudanças progressistas dos métodos de fabricação através do tempo, ajuda a avaliar os problemas e a perícia dos fabricantes de vidro. Todos os processos antigos usavam fusão, sopramento e fiação. Os Romanos fizeram chapas fundidas de até 1m2, mas a indústria de janelas de vidro usando cilindros soprados se desenvolveu na Europa Setentrional em torno de 1000 d.c. em resposta a necessidades climáticas e de estilo. A técnica envolvia o sopramento de um grande cilindro que era cortado aberto e então achatado. Um avanço paralelo durante a Idade Média, foi o aperfeiçoamento da técnica de fazer vidro como um disco rotativo.

Ambos os métodos - cilindro e disco resultaram em vidro fino, fraco e irregular, tornando-o inadequado para aplicações que exigissem uma superfície e resistência como os espelhos e veículos. Vidros liso e transparente para vagões de trem eram então tradicionalmente feitos por meio de fusão, pulverização e polimento. O uso desse vidro em edificações era proibitivamente caro.

Por outro lado, as vidraças do Palácio de Cristal indicavam que a folha soprada de Chances e a fina lâmina prensada de James Hartlly eram bastante similares em preço.

A produção de chapas finas, de boa qualidade foi revolucionada no começo do século XIX pelo desenvolvimento simultâneo de vidro estirado na Bélgica e nos EUA. A produção de vidro plano por meio de sopro de cilindro, disco rotativo ou moldagem é intrinsecamente difícil de mecanizar nos três casos e os fabricantes pesquisaram meios de obter produção contínua.

Em 1904, Fourcault patenteou um processo de estiramento vertical, em que uma fenda moldada em barro refratário é abaixada até penetrar no vidro derretido que sobe dentro dela. O vidro é fisgado por uma longa isca à qual adere e estirado verticalmente através de roletes, resfriado e temperado. O processo encontrava-se em operação comercial por volta de 1913, produzindo larguras padrão de 1,9m a 2,3m com espessuras variáveis, obtidas pelo estiramento do vidro sob diferentes velocidades. Essa técnica possui um grave defeito, associado ao fenômeno de desvitrificação, que ocorre quando o resfriamento é inadequadamente controlado e há cristalização. No processo de Fourcault ocorre, usualmente na câmara de estiramento, que a cristalização degrada a superfície da fenda, esta requer limpeza semanal e causa consideráveis embaraços à continuidade do processo, a menos que medidas elaboradas sejam tomadas.

Esse defeito não acontece, porém, no método de produção conhecido como processo de Colburn ou Libbey Owens, patenteado nos EUA em 1905. Nesse caso, o vidro fundido é estirado por meio de uma isca de ferro através de roletes serrilhados. É então reaquecido e amolecido para ser arqueado sobre um rolete até ficar em posição horizontal. Em seguida, o vidro é estirado no meio de tratores até entrar dentro do Lehr onde se faz a têmpera.

Embora evitasse a desvitrificação, o processo americano dividia com o Método Fourcault o intrínseco problema do contato com os roletes que tornava muito difícil evitar dano ou degradação à superfície do vidro. Esse aspecto foi superado no processo desenvolvido pela Companhia de Vidro Plano Pittsbourgh, que é basicamente uma versão vertical do processo Colbourn / Libbege Owens.

Nele evita-se a necessidade de roletes ou de qualquer outra forma de contato superficial. O maior problema a ser superado era a tendência de "se acinturar" que sofre uma substância melada, quando está sendo estirada. Isso se previne pelo uso de roletes serrilhados refrigerados na borda do estiramento. O processo de estiramento, foi o principal método de fabricação de vidro plano barato para janelas pelo mundo todo até bem recentemente. E ainda é assim, em várias partes do mundo. Entretanto, o processo tem defeitos de produção intrínsecos que provaram ser muito difíceis de evitar. A ação da gravidade sobre o líquido que está se resfriando cria variações na espessura que, num material transparente, têm um efeito fundamental sobre sua propriedade primária. Até os anos 50, a indústria precisava de um método para a produção de vidro com espessuras diferentes mas constantes, com boa superfície. Ele só pôde ser encontrado no processo do vidro plano, no qual o vidro moldado ou prensado é desgastado e polido.

Técnicas avançadas para fabricar vidro plano prensado coexistiram com as usadas para produzir o vidro plano delgado em folhas nos primeiros anos do século XX.

O processo de fabricação do vidro plano simples permaneceu o mesmo desde sua invenção em 1688 até os anos 20: uma tonelada de vidro derretido era derramada num leito, prensado com cilindros até a espessura de mais ou menos o dobro da medida final, temperado, e então desgastado e polido, um lado de cada vez.

O processo Bicheroux, introduzido no começo dos anos 20, derramava o vidro entre dois cilindros . Essa técnica permitia que a espessura original do vidro produzido alcançasse melhores tolerâncias e chegasse mais perto do que eventualmente se queria, resultando em menor perda de material e menos gastos.

Uma vez reduzida a espessura original prensada, se podiam obter tamanhos maiores por quantidade de massa de vidro em fusão. A falta de continuidade na produção em ambos os processos de compressão e de desgaste / polimento continuava um obstáculo, até que a Ford Motor Company desenvolveu seu sistema na década de 20, para suprir a necessidade de vidros para automóveis.

Ford inventou um sistema no qual o vidro fundido era alimentado continuamente entre os cilindros e em seguida desgastado e polido continuamente. Os tamanhos obtidos eram adequados somente para carros; Pilkington, no Reino Unido, desenvolveu um sistema similar, de 1923 em diante, para chapas maiores. A produção completa contínua e dinâmica (inclusive a passagem além do limite entre têmpera e desgaste / polimento) foi completada, em bases comerciais, em 1938, quando a fábrica de Pilkington, de 320m de comprimento foi instalada, unindo prensagem com cilindros, têmpera e os gêmeos desgaste e polimento dos dois lados ao mesmo tempo.

A prensagem com cilindros, seja para a produção de vidros planos, seja para vidros moldados tem sido constantemente usada como técnica desde esse tempo. Muitas fábricas qua ainda estão em operação foram instaladas nessa época.

Até a década de 50, todo vidro plano de janela era feito segundo uma das duas técnicas expostas até aqui. A prensagem com cilindros era usada para fabricar vidro moldado, vidros de tamanhos grandes, ou o produto básico para chapas planas polidas, que exigissem um alto grau de perfeição óptica da superfície, completamente plana (como para espelhos); esse vidro era espesso e caro quando se exigia que tivesse boas qualidades de superfície. A outra técnica, fabricação de folhas de vidro, satisfazia a necessidade de vidro barato para janelas, e tinha um excelente acabamento queimado, porém, tinha limitações intrínsecas de tamanho e não era possível tornar sua superfície opticamente plana.

A indústria estava à caça de um método de produção contínuo que pudesse fabricar vidro em espessuras diferentes mas opticamente constantes, apresentando boas qualidades de superfície.

O processo de Flutuação (o vidro float)

O processo de flutuação, inventado e desenvolvido pela Pilkington, representa uma das importantes contribuições para a indústria do vidro. Na fabricação, apropria-se de uma das principais características do processo de prensagem com cilindros (a colocação do material horizontalmente) e integra-o ao princípio do fluxo contínuo em um passo radical.

O processo de flutuação opera sobre o princípio de que o vidro, a 110°C, ajuda a manter fundido o estanho no qual flutua: o estanho tem seu ponto de fusão a 232°C, um dos mais baixos de todos os metais, e um ponto de fervura a 2720°C. Vidro fundido derramado sobre estanho deverá, portanto, tendo peso específico mais baixo, flutuar nele, afundando-o cerca de 6mm. Nessas três propriedades - pontos de fusão, peso específico e tensão de superfície (que controla a profundidade da imersão) residem a características notáveis do processo de flutuação.

Todas as fábricas que usam a flutuação são desenhadas sob os mesmos princípios básicos. Uma fábrica padrão que emprega o processo de flutuação, compreende 2 partes funcionais principais:

a) a instalação dos lotes de material

b) a linha de produção por flutuação

A instalação para os lotes de Material

É aqui que as matérias-primas são estocadas e misturadas aos vários componentes necessários para os vidro de diferentes composições produzidos na linha de flutuação. Trata-se de um edifício isolado, com vários andares, de mais ou menos 30m de altura. Os materiais para a produção do vidro claro, padrão, pelo processo de flutuação, são:

- areia

- cinza de soda (Na2, CO3, para conversão a NA2O)

- pedra de cal (CaCO3, para conversão a CAO)

- dolomita (Ca/Mg CO3, para conversão MgO)

- sulfato de sódio cru

- aparatas de vidro (vidro quebrado reciclado)

Após a mistura, os lotes misturados são transportados por caminhões basculantes em cargas de 4 toneladas por caminhão, ou em esteiras rolantes até a extremidade do tanque.

A linha de flutuação

Requer os seguintes potenciais de fabricação:

- A produção de um fluxo contínuo de vidro fundido, na mistura requerida a 1100°C.

- O estiramento disso através do estanho fundido para obter as espessuras variadas do vidro.

A espessura "natural" do vidro no estanho ( dada a tensão superficial) está entre 6mm e 7mm. Para obter vidro mais fino é preciso esticar a tira de vidro puxando-a mais rapidamente por meio de roletes no lehr de resfriamento (têmpera), enquanto se restringe sua tendência para "acinturar-se". Para obter vidro mais grosso, é preciso restringir o fluxo lateral normal por meio de anteparos. A espessura, variando de 2,5mm a 25mm é produzida regularmente. É teoricamente possível produzir espessuras de até 35mm. A linha requer os seguintes componentes principais.

- tanque de fusão

- banho de flutuação

- lehr de resfriamento (têmpera)

- corte automático

- processo de estocagem automático.

O processo é tal que não pode ser parado sem ruptura prejudicial, e as fábricas podem ser operadas por vários anos sem maiores reformas ou reparos.

O tanque de fusão

Tem 60m de comprimento, 12m de largura e 1,5m de profundidade e suporta 2.100 toneladas de vidro. Os enormes tanques modernos suportam até 5.000 toneladas. O tanque assenta-se sobre uma câmara de ventilação de 15m de profundidade construída em alvenaria ventilada. A câmara é a fonte de ar usada para fornecer oxigênio para a fornalha regenerativa sobre a qual se assenta o tanque. A fornalha é, em geral, aquecida a óleo (com facilidades para substituição por gás), e opera de ambos os lados com uma substituição a cada 20 minutos. Enquanto um lado está ardendo, os gases gerados são eliminados pelo outro lado através dos dutos subjacentes. A câmara atua como um cano de chaminé, e regenerador do calor.

A alimentação da linha com a mistura se faz a partir do recipiente provisório de recepção em direção a um cocho basculante que corre sobre um trilho suspenso na frente da fornalha. Uma vez cheio, o cocho cruza a boca da fornalha, e o composto, inclina-se por meio de um rolete resfriando a água, e cai dentro da fornalha junto com o vidro reciclado partido (cullet) que vem da outra extremidade da linha.

A fornalha aquece o composto entre 1500°C a 1600°C, o vidro flui para o tanque e resfria até 1100°C, sendo o resfriamento final por ar frio soprado sobre o vidro fundido. O nível do vidro fundido é automaticamente controlado até mais ou menos 5mm.

O processo todo é monitorado usando circuito fechado de televisão (monitores ligados a câmaras focalizam o interior do tanque) e computadores, de uma sala de controle adjacente envidraçada.

Na extremidade do tanque, a massa derretida a 1100°C passa através de um refinador, no qual os gases dispersos são eliminados e ela é despejada através de canal sobre o estanho.

O banho de flutuação

Trabalha em função do princípio de que o vidro fundido a 1100°C derrete o estanho num banho raso. O tanque tem 55m de comprimento por 600mm de profundidade e uma largura interna de 7,6m, contendo cerca de 1800 toneladas de estanho fundido. A alta densidade do estanho garante que o vidro flutue à sua superfície.

O tanque é selado e a atmosfera interior é alimentada com hidrogênio e nitrogênio para evitar a oxidação do estanho. A continuidade do processo mantém uma tira de vidro fluindo para dentro do banho, conduzindo-o para o lehr de resfriamento (têmpera) a 600oC.

A profundidade normal de imersão de 6 - 7mm torna a produção do vidro de 6mm razoavelmente fácil. Aumentando a velocidade dos roletes no alto do lehr de resfriamento, estira-se o fluxo para produzir vidro mais fino: o acinturamento é evitado com roletes laterais acima do tanque. Vidro mais espesso é produzido com anteparos.

A largura máxima possível é em geral de 3500mm, o que rende uma tira útil de 3,2mm . Um nível de fluxo de 1115 m/h rende vidro espesso de 4mm. Tanques mais largos, de até 4m, estão sendo cogitados para novas linhas.

Mudar a espessura é comparativamente rápido: mudar de 4mm para 5mm leva 45 minutos - envolvendo uma perda para cullet (aparas) de cerca de 900m.

Na extremidade do tanque,o vidro a 600°C tem uma resistência de superfície suficiente par evitar que seja marcado pelos roletes de ferro do lehr de resfriamento.

O processo de flutuação é monitorado por circuito fechado de TV e por computadores e é tão facilmente controlado como o estágio do tanque de fusão.

Lehr de Resfriamento (têmpera)

Esse processo resfria o vidro sob condições muito controladas para produzir um material com propriedades corretas, particularmente adequado ao corte. O lehr de resfriamento (têmpera), ou câmara de resfriamento (de aproximadamente 100 metros de comprimento), consiste principalmente de uma caixa fechada dentro da qual o vidro passa sobre roletes, e a temperatura de qualquer largura de vidro é controlada; isso envolve aquecer as bordas em certos pontos enquanto o centro está sendo resfriado. No momento em que o vidro aparece, sua temperatura cai para 100°C, sendo em seguida resfriado sob tubos de ventilação com furos com centros a cada 75 a 100mm, usando ar ambiente.

Verificação automática e corte.

À medida que o vidro emerge do lehr, passa através de um ponto de controle no qual é iluminado de cima por uma lâmpada de vapor de mercúrio refletida num espelho. O espelho reflete uma luz regular para baixo através do vidro sobre uma superfície branca perfeita sob os roletes. A câmara de TV posicionada sob o vidro transmite uma gravação contínua de imperfeições no vidro. Todas as imperfeições observadas são registradas no computador e o setor concernente é cortado e descartado durante o processo de corte subsequente.

O corte automático transversal, diagonal e linear é realizado em resposta a ordens contidas nos computadores. Os lotes de vidro são apanhados e empilhados aos lados da linha para estocamento. Quinze tamanhos padrão são cortados continuamente mantendo altos os estoques.

Tingimento da substância

A introdução de corantes químicos, para a fabricação de produtos de controle de irradiação - transmissão é feita por modificação da série. As cores típicas verde, cinza e bronze são obtidas desse jeito. Esse processo encerra um problema - chave para o fabricante de vidro, dado que o processo é contínuo, e pode levar quatro dias desde a adição do componente para que a mistura fundida produza uma cor consistente. A um nível contínuo de fluxo de 1000m/h, isso pode criar até 300.000m2 de produto desperdiçado - cullet ( aparas) ou vidro para mobiliário, cada vez que a cor é mudada.

O desperdício extremamente alto associado à mudança de cor da substância (suficiente para 10 grandes edifícios) levou a indústria a guiar-se por dois princípios: restringir as cores comercializadas e desenvolver métodos alternativos de modificar a transmissão de energia. A Pilkington por exemplo só fabricou 2 das 3 cores - cinza e bronze) comercializadas no Reino Unido nos anos 80. "verde anti-solar" foi importado de sua fábrica alemã para o seu mercado no Reino Unido, um típico exemplo da demanda do mercado mundial para tornar viável uma fábrica.

Modificação da superfície

Em vez de fazer alterações no conteúdo da mistura completa, os fabricantes primeiro concentraram-se particularmente nas mais recentes técnicas de revestimento na modificação da superfície. Assim, íons metálicos (como chumbo e cobre) foram lançados sobre a superfície do vidro dentro do banho de flutuação por força eletromotiva.

Produção

O Processo de flutuação depende da produção contínua de uma tira de vidro que deve ser estocada. Um objetivo padrão de produção é fabricar cargas de 20 toneladas / caminhão empilhadas em tamanhos de estoque para satisfazer a demanda. Como um procedimento padrão, se costuma cortar o material em comprimento de 6m para estocagem.

Espessuras

O vidro assim produzido é feito rotineiramente em espessuras que variam de 2mm a 25mm.

A produção experimental de 50 a 100 mícrons está sendo desenvolvida embora falar em vidro muito fino soe como um meio econômico de usar a linha para gerar a área máxima de superfície por quantidade de massa de vidro, não é o método de produção mais rentável. Os melhores retornos são do vidro de 4mm e de 6mm por causa da demanda para substituição e mercados de construções novas, enquanto os vidros mais finos e fracos são usados para produtos como os vidros laminados.

Manutenção

Alguma manutenção pode ser realizada sem esvaziar e limpar completamente a fábrica. O estanho, por exemplo, permanece aceitável e não contaminado durante anos, precisando apenas ser completado. Um reparo a frio ou manutenção é necessário a cada 5 anos mais ou menos.

Prensagem com Cilindros

Embora o processo de flutuação tenha vindo a dominar a indústria primária do vidro no mundo desenvolvido, o vidro prensado ainda tem um imenso mercado, e proporciona uma extensa série de produtos. O vidro prensado não pode ter as duas faces paralelas relativamente brilhantes queimadas do processo de flutuação; mas, pode ser produzido em pequenas e econômicas partidas de vidros de diferentes composições em geral caracterizados por uma superfície moldada e uma áspera.

A prensagem compreende 5 estágios de fabricação:

- fusão

- prensagem

- resfriamento

- corte

- estocagem

Fusão

Areia, cullet (apara) - 10 a 2% - e outros constituintes necessários, misturados em uma instalação em série, são virados em um recipiente para fusão aquecido a gás a cerca de 1100mm de profundidade. O calor é suprido por maçaricos colocados acima da instalação. A massa é aquecida até atingir de 1600°C a 1800°C e então flui de encontro aos cilindros, sob condições de temperatura controladas, para assegurar que os alcance numa consistência adequada de "melaço"

Moldagem

O vidro fundido é derramado como uma tira de cerca de 1400 mm de largura em direção aos cilindros principais. Os cilindros, com aproximadamente 240mm de diâmetro, são removíveis e produzem num padrão repetido na superfície do vidro, cujo comprimento é igual à circunferência do cilindro, ou a um fração dele (cerca de 750mm). A série de moldes (padrões) estocados requer troca freqüente de cilindros em resposta às necessidades de reestocagem e a máquina é desenhada para permitir que a troca dos cilindros (para limpeza ou mudaça de desenho) seja realizada por uma equipe de mais ou menos 10 pessoas em 30 minutos. Isso requer que o fluxo de vidro seja barrado com conseqüente perda de produção.

Refrescamento, Corte e Estocagem

Esses processos são geralmente os mesmos dos descritos em relação ao processo de flutuação, embora, quase sempre, com menos automação.

 

Produtos

A simplicidade comparativa das técnicas de laminação tornam possível a produção de muitos produtos diferentes, e torna-os adequados para adaptação a inserção de camadas intercaladas com arames. A inserção de arames de reforço é uma das melhores aplicações existentes da técnica de camadas intercaladas. Os telhados imensos, necessários para as estações ferroviárias, edifícios para exposição e feiras da 2ª metade do século XIX, junto com a preocupação crescente com o jogo, criaram a necessidade de algum tipo de vidro de segurança. A primeira patente foi tirada em 1855, e a Pilkington iniciou a fabricação em bases comerciais em 1898.

Produtos contemporâneos incluem malhas de 6mm, redes soldadas de malhas de 12,5mm e redes com malhas hexagonais de 25mm. O rolo de rede é introduzido no vidro quente enquanto ainda está em estado maleável, por meio de um cilindro colocado justamente na frente dos cilindros principais do vidro.

Novos produtos se obtêm com facilidade desde que encaixem nos critérios de moldagem e fabricação do processo. Novos métodos de gravação com cilindros estão constantemente sendo desenvolvidos e usados incluindo foto-gravação. Novos padrões requerem um pedido de não mais que 10000m2 para serem economicamente viáveis (o equivalente ao fornecimento completo de um prédio de 30 andares).

Fabricação secundária

A fabricação primária, a produção de vidro plano numa série de passos integrados da fusão, passando pela moldagem até a têmpera, cria uma enorme série de produtos os quais, historicamente satisfizeram e criaram o mercado.

Entretanto, arquitetos, designers e consumidores em geral, tem aumentado a demanda de produtos com melhor desempenho do que uma simples lâmina temperada. Necessidades de resistência, segurança e desempenho técnico obrigaram a indústria a desenvolver novos materiais feitos para padrões mais exigentes, e não é agora espantoso, em um mercado nacional, que mais vidro seja usado para manufatura secundária do que para simples vidraças na sua forma primária produzido de uma forma ou de outra.

Para a indústria do vidro como um todo, esses produtos não são meramente um meio de vender mais vidro para satisfazer demandas mais altas; são produtos de valor, acrescentados para satisfazer um mercado sofisticado crescente com materiais de custo intrínseco mais alto, tirando maior lucro de um metro quadrado de vidro.

As técnicas de fabricação usadas pela indústria secundária, variam do simples e comparativamente tradicional, aos métodos de tecnologia extremamente aperfeiçoados, resultantes do uso de avanços da física. Dessas técnicas dependem muitos dos produtos do futuro e o conhecimento deles dá uma indicação das direções possíveis.

Endurecimento pelo calor da têmpera

A produção de um vidro seguro tem sido um objetivo dos fabricantes por mais de um século, mas foi só por volta de 1870 que a técnica foi dominada. Envolvia aquecer intensamente vidro e esfriá-lo em óleo. Em 1928, os franceses desenvolveram o SECURIT; o método de produção consistia na suspensão do vidro em uma fornalha elétrica, seguida de rápido resfriamento realizado soprando ar frio em ambos os lados. Esse método ainda é usado mas tem a desvantagem de deixar marcas das tenazes gravadas na superfície do vidro, por onde ficou preso suspenso verticalmente durante o processo.

Durante os 10 últimos anos, o processo vertical foi substituído pelo horizontal onde as demandas do mercado justificassem o alto investimento de capital necessário. Produz-se um vidro de melhor qualidade, livre das marcas das tenazes, da sua distonação e esticamento; sendo ainda plano suficiente para polimento duplo ou laminação. O processo horizontal é descrito a seguir.

Criar a resistência no vidro, por qualquer que seja o processo, requer cinco passos:

- moldagem e trabalho

- lavagem

- aquecimento

- resfriamento

- imersão em calor

Moldar e trabalhar

As tensões construídas no endurecimento tornam o trabalho com o vidro impossível após este processo. Por essa razão, o desgaste das bordas e polimentos, a formação de orifícios e cortes de qualquer tipo, devem ser realizados antes da têmpera. O impacto mais significativo que isso tem na prática normal é que todo vidro temperado deve ser cortado e processado segundo os pedidos para satisfazer a linha de montagem para a qual é planejado. Isto coloca demandas especiais no tempo de obtenção e viabilidade.

Lavagem

A lavagem é essencial para assegurar que o vidro que entra na fornalha esteja perfeitamente limpo.

Aquecimento

A essência do processo de têmpera é realizar o aquecimento cuidadosamente controlado antes do resfriamento. A fornalha é uma câmara de 80m de comprimento aquecida até a temperatura de 625°C. O vidro é conduzido através dela sobre cilindros de cerca de 50mm de diâmetro e a intervalos de 150mm, e alcança a temperatura da fornalha de maneira gradual e controlada. A principal dificuldade é a de conseguir manter a temperatura regularmente controlada em toda a área. Em fornalhas modernas as chapas de vidro são oscilantes permitindo que o equipamento seja menor.

Resfriamento

O vidro deixa a fornalha e vai para o equipamento de resfriamento. Esse compreende jatos sobre ou sob o vidro, soprando ar à temperatura ambiente sobre a sua superfície. Quanto mais alto é o grau de resistência requerido, mais depressa sopra-se o ar.

Imersão em Calor

Após a têmpera, o vidro é imerso em calor a 290°C por várias horas, para testar a qualidade de homogeneidade do material e, particularmente, para testar a presença de sulfeto de níquel que levam o vidro a despedaçar-se.

 

 

 

Produtos

O uso de fornalhas com "piso rolante" permite que vidros espessos e tingidos possam ser aquecidos sem a marca das tenazes. As larguras disponíveis dependem da largura planejada para o equipamento e o forno corrente típico na Europa pode produzir vidro de 4 metros de comprimento por 2100mm de largura. Os padrões de segurança requeridos são em geral definidos pelo número de partículas produzidas despedaçando o vidro num simples golpe, de modo padrão, e contando os cacos numa área de 100mm quadrados. O maior tamanho de vidro temperado disponível varia de fabricante para fabricante, com as dimensões máximas disponíveis de até 2,4m e 5m.

Arqueamento ou Curvatura

O arqueamento é uma das técnicas secundárias mais antigas, e é característica por exemplo, da arquitetura do Período da Regência inglesa no início do século XIX.

O arqueamento repousa no aquecimento controlado do vidro até o ponto em que se torna maleável e relaxa para ser colocado num molde, seguido de resfriamento e endurecimento. Três métodos são correntemente usados: moldagem ( ou arqueamento), arqueamento preso e tenazes e arqueamento na fornalha com "esteira rolante".

No processo comum de moldagem, moldes de aço brando de espessura de mais ou menos 3mm são batidos em painel até a curvatura desejada, testando-a com toras ou mastros. O molde é pulverizado com gesso seco em pó até uma espessura de 1 a 1,5mm para proteger o vidro da superfície de metal. O molde é então colocado sobre um leito de tijolos numa carretilha, e o vidro plano, cortado exatamente na correta medida da circunferência, é colocado sobre ele. O leito é então movido para uma estufa, aquecida a uma temperatura entre 600 a 700ºC. O processo de aquecimento, arqueamento e resfriamento leva cerca de quatro horas.

O tamanho máximo de uma peça arqueada é somente afetada pela disponibilidade do próprio vidro plano e o tamanho da estufa, o que por sua vez depende da demanda . Uma estufa típica para vidro para arquitetura tem um pouco mais que 2m de largura por 1,2m de altura e 3m ou mais de comprimento.

No arqueamento com ajuda de tenazes, o vidro é mergulhado na fornalha e aquecido, depois é levantado e comprimido na forma antes de ser resfriado.

O método da esteira rolante molda o vidro enquanto ele está sendo levado lentamente, dessa forma produzindo os maiores tamanhos possíveis.

A facilidade do arqueamento depende da espessura do vidro e 10mm é a maior espessura de vidro comumente arqueada. O menor raio possível é de mais ou menos 150mm, dependendo da espessura do vidro.

Arqueamentos temperados podem ser realizados mas não estão em geral disponíveis em tamanhos maiores do que aqueles usados em pára-brisas de ônibus.

A laminação é possível, usando limadeira de resina ou uma camada de butiral polivinílico (PVB). Num processo típico de limadura com resina as duas chapas de vidro a serem laminados são arqueadas juntas com um espaçador flexível da espessura correta. Depois do arqueamento e do resfriamento, espaçadores de borda de fita adesiva são usados para criar a correta profundidade da cavidade, a resina é derramada dentro e é então curada numa "caixa de luz ultravioleta" ou simplesmente durante um tempo extra. O método de moldagem pode ser usado para fazer vidro laminado PVB, permitindo que duas chapas finas caiam juntas no molde, uma em cima da outra como é usado para pára-brisas de automóveis. Esse processo é adequado para produção em larga escala (do mesmo tamanho e raio) e não é , em geral, usada em arquitetura.

 

 

Laminação

O principal vidro de segurança depois do temperado é o laminado, que pode também ter uma variedade de outras aplicações. A larga escala do mercado de vidro laminado é bem recente; foi consolidada no Reino Unido, depois da publicação dos novos Padrões de Segurança Britânicos em 1982. O princípio da laminação é a aglutinação de duas ou mais chapas de vidro com uma camada intercalada. Há em voga duas técnicas de fabricação disponíveis.

Na laminação com resina, folhas de vidro são unidas com um espaço entre elas, formado por uma fita adesiva de dupla-face colocada em seu perímetro. Uma quantidade calculada de resina líquida, correspondente ao volume dado de ar, é derramada na cavidade. Quando todo o ar tiver sido deslocado a borda aberta é selada e o produto laminado guardado horizontalmente, enquanto a resina cura para formar a camada intercalada rígida. Esse processo tem a vantagem de permitir que uma cavidade de dimensões flutuantes (tal como é produzida com vidro moldado ou feito a mão) seja preenchida.

O método mais usual e tecnicamente mais importante, necessita do uso de uma lâmina plástica intercalada (em geral PVB). A propriedade do PVB essencialmente mais útil é que, sob calor e pressão, se converte de material translúcido em um adesivo muito forte e claro.

Sete estágios básicos fazem parte do processo usual:

- corte automático

- lavagem

- acomodação

- pré-aquecimento

- passagem por autoclave

- teste

- acabamento

Corte automático

O processo de corte para minimizar o desperdício é comum a muitos processos secundários, mas, por conveniência, somente um método completamente automatizado é descrito em detalhes aqui.

A análise dos pedidos é processada pela otimização de fôrmas computadorizadas, para definir como cortar as folhas de grande padrão desperdiçando o mínimo. Os resultados da otimização são gravados e alimenta os controles das máquinas de corte. Uma máquina cortadeira compreende quatro principais componentes:

- uma mesa de cortar de cerca de 7m de comprimento por 4m de largura. Inclui jatos de ar dirigidos para cima para acolchoar o vidro, e uma cortadeira automática com pontas de carboneto (carbide) de tungstênio. Com o movimento da cortadeira para cima e para baixo e transversalmente a folha é controlada pela fita magnética do otimizador.

- numa 2º mesa, com o mesmo tamanho e desenho da mesa de corte, que age como mesa de suporte, move-se o vidro marcado sobre roletes. Uma marca no vidro é lida por um mini olho automático que pára o vidro na linha das marcas; ele é levantado, e isto quebra-o.

- Uma 3º plataforma é constituída de roletes e de cintas que se movem perpendicularmente. Elas servem para mudar a direção do trajeto do vidro para passá-lo entre um conjunto de rodas que se move para cima e para baixo.

- Na 4ª e última plataforma de apoio, as folhas cortadas são erguidas e temporariamente empilhadas.

 

 

 

Lavagem

O vidro é então lavado com água desmineralizada.

Acomodação

Esse processo manual simples é realizado numa área fechada na qual a umidade e temperatura são cuidadosamente controladas: as qualidades técnicas e de vapor do PVB são críticas quanto ao seu uso.

O problema é que o PVB é higroscópico e por isso, fica ligeiramente pegajoso às temperaturas ambientes. Os produtos europeus e americanos são enviados em caminhões refrigerados para manter o material abaixo de mais ou menos 10ºC e seco. Uma vez enviado, o material tem que ser mantido à mesma temperatura até o momento de uso. Alguns produtos japoneses são pulverizados para manter as superfícies enroladas separadas mas isso demanda lavagem, e certos produtos são mais difíceis de pré-aquecer no processo de laminação.

Os rolos de PVB de 300 - 400m de comprimento são mantidos numa sala fresca adjacente. As espessuras mais usadas são as de 0,38mm; 0,76mm e 1,52mm. O produto de 0,38mm é usado para o vidro grosso comum, laminado, de 6,4mm, combinado com duas folhas de 3mm produzidas pelo processo de flutuação. Depois de removido para a sala de laminação, o material leitoso opalescente é desenrolado e cortado no tamanho exigido.

Pré-Aquecimento

Após a acomodação manual do vidro e do PVB, o produto laminado é retirado da sala e passa em roletes através de uma prensa de reaquecimento. A temperatura é mantida a cerca de 200ºC, e a ação secadora remove o ar, aquece o material e dá adesão ao produto permitindo que seja erguido como uma unidade laminada. Nesse estágio o material é transparente, mas não limpo.

Imersão em Autoclave

As folhas laminadas pré-aquecidas são então retiradas e colocadas numa autoclave aquecida eletricamente. As folhas empilhadas são aquecidas de 145ºC a 150ºC a pressão de 152lb por polegada quadrada. "Cozinhá-las" leva quatro horas com um aquecimento mais alto de 90 minutos, terminando com um resfriamento até a temperatura de 45ºC, na qual a pressão do ar é relaxada. A passagem pela autoclave transforma o PVB opaco em um adesivo claro e a pressão remove todo o ar. Durante esta passagem pela autoclave pedaços de 300mm2 são também cozidos para teste.

Testes

Isso é fundamental para o controle de qualidade, e é também usado como um método de prova para técnicas e variações no material. Os testes principais incluem impacto e mudança circunstancial.

Os testes com impacto de socos envolvem derrubar uma bola de meia libra de diferentes altura ( 0 pés no caso de vidro laminado de 6,4mm) O modelo resultante de fragmentação / ruptura é uma medida da adesão do laminado e da instabilidade do PVB.

No teste circunstancial o laminado é fervido em água por duas horas. O PVB é liberado com um teor de vapor de 0,35 e os testes mostram que se este sobe, a adesão cai.

Os testes têm mostrado que as variações nos procedimentos de produção podem afetar consideravelmente a adesão. Em geral, a adesão é melhor quando os dois lados expostos ao ar, do vidro em flutuação, são ligados ao PVB - o que pode começar a ter importância sob certas circunstâncias.

Também, foi demonstrado que a pequena quantidade de vapor depositada inseparavelmente sobre a superfície do vidro pode efetivamente contribuir para a adesão.

As fábricas de PVB muito auxiliam ao recomendar o uso de seu produto e fornecem grande quantidade de informações sobre o processo de laminação.

Acabamento

Em seguida à passagem pela autoclave, o produto laminado é limpo e empilhado para ser enviado.

Produtos

A produção normal de vidro laminado PVB de 6,4mm pode representar até três quartos da produção total de um fabricante. Entretanto, há muitos produtos laminados diferentes. A laminação é um processo de grande importância nas indústrias de aviação e veículos, onde pouco peso, alta resistência e segurança são essenciais. Está adquirindo importância crescente na construção. A habilidade para produzir um produto transparente, laminado a temperaturas relativamente baixas, oferece grande versatilidade: um só produto com muitas propriedades. Os fabricantes se declaram vivamente interessados em discutir novos produtos, que são facilmente desenvolvidos numa indústria essencialmente artesanal. Com as preocupações sempre crescentes com segurança e confiabilidade, tais discussões são importantes para o futuro.

Gravação

A gravação se apoia no fato de que o vidro é sujeito ao ataque de alguns ácidos, notadamente ácido hidrofluorídrico. O resultado, às vezes chamado "foscamento", é uma superfície opaca no lado submetido à corrosão pelo ácido, produzindo ( quando cuidadosamente controlado), uma superfície regular translúcida, opaca. Vapores ou banhos do ácido podem ser usados dependendo do que se pretende, uma gravação profunda ou somente uma superfície levemente fosca.

Um termo comum usado para descrever o processo simples é gravação com "ácido branco". O uso de ácido hidrofluorídrico por si só, dissolve a superfície do vidro mas pode deixá-la relativamente clara. Uma combinação de ácido hidrofluorídrico e um alcalino como bifluorido de sódio, produz um acabamento áspero, fosco, branco, leitoso.

Um tratamento posterior com ácido hidrofluorídrico diluído clareia a superfície fosca para produzir um acabamento de "ácido matizado" que é mais translúcido e fácil de limpar. Tratamentos posteriores produzem o que é conhecido como acabamento "acetinado", a mais delicada forma de acabamento por gravação.

A gravação pode ser usada para criar desenhos gráficos no vidro. Cera é aplicada para criar "resistência" na superfície do vidro, e o desenho desejado é cortado na cera para revelar o vidro embaixo.

O ácido não ataca a cera e a gravação só tem lugar onde o vidro fica exposto. O uso de "resistências" em vários estágios de gravação múltipla é usado para criar desenhos no vidro.

Uso do Jato de Areia

O jato de areia é o outro meio convencional de gravar a superfície do vidro. A técnica mereceu crédito após ser patenteada por Benjamim Tilghman em 1870. Ele era um físico da Filadélfia, e sua patente era para o processo que envolvia uma corrente de areia impelida por vapor, ar ou água para aguçar, perfurar, moer, recortar e pulverizar ou gravar pedra, metal, vidro, madeira a outras superfícies duras e sólidas". Desde 1870, a técnica floresceu em muitas indústrias, e a areia tem sido substituída por uma variedade de outros materiais cortantes, como grãos de coríndon. É possível cobrir certas partes da superfície do vidro para mantê-las intocadas e a técnica é usada por artesãos do vidro.

Esmaltagem Cerâmica

Os anos 80 assistiram à extensão do uso da esmaltação serigráfia sobre o vidro. Essa técnica existe (até agora) como um primo relativamente menos aperfeiçoado do que a tecnologia de película fina, já que modifica a aparência e o desempenho do vidro pelo uso de uma técnica de revestimento de superfície muito menos complexa.

A chave para a esmaltagem é a fusão de uma "tinta" cerâmica na superfície do vidro à temperatura de solidificação de cerca de 620 a 650ºC, na qual o menor amolecimento do vidro cria uma aderência fundida e uma superfície de esmalte muito resistente, efetivamente tão dura quanto o próprio vidro.

Depois de cortadas nas dimensões necessárias para a folha, os recortes do vidro são torturados (as bordas reservadas). As chapas são então lavadas antes de serem conduzidas sobre as mesas planas rolantes, normais, que se usam para transportar vidro, até a mesa de serigrafia.

A própria serigrafia usa as telas usuais de poliester impressas fotograficamente como as que são usadas e outros processos de arte, com um tamanho de malha visual em torno de 90 linhas/cm. A moldura de serigrafia é colocada em contato com o vidro e a tinta cerâmica especial, que pode ser liberada por uma ranhura no revestimento e cobertura, é então "esfregada" através da tela sobre o vidro.

O vidro é então movido rapidamente para uma câmara de secagem onde é secado ou à temperatura ambiente por 12 horas, ou mais rapidamente a 90ºC. Limpeza é essencial neste estágio para manter a tinta úmida livre de partículas de poeira.

Depois de seco, o vidro é solidificado, o lado revestido virado para cima, à temperatura normal de 620º a 650ºC. A natureza da tinta cerâmica, particularmente por seu teor de chumbo, provoca a fusão da tinta na superfície recém-amolecida do vidro, e forma uma superfície de esmalte vitrificado resistente, quase tão forte quanto o próprio vidro, e perfeitamente aderida a ele. A adesão e a resistência são tão boas que o vidro pode ser polido/revestido na superfície externamente; mas isto, em geral não é aconselhado, uma vez que o chumbo na tinta pode se transformar em sulfeto de chumbo se exposto ao tempo, o que escurece as cores.

Todas as cores estão disponíveis com a condição de que a cor final pode unicamente ser fixada quando a queima já tiver sido realizada, uma vez que a tinta muda de cor no processo de solidificação.

Depois de solidificado, o vidro é, freqüentemente, imerso em calor, num processo semelhante ao descrito para a solidificação em geral.

O tamanho máximo das chapas é comandado pelo tamanho da estufa de solidificação.

Inicialmente, vidros esmaltados eram para uso decorativo ou de escurecimento interno. Entretanto, a Pilkington, por exemplo, está estabelecendo seus critérios de desempenho de transmissão que são diferentes dos vidros tintos ou revestidos de fina película. A tinta cerâmica tende a bloquear todas as freqüências igualmente em vez de seletivamente, o que causa a diminuição da transmissão da luz ao custo da transmissão completa por coberturas de alta porcentagem. Por exemplo, uma cobertura de cerâmica branca de 100% proporciona uma transmissão de luz translúcida de 25%, mas até 40% de transmissão total de calor.

A esmaltagem com tinta cerâmica oferece toda uma nova série de produtos para um arquiteto interessado em explorar o vidro, obtendo vários graus de transparência e translucidez na mesma peça. Edifícios significativos já foram construídos no fim dos anos 80 exemplificando esses novos meios de expressão.

Vidraças de folhas múltiplas

Nas últimas décadas, as vidraças de folhas múltiplas tornaram-se uma enorme indústria nos países desenvolvidos, transformando-se mais e mais em padrão em todos os tipos de construção.

Os benefícios da dupla ou múltipla vidraça foram conhecidos durante séculos mas sua implementação bem sucedida requer que as folhas duplas possam ser abertas para limpeza ou que sejam seladas hermeticamente. A proliferação de fábricas e produtos de dupla folha, relativamente recente, é um resultado direto da solução desses problemas de fabricação, relacionados ao fechamento hermético do perímetro. A tecnologia, ainda baseada essencialmente no artesanato, está agora tão bem direcionada que uma grande cidade no mundo desenvolvido pode incluir dúzias de contratantes de vidraças duplas.

Precisa-se apenas de um depósito para os materiais e uma sala limpa mantida a um grau baixo de umidade relativa que pode ter 10m2 ou menos do que isso.

Numa fábrica usinal, 5 processos são realizados

Preenchendo os espaçadores

As duas lâminas de vidro são separadas por extrusões de alumínio ocas incorporando fendas de aproximadamente 0,5mm por 1,0mm. As extrusões são preenchidas com bolinhas esféricas de peneira molecular de aproximadamente 1,5mm de diâmetro. A peneira molecular é altamente hidroscópica e mantém a cavidade a um nível muito baixo de umidade.

Moldando os espaçadores

As extrusões são cortadas no comprimento, unidas em ângulo de 45° ou arqueadas no molde para formar caixilhos para a adesão ao vidro.

Primeira adesão

As extrusões são então coladas à primeira folha de vidro. O adesivo usado no sistema de dupla selagem aqui descrito é o polyisobutileno.

Segunda adesão

A segunda folha de vidro é então colada ao outro lado da extensão e a umidade combinada é pressionada entre cilindros. A junta molecular começa a absorver vapor d’água tão logo seja liberado na atmosfera para preencher a extensão. No fechamento da unidade selada, sua ação hidroscópica remove qualquer vapor de água existente na cavidade e, mais tarde, absorve qualquer umidade que passe através do selo.

 

Selante das bordas

Isto pode ser colado a mão ou automaticamente, o que acontece cada vez mais. O material usado é, em geral, um polisulfeto em duas partes. Alternativamente selantes de poliuretano ou silicone podem ser usados.

O desempenho da selagem é crítico durante a longa vida útil da unidade, e a perfeita selagem da extensão de alumínio com as folhas de vidro depende, em certo grau, do nivelamento do vidro.

Recentemente na Europa, uma fábrica importante foi prejudicada por produzir vidro com pequenas ondas, o que levou muitos fabricantes de vidraças múltiplas a mudar de fornecedor.

Técnicas mais complexas para vidraças múltiplas estão agora disponíveis, incluindo algumas com cavidades preenchidas com gases neutros. Elas trazem projetos com uma enorme variedade de produtos onde vidros claros, tintos, revestidos e laminados de qualquer espessura podem ser combinados. O processo todo pode ser agora inteiramente automatizado desde a seleção dos vidros no estoque feita pelo computador.

Revestimentos

O desenvolvimento de técnicas de revestimento com película fina revolucionou a vidraria e provavelmente continuará a fazê-lo.

O vidro em si é um material maravilhosamente variado, e a destreza dos fabricantes de vidro explorou por longo tempo as variedades de cor e desempenho resultantes da alteração química e técnicas de moldagem existentes.

Entretanto, com a emergência de tecnologia micrométrica na qual os materiais podem ser depositados em espessuras medidas em milionésimos de milímetros, materiais habitualmente opacos podem ser transformados em transparentes. Isso oferece ao projetista de vidraças, a totalidade de materiais do planeta, já que, virtualmente todos eles, se suficientemente finos, podem ser transparentes.

A categorização de técnicas de revestimento é complicada pelo fato de que a descrição científica exata relaciona-se ao método pelo qual o material é depositado, enquanto o fabricante, está interessado apenas no lugar que tal processo ocupa na sua seqüência de produção.

Assim, embora haja três técnicas genéricas de formação de película fina, é sempre convenientemente dividir os métodos de revestimento, ou de modificação de superfície, entre os usados na linha de fabricação durante o processo de flutuação e os usados fora dela. Mas as técnicas usadas na linha são particularmente interessantes para o arquiteto porque proporcionam uma superfície resistente.

Revestimento on-line (durante a fabricação)

Esse método oferece uma série extremamente útil de produtos na qual, o material usado pode ser lançado sobre a superfície do vidro enquanto ele está sob temperaturas muito altas, alcançadas durante a flutuação e a têmpera. De muitas formas, os vidros revestidos durante a fabricação oferecem os produtos mais vantajosos. O revestimento é intrinsecamente resistente, e o vidro pode freqüentemente ser colocado com a superfície revestida para dentro ou para fora do edifício.

A desvantagem da técnica é que, em geral, só é possível aplicar uma ou duas camadas.

O material pode ser aplicado sobre o vidro enquanto ainda está no banho de flutuação ou no lehr de resfriamento (têmpera), ou mesmo, no intervalo entre os dois, o chamado intervalo - lehr.

No processo de modificação de um banho de flutuação típico, íons de metal (partículas carregadas eletricamente) são atraídas para dentro do vidro por uma força eletromotiva, enquanto ele ainda está em estado fundido.

O "Spectrafloat" da Pilkington, hoje anulado, era fabricado por esse método (usando íons dirigidos), enquanto o "Reflectafloat" posterior usa um processo químico de sedimentação de vapor.

Outros revestimentos feitos durante a linha de fabricação, incluem revestimentos pirolíticos (a fogo) nos quais, os materiais espalhados sobre o vidro, muitas vezes no "intervalo - lehr", sofrem pirólise quando atingem o vidro entre 600 e 650°C.

Nos EUA desenvolveu-se técnicas desse tipo. Esses revestimentos fazem efetivamente parte da superfície do vidro, e não apenas acomodam-se sobre ela; além disso, compartilham de intrínseca resistência e durabilidade.

Em termos das técnicas genéricas de formação de película estas, descritas abaixo, são técnicas químicas de sedimentação de vapor. Elas se apoiam sobre a reação química entre vapores sob alta temperatura formando películas sólidas delgadas que se condensam sobre o vidro.

Um exemplo é a fabricação de camadas resistentes de óxido de estanho. Num processo característico, cloreto de estanho convertido em vapor (SnCi4) e nitrogênio são transportados para vários locais em forma de lâminas, que aceleram os vapores. Conforme os vapores se aproximam e encontram a superfície quente do vidro, acerca de 650°C, uma reação química ocorre para formar óxido de estanho e cloreto de hidrogênio. O óxido de estanho é depositado na superfície do vidro e uma medida entre 0,5 e 1 mícron (500 e 1000 nanômetros). A espessura efetiva da película está na ordem de 20 a 120nm.

Uma variedade de materiais pode ser acrescentado durante a fabricação, incluindo a própria sílica, que é usada para fabricar produtos refletores de luz, como o "Reflectasol" da St. Gobain.

Esses revestimentos têm vantagens de resistência e muitas vezes, de economia. Porém, eles interferem nos critérios do processo de flutuação e são dominados por ele. Isto cria problemas técnicos e de produção e dificuldades associadas de previsão de mercado e estocagem. Suas vantagens perdem cada vez mais para a flexibilidade dos revestimentos realizados fora da linha de fabricação, usualmente chamados:

- sedimentação por solução

- sedimentação por vapor químico

- sedimentação por vapor físico

Sedimentação por solução

Um exemplo característico de sedimentação da película de metal conforme descrição abaixo, é o revestimento convencional de um espelho prateado com películas.

Prateação

A fabricação de espelhos é uma das mais antigas técnicas na indústria do vidro. A necessidade humana de espelhos teve um importante impacto sobre a indústria do vidro em geral, por causa da necessidade preponderante de superfícies paralelas, opticamente planas e vidros de alta qualidade. Os fabricantes de espelhos de Veneza formaram sua corporação em 1569, cuja filiação assegurava-se pela técnica de achatamento e polimento de um vidro cilíndrico soprado, seguido da aplicação da camada refletora de amálgama de mercúrio e estanho (uma técnica desenvolvida em Veneza 250 anos antes). Uns cem anos depois, uma corporação equivalente foi estabelecida na Inglaterra.

Até a metade do século XIX, espelhos eram fabricados pelo vidro em flutuação em contato com a lâmina de estanho revestida. Até que em 1840 a prateação foi descoberta, o que envolvia sedimentação química. Caracteristicamente, nitrato de prata e uma solução redutora eram derramados sobre vidro de alta qualidade perfeitamente limpo. A prata metálica sedimentava-se em contato com o vidro em questão de minutos.

Com a emergência da tecnologia da película finn (fina), os espelhos podem ser agora fabricados de várias formas, mas muitos acreditam que a melhor forma para obter espelhos perfeitos ainda é a sedimentação química de prata, usando a técnica de pulverização (spray), descrita nos parágrafos seguintes.

Uma moderna instalação padrão de prateação contínua é uma linha automatizada de até 100m de comprimento. As intensidades de prateação e o vidro a ser usado, têm de ser da mais alta qualidade, com uma superfície perfeita, livre de manchas.

Nem todos os fabricantes suprem essas necessidades. Os processos de produção são os seguintes:

- lavagem

- sensibilização com óxido de estanho

- revestimento de prata

- revestimento de cobre

- secagem

- pintura

- secagem

- cozimento

- resfriamento e lavagem

Lavagem

Deixa-se cair o vidro em queda livre e então, ele é colocado sobre roletes passando por um processo de limpeza. Cinco painéis oscilantes equipados com escovas circulares em discos por baixo, limpam a face superior utilizando uma solução muito fraca de rouge de joalheiro (óxido férrico hidratado). O vidro passa então por três lavadoras para remover todo o pó em excesso.

Sensibilização com estanho

O vidro passa em seguida por uma pulverização com solução de estanho, e é lavado outra vez. O estanho sensibiliza a superfície do vidro e intensifica a formação da prata no processo seguinte.

Revestimento com prata

Isto é levado a efeito numa câmara de vidro. O vidro é passado sob tubos oscilantes com bocais embaixo, os quais pulverizam nitrato de prata e um ativador (amônia). Os elementos químicos se misturam acima do vidro e a prata se precipita, numa reação química, para sedimentar-se sobre a superfície do vidro ativada por óxido de estanho. O material excedente é retirado sob lavadoras.

Revestimento com cobre

É necessário para evitar que a prata embace em contato com o ar, tornando-se preta. Pulverizadores oscilantes misturam sulfato de cobre e amônia, o que precipita o cobre em contato com a prata.

Secagem

O vidro revestido é secado com ar.

Pintura - Os processos seguintes envolvem a aplicação de uma camada cozida de tinta para proteger as camadas de baixo. Uma tinta de nafta e chumbo recobre a superfície do vidro revestida de cobre. É preciso passar o vidro sob um cilindro que gira continuamente deixando cair uma cortina de tinta sobre a linha de produção, recolhida em um reservatório de reciclagem embaixo. Quando o vidro se aproxima da cortina, a linha acelera-o, proporcionando uma cobertura regular.

Secagem

O vidro pintado é novamente seco no ar.

Cozimento

O vidro é então passado através de fornos de cozimento à temperatura de até 120°C.

Resfriamento e Lavagem

O vidro é finalmente resfriado e lavado antes de ser cortado e estocado.

Produtos

Os espelhos são talvez mais usados em mobiliário do que em arquitetura. As metas de produção da indústria são de fazer chapas maiores de espelho para estocagem e distribuição em chapas grandes, ou para cortá-las segundo os pedidos na fábrica. As espessuras podem variar entre 2mm e 10mm, sendo que as mais comuns têm entre 4mm e 6mm.

A largura máxima de vidro que pode ser prateado depende da instalação mas é, em geral, de 2600mm. O comprimento máximo é limitado apenas pela necessidade de virar as chapas no final do processo. Normalmente, têm 4m.

Trabalho das bordas e escantilhamento

A produção de espelhos caracteriza-se pelo trabalho das bordas e escantilhamento que são em geral, realizado em uma indústria de prateação.

As bordas podem ser trabalhadas de modo a obter diferentes superfícies, da aparência áspera, esbranquiçada do vidro até a polida, brilhante. O acabamento é o resultado do abrasivo ou polidor usado e da solução de rouge de joalheiro empregada.

O trabalho complexo das bordas é feito por um artesão especialista que as movimenta manualmente de encontro a "rodas de fiar".

Desgaste reto das bordas e polimento

Em peças pequenas, trabalha-se cada lado isoladamente, recolocando a chapa à frente da máquina de polimento por quatro vezes, uma vez para cada borda. O trabalho comum das bordas é normalmente feito em duas bordas, com duas máquinas trabalhando simultaneamente.

Escantilhamento

Usa-se uma máquina apropriada. A comprida máquina pode desenvolver muitos graus diferentes de desgaste ou polimento da superfície nos escantilhados.

 

 

 

Revestimento profundo

A imersão ou revestimento profundo baseia-se no princípio de imergir o vidro em uma solução do material a ser sedimentado, drenando-o, para deixar uma película, e então aquecendoo-o para produzir uma camada pirolítica. A produção de películas delgadas e regulares requer grande sofisticação da técnica.

No método do revestimento profundo, o vidro perfeitamente limpo é abaixado até o tanque que contém a solução revestidora, e depois, cuidadosamente puxado a uma velocidade constante. A retirada é suave e lenta, medida em relação à velocidade de evaporação do solvente, para assegurar que seja minimizada a quantidade de substância sobre o vidro que escorre para baixo na medida em que sua superfície é erguida. A solução está em um líquido volátil que evapora depressa e passa por hidrólise e condensação. O vidro é então cozido a 650°C para produzir a camada de óxido dura e transparente de cerca de 70nm de espessura.

Grandes tamanhos de substrato podem ser usados até a medida de 3m por 4m. Os produtos incluem vidros reflexivos (espelhados) de controle solar, como o "IROX" da Schott e camadas multi-profundas para formar camadas interferentes.

Películas orgânicas podem também ser aplicadas por imersão, sobrepondo ambas as faces do vidro simultaneamente. O material em questão é dissolvido em um solvente volátil e adicionado a um tanque de água purificada. O solvente evapora e o material forma uma camada na superfície que se torna "monomolecular" por uma peça corrediça. A imersão repetida do vidro no tanque reveste-o, mono-camada por mono-camada. Esta é uma tecnologia bastante nova, mas potencialmente muito interessante.

Sedimentação por vapor químico

Consiste na produção de uma película sólida por meio de reação química entre vapores, exatamente acima, ou efetivamente sobre o vidro. Uma técnica característica de linha de produção para sedimentar óxido de estanho já foi descrita anteriormente.

A sedimentação por vapor químico pode ser realizada sob pressão atmosférica, método usado na indústria da Pilkington. No caso do "Reflectafloat" (Pilkington), por exemplo, também são usados processos sob baixa pressão.

Uma variante da sedimentação por vapor químico é o revestimento por pulverização, no qual os materiais estão em forma de gotículas em vez de vapores. Caracteristicamente, uma solução de cloretos de metal em água, ou outro solvente, é convertida com um gás portador (ar, nitrogênio ou argônio) dentro de aerosol, e depositada sobre o vidro que passa por múltiplos locais.

Tanto a sedimentação por solução ou por vapor químico dependem, até certo ponto, das características químicas dos materiais: a capacidade que têm certas substâncias de se dissolver em outras, e seu comportamento enquanto se movem dentro e fora da combinação química, ou os vários estados ou fases em que podem aparecer. A escolha dos materiais que podem ser utilizados depende dessas contingências.

Entretanto, a flexibilidade das técnicas de sedimentação de vapor físico, particularmente em seus mais recentes avanços, abriu um novo futuro para o vidro. Em resposta a tudo isso, estão tratadas aqui detalhadamente.

Sedimentação por vapor físico

O processo depende de uma técnica muito mais direta: a vaporização de uma substância e sua liberação subseqüente, de forma muito regular, em porções mínimas, para um substrato. As técnicas se caracterizam pela sua capacidade de sedimentar quase todo tipo de material como revestimento.

Há três técnicas básicas:

- evaporação

- bombardeio de partículas

- chapeamento (laminação) com íons

Evaporação

As formas comuns de sedimentação por evaporação utilizam um raio direcionado de elétrons ou aquecimento direto. Uma corrente de elétrons é focalizada sobre um metal contido num crisol, mantido como um ânodo, cuja carga positiva acelera os elétrons. A energia da corrente derrete o metal e então evapora. O material gasoso é contido dentro de um ambiente a vácuo muito alto, para aumentar o fluxo de material vaporizado para o substrato.

As técnicas de evaporação têm a desvantagem de que a fonte da substância evaporável é uma só, e são necessárias várias fontes para se obter camadas uniformes. Todavia, o alto grau de evaporação e pureza do revestimento tem feito dela uma importante tecnologia, usada, por exemplo, na indústria Libbey-Owens-Ford Varitran, instalada em 1967.

Outra desvantagem do processo de vaporização com raio de elétrons é seu caráter de alta temperatura, alta energia e alta voltagem; a técnica está sendo, cada vez mais, substituída pelo bombardeio por partículas magneticamente intensificadas.

Bombardeio de partículas

Trata-se de uma tecnologia surpreendentemente antiga que utiliza íons positivamente carregados de preferência, a elétrons negativamente carregados. Foi descoberta em 1852, algumas vezes usada para a fabricação de espelhos de 1970 em diante, e, nas décadas de 20 e 30, foi empregada para aplicar películas de ouro a tecidos e matrizes de cera dos fonógrafos.

O princípio do bombardeio de partículas é notável: um alvo é bombardeado por íons que deslocam fisicamente seus átomos, fazendo com que deixem a superfície e atinjam o substrato aderindo a ele. Assim, uma película se forma devagar. A lentidão de sua construção foi um motivo para que a técnica fosse muito aplicada até os anos 60. A partir daí, o aperfeiçoamento do bombardeio magneticamente intensificado, notadamente pela Airco Temescal nos EUA e outros, colocou a técnica na vanguarda da tecnologia da película fina.

O bombardeio, ao contrário das técnicas com raios de elétrons, pode operar não só sobre elementos puros mas sobre ligas e compostos. Pode ser também efetuada em ambientes com gás de alto vácuo usando oxigênio ou nitrogênio para criar óxidos e nitratos com novos desempenhos. Além disso, é um processo ideal para a criação de películas extremamente finas e completamente controladas, perfeito para a nova geração de revestimentos em camadas múltiplas, fabricados sob medida em nosso tempo.

O bombardeamento magneticamente intensificado é agora uma técnica usada mundialmente, com instalações econômicas que custam entre 5 e 10 milhões de libras, adotadas por muitas indústrias secundárias.

No bombardeamento "planar-magnetron", uma folha de vidro é colocada numa câmara a vácuo onde há um alvo, que é um cátodo especificamente desenhado, e o gás de bombardeio. Aplica-se uma carga negativa ao cátodo e uma descarga rubra (ou plasma) incendeia-se dentro da câmara à pressão adequada do gás. Átomos do gás positivamente carregados são atraídos para o alvo, e atingem-no com tanta força que fazem com que os átomos do alvo sejam expelidos para sedimentarem-se por sobre ele.

Uma instalação completa de bombardeio compreende:

- recepção e estocagem

- corte

- revestimento

- testes

- empilhamento

Recepção

A fábrica recebe dois conjuntos de produtos para processamento:

- tamanhos já cortados ou produto solidificado conforme os pedidos,

- produto temperado em grandes pedaços próprios para estoque, de 6m por 3m, para corte, revestimento, e então estocagem.

Corte

Este estágio é em geral efetuado com o cortador otimizador da forma descria anteriormente.

Revestimento

O processo de revestimento compreende os seguintes passos:

- polimento da superfície

- primeira lavagem

- secagem

- segunda lavagem

- secagem

- redução da pressão da câmara hermética

- bombardeio em câmara tripla

- normalização da pressão da câmara hermética

- verificação

O vidro é esfregado por três conjuntos de escovas rotativas; é lubrificado com água e ceri-rouge para purificar e polir a face superior. O rouge é então lavado e retirado com escovas rotativas paralelas à superfície e secado com ar quente.

Em seguida, o vidro é lavado mais perfeitamente num grande lavador e secado sob pressão positiva (para manter fora o ar externo) dentro de uma câmara envidraçada, depois disso está pronto para entrar na primeira câmara de vácuo.

A pressão muito baixa nas câmaras de bombardeio e o objetivo de manter a produção em andamento razoavelmente contínuo, requer redução de pressão através de dois compartimentos herméticos, ambos grandes o suficiente para receber o tamanho máximo de folha de vidro.

Efetua-se o revestimento em várias câmaras. As primeiras máquinas consistiam em 2 ou 3 câmaras, as posteriores compreendiam 5 ou mais. Cada câmara se caracteriza por três posições do alvo de cátodo, oferecendo potencial para que 9 a 15 materiais de alvo possam ser bombardeados sobre o vidro que passa embaixo. Cada posição de alvo tem um pequeno visor de cerca de 20 mm de diâmetro, através do qual a névoa da descarga azul do plasma pode ser vista. Os alvos têm a forma de anéis de metal alongados de aproximadamente 2,5 m de comprimento por 300mm de largura.

O bombardeio gradualmente escava o material do alvo até formar um vale ao redor do anel, e o material pode ser devolvido ao fornecedor para recondicionamento, uma vez gasto.

Depois de revestido, o vidro bombardeado passa por normalização da pressão na câmara hermética. Trata-se do processo inverso ao do início, de novo realizado em 2 ou mais câmaras. O produto revestido é sujeito a uma verificação visual pelo supervisor numa cabine situada no final da instalação do processo.

Cada folha revestida é finalmente erguida verticalmente e empilhada com camadas intermediárias de fino poliestireno ou folhas de papel enroladas.

Produtos

Os produtos podem ser de vários tipos, obtidos pela manipulação de 5 variáveis:

- a velocidade segundo a qual o substrato se move

- a voltagem do cátodo

- a variedade de vidros usada

- a variedade de materiais de alvo usada

- o gás na câmara.

As pobres características de adesão das camadas em formação e sua fragilidade exigem o uso de materiais para múltiplo revestimento. Um produto padrão de baixa emissividade (low-E) compreende as seguintes camadas:

- óxido de estanho (alvo de estanho em ambiente de oxigênio).

- prata (alvo de prata em ambiente de argônio).

- "scavenger" (produto não especificado, confidencial, empregado para evitar a oxidação da prata na entrada da câmara final de revestimento, que possui um ambiente de oxigênio).

- óxido de estanho (alvo de estanho em ambiente de oxigênio).

Esse processo produz um material de colorido neutro. O uso do cobre, em vez da prata, em argônio, produz um material tingido.

Controle de qualidade e registro dos constituintes do produto, realizados a cada lote e verificação, são essenciais para o processo, tanto em termos de pesquisa como de desenvolvimento. Garantem também pedidos iguais que se repitam.

Verificação

De cada lote produzido, tira-se 1m2 de amostra, que é cortado e testado em relação à transmissão de luz e cor. Pode ser guardado numa biblioteca para futura verificação e para atuar como peça piloto para pedidos de substituição, para assegurar o controle de desempenho e cor.

A transmissão e a reflexão são testadas numa pequena máquina com leitura digital que fornece, diretamente, porcentagens de transmissões ou reflexões.

A cor é testada num spectrogard, ou máquina similar; também na reflexão e transmissão, em ambas as faces, revestida e não revestida. A medição sofisticada da cor é essencial, já que fornece um método exato e científico de controle da cor, descartando a subjetividade do olho humano. Em geral, a cor é definida por coordenadas, amarelo em cima para azul em baixo verticalmente e verde à esquerda para vermelho à direita horizontalmente. Todas as cores podem ser posicionadas com referência a essas coordenadas, ambos os tipos de máquina são habitualmente instrumentos para uso sobre pequenas mesas. Instrumentos para verificar a transmissão da luz de diferentes comprimentos de onda são também usados com a finalidade de pesquisa.

O fluxo de produção normal é regularmente equilibrado entre produtos reflexivos de controle solar e revestimentos low-E, para ambos os casos: estoque de vidro temperado e vidro sólido pre-encomendado. As medidas dependem do tamanho da câmara a vácuo e podem ser de até 6m por 3m.

Embora a tecnologia seja também usada para fazer espelhos de alumínio bombardeado, o avanço relacionado a outros produtos deve ser lento, dado o caráter recente das técnicas. Entretanto, com indústrias já implantadas por todo o mundo desenvolvido, e capacidade de produção de sobra, é de se esperar que os produtos se multiplicarão à medida que cresça a confiança em sua adesão, seu desempenho e sua vida útil.

Revestimentos de película fina, se aplicados por bombardeio, imersão ou qualquer das outras tecnologias, estão transformando a natureza do vidro. Novos revestimentos interferentes - chegam a 30 sobre a superfície - estão proporcionando filtração espectral precisa. Estes são, atualmente, mais comuns para tarefas como análise de sangue do que para janelas, mas a técnica está implantada.

Com relação aos métodos de revestimento, o chapeamento com íons (ion plating) combina a sutileza do bombardeio e sua alta velocidade da vaporização com o raio de elétron, promovendo um revestimento mais rápido e mais aderente, mesmo em superfícies complexas.

Com essas tecnologias, os vidros do futuro já estão conosco agora. Tudo o que temos a fazer é encontrá-los.

Setores da Indústria

A indústria do vidro de hoje é filha da união entre história e tecnologia, relacionada como está a um único e notável fenômeno químico e a uma série de sucessivas técnicas de fabricação.

A indústria se caracteriza por 4 setores:

- indústria primária, dirigida para a fabricação do produto temperado inicial ou de algum outro resultado da fusão;

- processamento secundário, relacionado ao que a indústria chama de "valor agregado", incluindo a produção de material laminado, revestido e tratado além da vidraça múltipla;

- a indústria especializada, assentada ao lado dos dois primeiros setores, para quem a construção existe apenas como um de seus outros mercados; e

- instalação, preocupada em prover suprimentos e direcionar serviços.

A estrutura da indústria é complicada pelo fato de que a maior parte das companhias está envolvida em vários setores, de tal forma que a integração entre "retaguarda" e "vanguarda" vai sendo efetuada por firmas ansiosas por assegurar um lugar ao sol no mercado.

Embora a indústria seja algumas vezes capaz de atender às necessidades individuais, não raro numa base de prédio a prédio, suas forças e capacidades ficam dispersas. Pode ser muito difícil saber onde procurar um produto e onde encontrar soluções em vez de uma aparentemente desinteressante consulta a um catálogo.

A compreensão da indústria e de sua estrutura é importante para designers que desejam tirar o máximo dela.

Produção primária

As indústrias primárias são os gigantes do ramo. A indústria primária cresceu em menos de cem anos de uma fragmentada atividade artesanal para uma dimensão dominada por alguns poucos gigantes da indústria primária multinacional, presos a uma competição mundial, ligados pelo processo e pelo mercado comuns.