Definição, Composição e Classificação dos Vidros.

Introdução

Presentemente, não é fácil definir o que é um vidro.

O grande desenvolvimento tecnológico do seu fabrico, paradoxalmente, torna cada vez mais difícil dar uma resposta simples.

Para o leigo comum, o vidro é um material duro, frágil e transparente. No entanto é hoje possível obter-se vidros com grande resistência e também opacos, pelo que aquela ideia pode estar presentemente ultrapassada.

Dizer-se que se trata de uma substância não cristalina, não basta. Um vidro também não pode ser definido pela sua composição química, pois ela é extremamente variada como adiante se verá, tanto qualitativa como quantitativamente. Podemos inclusivamente ter duas substâncias com a mesma composição química, sendo uma cristalina e a outra vítrea.

A medição das propriedades ópticas, mecânicas, eléctricas ou químicas, isoladamente, não no dá uma resposta conclusiva sobre se um material pode ser classificado como vidro. Apenas o espectro de difracção de raios X nos permite dizer se estamos perante uma estrutura amorfa, com grandes possibilidades de ser um vidro.

A sua tecnologia de fabrico, a exemplo do acontece com outros materiais, constitui talvez a melhor definição: “Os vidros são materiais sólidos que se obtêm por arrefecimento rápido de uma massa em fusão, impedindo a sua cristalização. São assim sólidos amorfos embora a sua estrutura não seja absolutamente amorfa, pelo que é vulgar classificá-los antes de sólidos não cristalinos”.

Pode também perguntar-se se os vidros são materiais cerâmicos, ou qual a relação entre eles. Do ponto de vista tecnológico, os materiais diferem dos vidros porque os primeiros obtêm-se por consolidação de uma mistura de substâncias em pó a qual se molda à temperatura ambiente e se submete depois a cozedura, obtendo-se um material poli cristalino; os vidros fabricam-se por fusão total de uma mistura em que predomina a sílica, a temperaturas ais elevadas, moldando-se então os objectos a alta temperatura, quando a massa tenha baixa viscosidade. Contudo, não existe uma divisória absoluta entre vidros e cerâmicos: estes contêm fases vítreas que contribuem para a sua consolidação, mas podem prejudicar as suas propriedades; os vidros podem conter fases cristalinas indesejáveis (desvitrificações), embora elas próprias possa ser criadas para obter determinadas características, como no caso dos vidros cerâmicos. Por isso há quem considere os vidros como tipos particulares de materiais cerâmicos, caracterizados por uma estrutura essencialmente não cristalina.

As areias para a fabricação do cristal são importadas da Bélgica e as que se destinam ao vidro comum vêm de Rio Maior. Ainda no caso do cristal, os outros componentes além da areia (carbonato de sódio, potássio, cálcio, bório e chumbo) são de origem nacional.

De que resulta afinal o vidro?

Fundamentalmente da combinação por via de fusão de pelo menos 2 silicatos: o cálcio e o potássio ou de sódio (nos cristais o silicato de chumbo substitui o de cálcio). Os vidros contem ainda outros compostos – uma série de cálcio diferentes que lhe dão as propriedades exigidas para uma determinada aplicação e ainda com a finalidade de anular os efeitos nocivos devidos ás impurezas existentes na matéria-prima.

As matérias-primas agrupam-se em:

Substancias vitrificáveis

Substancias auxiliares

As vitrificáveis são os ácidos (silico e acido bórico) os bases (óxido de potássio, sódio, cálcio e magnésio) e as que servem simultaneamente de ácidos e base (bórax, feldspato e caolino).

As auxiliares são os denominados elementos de afinação – oxidantes (nitrato de sódio e potássio (descorantes (mangânes, níquel e cobalto) e redutores (sulfatos, cloretos, carbono) e os elementos de decoração – destinados a dar opacidade (fosfato e compostos de flúor, óxidos metálicos) e a dar cor ( óxidos metálicos).

Classificação

A grande diversidade de tipos e produtos actualmente fabricados em vidro, requerem que estes materiais sejam classificados, de acordo com determinados critérios.

Para os vidros, resumem-se a cinco os critérios possíveis para a sua classificação e definição, a saber a partir da sua composição química, da sua estrutura, das suas propriedades, segundo a tecnologia de fabrico e de acordo com as aplicações.

Sob ponto de vista da composição, ao aplicar este critério, é habitual que os vidros sejam denominados pela sua componente principal. Os mais usuais são:

Vidros de silicatos : componente principal SiO2. comercialmente são os mais importantes, sendo mais comuns os sódico-calcicos, que contem

principalmente, logo a seguir a SiO2 os óxidos Na2O e CaO, e em menores proporções MgO e Al2O3.

Vidros de Boro-silicatos : Componentes principais SiO2 e B2O3, há diversos tipos de grande importância industrial: vidros neutros – de grande resistência ao ataque pela água, vidros termo-resistentes com baixo coeficiente de dilatação.

Vidros de alumino-silicatos : Contém mais de 95%de SiO2 , existindo diferentes tipos caracterizados pelos termos comerciais.

Vidros de boratos : componente principal – boratos alcalinos.

Vidros de chumbo : Contém na sua composição PbO em quantidades variáveis, sendo classificados consoante os teores de óxido de chumbo em cristal de luxo (+ de 30%) cristal (entre 17 e 24%) e meio cristal (entre 7 e 13%).

No respeitante ás aplicações, a classificação realça mais os produtos de vidro e não tanto o vidro em si, tendo por isso maior importância comercial, na óptica do utilizador. Dividem-se em 4 categorias:

Vidro moldado e prensado: Incluem-se os tijolos e telhas de vidro, o vidro de embalagem (garrafas, frascos, boiões), bolbos para lâmpadas, artigos de vidro para laboratório, vidros para semáforos e sinalizações, artigos de decoração, menage, uso artísticos, etc.

Vidro plano : Abarca o vidro impresso (simples ou aramado), o vidro estirado, o vidro flutuado, o vidro polido, o vidro atérmico e dum modo geral os vidros utilizados na construção.

Fibras de vidros: Inclui-se a fibra de vidro têxtil, fibra para incorporação em PRV, lã de vidro, fibra de vidro para isolante térmico e acústico, etc.

Vidros especiais : São os fabricados em pequenas quantidades ou de alta tecnologia, não englobados nas categorias anteriores, como exemplos: vidros ópticos, vidros cerâmicos, vidros semi-condutores, vidros fotocromaticos e outros.

Processos de Produção de vidro Plano

Estiragem Manual

Os dois processos mais primitivos de fabrico de chapa de vidro baseiam-se na estiragem do vidro através da cana de soprar: técnica do disco e técnica do cilindro; em ambas as estiragem efectua-se por acção do sopro humano e devido a forças centrífugas aplicadas ao material.

Técnica do Disco

O fabrico da chapa de vidro pela técnica do disco, foi provavelmente descoberta na Síria, no século VIII. A primeira operação consiste em formar na extremidade de cana de sopro uma “bolha” de vidro, estirando por sopro humano o material ai colocado; seguidamente é aplicado um varão de ferro à bolha na parte oposta à cana, após o que esta é retirada. Imprimindo-se agora ao varão um movimento de rotação segundo o seu eixo, o vidro deforma-se por efeito de força centrifuga, até à obtenção de uma forma plana e centrifuga; por fim o varão é extraído.

Esta técnica tem grandes limitações na produção da chapa de vidro, não so pelas variações de espessura referidas e pelo furo central inerentes ao fabrico, mas também devido à forma final da chapa e ás referidas dimensões, tendo sido abandonada em detrimento da técnica do cilindro.

Técnica do cilindro

Por volta do século XI inicia-se o fabrico de chapas de vidro pela técnica do cilindro, obtendo-se assim os vitrais das catedrais. Consiste esta técnica na planificação de um cilindro previamente estirado por sopro humano. Posteriormente a bolha é alongada, também por sopro, acompanhado de um balancear da cana até à obtenção de um cilindro de diâmetro e espessura uniformes, terminando por uma calote esférica. Procede-se então ao corte do cilindro e posteriormente à sua planificação. As chapas obtidas com esta técnica têm um superfície máxima de 1,5 m2.

Estiagem mecânica

Introdução

Os três processos existentes de estiragem mecânica, efectuada directamente através do vidro em fusão, diferem só nos pormenores de execução. O principio teórico consistente em mergulhar horizontalmente uma barra metálica num banho de vidro em fusão, retirando depois muito lentamente. Ao emergir, a barra arrasta o material fluido por tensão superficial, obtendo-se uma folha de vidro com largura igual ao comprimento da barra, acima do nível do material em fusão.

Escorvamento do Estiramento directo do Vidro em Fusão

Continuando a lamina de vidro verifica-se um fenómeno de estricção, com diminuição da largura e aumento da espessura que, a não se serem tomadas precauções especiais a fim de o impedir, conduz á rotura. São precisamente os dispositivos utilizados nos processos de estiragem, umas das características que os distinguem uns dos outros.

Processo Fourcault

O primeiro processo foi apresentado pelo belga Fourcault em 1904, tendo entrado a primeira fábrica em funcionamento em 1914. O processo consiste em fazer flutuar á superfície do banho de vidro em fusão uma peça comprida de material refractário, chamada “debiteuse” (distribuidor) que tem na parte central um rasgo rectângula situado a um nível inferior ao do rebordo do flutuador.

Se se afundar ligeiramente no banho o flutuador refractário, uma determinada quantidade de vidro passara pela sua fenda, devido a acção da pressão hidrostática; é nessa porção de material que se mergulha a escova, quando do inicio da estiragem. Mergulhando mais ou menos o mergulhador no banho é possível alterar o debito de vidro no rasgo, modificando a produção em superfície e em espessura.

Enquanto a lamina começa a subir, dois refrigeradores colocados em cada um dos seus lados, vão arrefece-la, diminuindo a viscosidade do vidro e garantindo assim por um lado uma uniformidade da espessura na estiragem e evitando por outro o esmagamento do vidro pelos rolos de estiragem. Estes são revestidos a amianto, e colocados posteriormente, fazem subir a lamina por uma torre denominada câmara de recozimento, onde o vidro é arrefecido gradualmente, até chegar ao piso superior sendo ai cortado nas dimensões pretendidas.

Através deste processo podem fazer-se vidros com espessura de 1,5 a 8 mm, largura de 2,5 m, e comprimento até 3,5 m.

O vidro obtido por este processo apresenta faces não perfeitamente planas e paralelas alem de ligeiras ondulações, o que o torna desaconselhável para espelhos, janelas de viaturas e outras aplicações mais existentes.

Processo Libbey-Owens

Foi desenvolvido quase em simultâneo com o processo Fourcault, embora independente dele.

Inventado em 1905 por I.W. Colburn, arrancou em exploração industrial pela Libbey-Owens a partir de 1920.

Este processo não utiliza “débiteuse”; o vidro é estirado verticalmente, mas a partir de certa altura a lâmina é curvada através de um rolo de dobragem e prossegue o seu percurso horizontal. A contracção da lâmina é evitada por meio dois pares de rolos estriados colocados ligeiramente acima do nível do banho em fusão.

As chapas produzidas por estas maquinas tem larguras compreendidas entre 2,70m e 3,60m, podemos fabricar espessuras de 1 a 30mm, superiores as obtidas pela estiragem vertical.

A qualidade da superfície da chapa é inferior á obtida pelo processo Fourcault, devido ao rolo de dobragem.

Processo Pittsburah

É um processo resultante de uma modificação do sistema Fourcault, e foi desenvolvido nos E.U.A pela Pittsburgh Plate Glass Co, na década de trinta. A estiragem é vertical mas não existe “debiteuse” e em seu lugar um bloco de material refractário (daw-bar) submerso alguns centímetros no vidro em fusão. A fusão deste bloco é criar as condições de fluxo estacionário do vidro fundido para formar a “raiz” da lâmina. Esta, após sair da superfície do vidro em fusão, é arrefecida através de refrigeradores, denominados “bowl” a fim de que a temperatura resultante crie a rigidez necessária para evitar estricção. Dois blocos em L de um material refractário condicionam a temperatura do banho á superfície e portanto a viscosidade do vidro no inicio da estiragem.

A lâmina prossegue o seu movimento ascendente através da câmara de recozimento até ao piso superior onde é cortada nas dimensões finas. É possível obter chapas até 2.40m de largura e comprimento até 3,50m e espessuras que variam de 2 a 10 mm.

O vidro obtido, pelo processo Pittsburgh tem as faces polidas a fogo e não apresenta os defeitos comuns ao Fourcault; embora com ondulações, são aqui menos acentuadas. É por isso considerado de melhor qualidade.