Vidre (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ciencias y Tecnologías de la Edificación - 2º curso
Asignatura Materials 2
Año del apunte 2015
Páginas 3
Fecha de subida 08/04/2015
Descargas 3
Subido por

Vista previa del texto

T2. EL VIDRE 1. Antecedents històrics A la prehistòria utilitzaven l’obsidiana –roca formada pel refredament ràpid del magma, la civilització romana va ser la primera en utilitzar-lo per tancaments i a l’edat moderna es perfecciona la tècnica de soplat.
2. Definició Material amorf format per la barreja a alta temperatura de diferents components –vitrificants, fonents i estabilitzants. Els vidres no tenen una composició ni punt de fusió definits i la seva viscositat varia de manera reversible amb la temperatura.
3. Matèries primeres a) Vitrificants: formen l’esquelet, la red vítria i proporcionen el nom genèric i les característiques principals.
 SiO2 –sílice: és el més utilitzat i provoca augment de resistència mecànica, estabilitat tèrmica, resistivitat elèctrica, resistència al xoc tèrmic i transparència a la radiació UV. Tenen la temperatura de fusió molt elevada, pel que necessiten un major consum d’energia en la seva fabricació. Les fonts principals de sílice són el quars i la terra de diatomees, i han de complir les característiques de contingut: sílice >98,5%, alúmina màxima 0,1-0,5%, minerals pesats <0,1% i evitar ions crom i l’òxid de ferro.
 B2O3 –òxid de bor: s’utilitza associat amb el sílice en vidres que hagin de suportar temperatures i mantenir l’estabilitat davant de xocs tèrmics, provoca un augment de resistència mecànica, mòdul elàstic, duresa i resistència química, i una disminució del coeficient de dilatació tèrmica.
 P2O5 –pentòxid de fòsfor: s’utilitza en vidres amb propietats òptiques especials i per aplicacions biomèdiques, però té l’inconvenient de ser molt soluble en aigua.
b) Fonents: afavoreixen la formació i elaboració del vidre rebaixant la temperatura de fusió i fomentant l’obertura dels enllaços, afavorint la distorsió i amorfització del sistema per addició d’impureses que interfereixen en la formació de l’estructura cristal·lina.
 Na2O –òxid de sodi: es troba en un 12-15% i està format per carbonat de sodi, sulfat de sodi i altres fonts de sodi.
 K2O –òxid de potassi: es troba en un <1% i davant del Na2O: augmenta la viscositat, allarga l’interval de treball, augmenta la densitat, l’índex de refracció i la lluentor i disminueix l’estabilitat química a àcids i àlcalis.
 Li2O –òxid de liti: és el més car i el menys utilitzat, forma part de vidres per a tubs de TV i raigs X i per materials vitroceràmics de baix coeficient de dilatació.
c) Estabilitzants:  CaO –òxid de calci: es troba en un 8-13%, augmenta l’estabilitat química i mecànica, aporta millores a la fase d’afinatge i en excés pot provocar desvitrificació.
 MgO –òxid de magnesi: reforçar l’estabilitat, evita la desvitrificació, disminueix el coeficient de dilatació, augmenta la resistència a xoc tèrmic i millora la duresa i l’estabilitat química.
 BaO –òxid de bari: s’utilitza en vidres òptics, dóna menys estabilitat química i mecànica, és un inhibidor de la desvitrificació i augmenta la densitat, la sonoritat, l’índex de refracció i la lluentor.
 Al2O3 –òxid d’alumini: augmenta la resistència mecànica, la refracció, la viscositat, l’interval de treball i la tensió superficial, millora l’estabilitat química i disminueix el coeficient de dilatació tèrmica.
 PbO –òxid de plom: augmenta la densitat, l’índex de refracció, la lluentor, l’elasticitat, la resistivitat tèrmica i absorbeix els raigs X i la radiació gamma.
 ZnO –òxid de zinc: excel·lent estabilitzant d’elevat cost, augmenta la resistència a xoc tèrmic i l’interval de treball i disminueix el coeficient de dilatació i la viscositat a alta temperatura.
d) Components secundaris: intervenen en petites quantitats per proporcionar diferents característiques.
 Fluorurs: opalitzants i fluïdificants.
 Casco/calcín: restes de vidre que faciliten la fusió i estalvi energètic.
 Aigua: 4-5% actua com a conglomerant i dissolvent.
El vidre més comú és el de silicat sodocàlcic que conté vitrificant de sílice en 71-75%, fonent d’òxid de sodi en 1216% i estabilitzant d’òxid de calci en <15%.
4. Procés de fabricació 1) Reacció dels components 2) Dissolució de l’excedent de sílice que no ha reaccionat –a 1.250ºC 3) Afinatge i homogeneïtzació –químic, tèrmic o mecànic 4) Respòs i acondicionament tèrmic –refredament fins a 1.050ºC 5) Conformació i modelatge del vidre 5. Tipus de fabricació del vidre a) Soplat: procediment per fer ampolles al segle XIX, la seva evolució és el procés d’estirat –on allarguem una massa de vidre fosa.
b) Colat: procés de fabricació discontinu on es cola el vidre fos en un crisol sobre una superfície plana pulimentada i es laminar amb un rodet metàl·lic.
c) Laminat: procés de fabricació continu on la fusió és en un forn bassa, surt per un llavi de colada i llisca sobre una peça refractària passant per rodets laminadors.
d) Flotat: procés del segle XX que consisteix en la fusió en un forn bassa, el vidre fos es fa caure per formar una làmina que es refreda fins a 1.150ºC i passa per una cambra on hi ha un bany d’estany. Al túnel de recuit es refreda a 700ºC i es fa un recuit a 850ºC per eliminar tensions, es torna a refredar a 600ºC i es transporta amb rodets d’arrastre.
 Tractaments que poden realitzar-se sobre una lluna flotada:  Trempat –tèrmic: escalfament a 700ºC i refredament ràpid, genera una capa de compressió a la superfície del vidre que millora les propietats mecàniques, augmenta la resistència al xoc tèrmic i en cas de ruptura es fragmenta petit. Es realitza l’assaig Heat Soak Test per veure si hi ha bombolles o impureses a l’interior i explotin en càmera.
 Termoendurit: tractament tèrmic de T menor a la de trempat que millora les propietats mecàniques i en cas de ruptura no es desprenen els fragments.
 Vidre laminat/estratificat: vidre de 2 o més llunes, unides per una làmina de butiral de polivinil, en cas de ruptura els fragments es queden enganxats a la làmina, que a més aporta elasticitat i resistència a l’impacte.
 Vidres amb tractaments superficials: aplicats a una o a les dues cares, de sostracció –desbastat, polit, o d’addició –tractament al buit, piròlisi.
e) Fabricació del vidre modelat: peces obtingudes per premsat del vidre sobre motllos especials on pren la forma.
f) Fabricació de la fibra de vidre: sistema de centrifugat i sistema TEL –combina el centrifugat amb l’estirat per bufat d’aire.
 Manufactura del vidre pla: un cop el vidre està format i fred, és la preparació que es dóna a les llunes per adequar-les a la seva aplicació.
 Cantells: aresta ensorrada, polit pla, polit rodó, bisellat i biaix.
 Cares: mantejat, gravat, escarchado, metal·litzat, platejat i tallat.
 Forma: corbat, tall, osques, trepant...
 Dimensions 6. Vidres obtinguts a partir de llunes flotades a) Incolores: llunes transparents fabricades per flotat, amb les dues cares planes i paral·leles que permeten veure a través sense deformar la imatge. Es poden trobar en gruix: 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 i 15 mm.
b) De color: el vidre ha estat colorejat amb l’addició d’òxids metàl·lics, redueixen el pas de llum absorbint part de l’energia, això fa que es calentin.
c) Reflectants: tractament per una o dues cares que produeix una reflexió important de les radiacions visibles i/o dels infrarojos.
d) Deposició per piròlisi: capa dura obtinguda per deposició d’òxids metàl·lics a la superfície.
e) Deposició per polvorització catòdica: capa tova obtinguda per deposició de vàries molt fines.
f) Miralls: tractament de plata reflectant, coure protector i capes de pintura anticorrosió amb un acabat sobre una lluna colora o incolora.
g) Antireflectants: tractament per una o dues cares aconseguint reduir la reflexió de la llum sense distorsionar la imatge.
h) Translúcides: alteració de la superfície per crear punts que dispersin la llum mitjançant corrosió química o abrasió mecànica.
i) Opaques: composició que impedeix el pas de la llum i es pinta amb el color desitjat per després trempar-se per fixar el color i augmentar la resistència.
j) Baixa emissivitat –low-e: aplicació d’una fina capa metàl·lica sobre una de les cares que fa de barrera bloquejant la calor ambiental de les estances i reenviant-la a l’interior. Portarà envidrament doble.
*factor solar: coeficient que es calcula en materials transparents, amb valor entre 0-1 que indica la relació entre la quantitat d’energia solar que incideix i la que aconsegueix entrar.
k) Trempat: tractament tèrmic que augmenta la resistència mecànica creant una capa en estat de compressió a la superfície del vidre que dificulta la propagació de les microfissures.
l) 7.
8.
9.
10.
Termoendurit: similar al trempat, però en lloc de fer un refredament sobtat, es refreda de forma gradual, aconseguint que els trosso trencats no es caiguin.
m) Amb cambra: format per dos o més llunes separades per cambres d’aire deshidratat.
n) Laminar o de seguretat –estratificat: superposició de dos o més llunes flotades, unides mitjançant butiral de polivinil, que augmenten la resistència, l’elasticitat i l’adherència. Existeixen de seguretat simple, de seguretat forta, d’antirobatori i d’antibales.
Vidres fabricats per laminació a) Imprès: vidre translúcid colat sotmès a un tractament d’impressió.
b) Listral: vidre translúcid obtingut per colada contínua i posterior laminació amb rodets metàl·lics que porta gravat el dibuix a reproduir.
c) Matisat: una cara està tractada mitjançant una projecció a pressió controlada de pols de corindón.
d) Armat: en el procés de laminació contínua s’introdueix una malla metàl·lica que manté els fragments adherits en cas de ruptura.
e) Vidre U-glas: fabricat per laminació i posterior corbat, té una secció en forma de U i és de gran rigidesa, pel que no necessita perfils metàl·lics.
GRC –Glass reinforced concrete És un material compost, amb matriu de microformigó de ciment Portland i armat amb fibra de vidre dispersa en tota la massa. La secció és de 1cm i molt lleuger. Té una gran resistència a flexió i tracció gràcies a la fibra de vidre, una gran resistència a l’impacte, incombustibilitat i impermeabilitat.
Característiques tècniques del vidre  Densitat: 2,5kg/dm3  Duresa: 6,5 a l’escala de Mohs  Resistència a compressió: 10.000kg/cm2  Resistència a flexió: 400kg/cm2 en vidre pla sense tractament i 1.200-1.400kg/cm 2 en trempat  Coeficient de transmissió tèrmica –k: 4,9kCal/hm2 en envidrat simple i 2,4kCal/hm2 en envidrat amb càmera de 6mm  Atenuació acústica: 29dB en lluna de 6mm i 32dB en lluna de 10mm  Factor solar: 0,85 en incolor, 0,75 en rosa, 0,60 en gris, 0,59 en bronze, 0,57 en verd i 0,52 en refrectasol Defectes del vidre a) De massa o fusió:  Inclusions cristal·lines o pedres  Inclusions vítriques  Inclusions gasoses –bombolles  Color b) De recuit o trempat:  Tensionat  Marques de pinces  Rojos de bufat c) De conformació i manufactura:  Vidre flotat: pols o gotes d’estany  Miralls: fissures en els cantells  Vidre colat: arrugues, manca d’impressió o excés de pressió  Vidres armats: incorrecta col·locació de la malla  Vidre modelat: deformacions, marques del motlle o fissures superficials ...