Universidade federal do Espirito SantoDepartamento de engenharia Mecânica- Centro tecnológico

Seleção dos materiais: Vidro

Nome: Wildson Lesqueves

Vitória, 19 de outubro de 2011.

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Índice:

1. Introdução....................................................................32. Definição do vidro........................................................3 2.1. Composição do vidro.............................................3 2.2. Como é feito o vidro...............................................3 2.3. Transição vítrea.......................................................4 2.4. Qualidade e características do vidro........................43. Historia dos vidros..........................................................54. Processos de fabricação..................................................75. Classificação dos vidros...................................................7 5.1. Vidro plano.............................................................7 5.1.1. Vidro float......................................................7 5.1.2. Vidro impresso...............................................8 5.2. Vidro de segurança.................................................8 5.2.1. Vidro temperado............................................8 5.2.2. Vidro laminado.............................................9 5.2.3. Vidros blindados...........................................9 5.3. Vidro acústico...........................................................10 5.3.1. Vidro laminado acústico...............................10 5.3.2. Vidro duplo ou insulado..............................10 5.4. Vidro curvo..........................................................10 5.5. Vidro sódico-calcio................................................11 5.6. Vidro boro silicato....................................................11 5.7. Vidro ao chumbo.....................................................11 5.9. Fibra de vidro.......................................................126. Vidro do futuro.................................................................137. Conclusão...........................................................................158. Bibliografia ......................................................................15

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1. Introdução

Os vidros estão massivamente presentes em nosso cotidiano, seja por meio de embalagens, nas esquadrias e fechamentos de nossas casas, na arte.

São encontrados no mercado em diversos formatos, composições, tipos e sob as mais variadas formas de produtos, contudo, sua escolha deve ser criteriosa. Na escolha deve-se observar e relacionar os mais diversos pontos como, por exemplo, tipo, funcionamento, dimensões, especificações do fabricante e aplicação a qual se destina, atentando-se sempre às normas técnicas correlatadas e se o fabricante possui certificações da ISO.

2. Definição de vidro

Os vidros pertencem ao grupo de materiais cerâmicos amorfos são amplamente usados em indústrias de diversos setores como de: recipientes, janelas, lentes, prisma, fibra de vidro, fibra ótica etc. Existem vários tipos de vidros dos quais os mais comumente utilizados são vidros de silicatos, que consistem predominante de óxidos silício e de outros óxidos em menor quantidade como: CaO, Na2O, K2O e Al2O3, os quais influenciam em suas propriedades. As duas principais características desses materiais são a sua transparência ótica e a relativa facilidade com a qual podem ser fabricados.

2.1. Composição do vidro

2.2. Como é feito o vidro

Os vidros convencionais são produzidos tradicionalmente através do método de fusão/resfriamento. Este método envolve a fusão de uma mistura dos materiais de partida, em geral a altas temperaturas, seguida do resfriamento rápido do fundido. Quando as matérias-primas de um vidro se encontram fundidas, suas estruturas guardam grandes semelhanças com aquelas de um líquido. Contudo, à medida que ocorre o resfriamento, o arranjo estrutural interno do material fundido pode trilhar diferentes caminhos, de acordo com a taxa de resfriamento utilizada.

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2.3.Transição vítrea

Amorfos ou não –cristalinos, os vidros não solidificam conforme os matérias cristalinos. Sob resfriamento, eles não apresentam uma temperatura definida de solidificação, como nos materiais cristalinos. De fato, uma distinção entre materiais cristalinos e não cristalinos, consiste na dependência da densidade, conforme a figura a baixo. Para materiais cristalinos, existe uma contração brusca de volume na temperatura da solidificação. Por outro lado, para os vidros a redução do volume é continuo, com apenas uma leve mudança de inclinação da curva na chamada temperatura de transição do vidro. Abaixo desta temperatura o material é considerado vidro. Acima dela o material é primeiramente chamado de vidro superresfriado e, finalmente liquido.

2.4.Qualidades e características dos vidros

- Transparência (permeável à luz); - Dureza;- Ótimo isolador dielétrico; - Baixa condutividade térmica; - Recursos abundantes na natureza; - Durabilidade; e- Reciclabilidade.

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3. Historia dos vidros

Fenícios, egípcios, persas, romanos, bizantinos, chineses. São numerosos os povos que disputam o privilégio da descoberta e da fabricação do vidro na antiguidade.

Embora não existam dados precisos, alguns historiadores afirmam que a descoberta do vidro ou cristal, como foi chamada, foi feita pelos fenícios em uma praia do Mediterrâneo, no litoral do Líbano atual, mais de 4000 anos antes da Era Cristã, quando estes improvisaram uma fogueira utilizando blocos de salitre e soda e, algum tempo depois, notaram que do fogo escorria uma substância brilhante que se solidificava imediatamente.

Datas exatas são difíceis de serem estipuladas em função da imprecisão das atuais técnicas de datação, em alguns casos. Assim sendo, algumas datações são estimadas por arqueólogos com base na idade do sítio arqueológico que exploram e onde encontram as peças e utensílios. Alguns autores, por exemplo, afirmam que o vidro começou a ser produzido por volta de 3.000 a.C., no Egito (de acordo com livros de História Geral, do Ensino Fundamental e Médio, a civilização egípcia passou a existir efetivamente aproximadamente a partir de 3.500 a.C.). Naquela época já eram produzidos jarros de vidro, mas possuíam um formato relativamente irregular, eram opacos e tinham uma coloração escura.

Fig- jarros de vidro da civilização antigapor volta de 3000.

Nos séculos seguintes a indústria vidreira não teve um desenvolvimento muito expressivo até por volta de 30 a.C., quando foi inventada a vara de sopro. Esta era um tubo de ferro oco, com 1,5 a 2,0 metros de comprimento, que permitia soprar o vidro ainda quente. A descoberta teria supostamente ocorrido na Fenícia (atual Síria e Líbano). Era possível então usar moldes ou outras ferramentas para moldar as peças confeccionadas. Com isso intensificou-se a fabricação e o comércio de artefatos de vidro. A técnica de soprar o vidro chegou rapidamente a Roma onde, no ano 100 da era

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cristã, os arquitetos romanos começaram a usar vidro relativamente plano para confeccionar janelas que, apesar de opacas, deixavam passar luz suficiente para iluminar os ambientes das villas de famílias mais afastadas.

Fig- técnica de sopro

Foi na ilha de Murano, nas proximidades de Veneza, na Itália, que houve um acentuado crescimento do número de indústrias de vidro, em virtude de aquela cidade ter se tornado, a partir do século X, um importante centro comercial no Mar Mediterrâneo. Os artesãos que eram levados para trabalhar nas indústrias de vidro de Murano permaneciam confinados na ilha até o fim de suas vidas, de modo a assegurar que os segredos da indústria vidreira não fossem divulgados a outros países, mantendo Veneza com o monopólio vidreiro. Os vidros de Murano ficaram famosos, principalmente pelo elevado grau de transparência dos vidros incolores, e das colorações magníficas de muitas peças confeccionadas. Atualmente existem no Brasil umas poucas, mas importantes indústrias de vidro Murano, e em algumas delas é possível acompanhar os trabalhos dos artesãos.

No Brasil, a primeira oficina de vidro foi montada por quatro artesãos, que acompanhavam o príncipe Mauricio de Nassau, no período das invasões holandesas entre 1924 e 1935, em Olinda e Recife. A oficina que fabricava copos, jarras, frascos e vidros para janelas, não teve vida longa, pois foi fechada com a saída dos holandeses das terras brasileiras.

Em 1810, o vidro voltou a fazer parte da economia do Brasil, quando o português Francisco Inácio de Siqueira Nobre recebeu autorização do Regente D. João para instalar uma fabrica de vidros em Salvador, BA, que produziria vidros lisos, frascos, garrafões e garrafas.

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4.Processos de Fabricação

A fabricação do vidro pode ser dividida em três partes principais: a fusão, moldagem e têmpera.

Fusão: Nessa etapa a matéria-prima para a produção do vidro é colocada dentro de um forno, que pode ser um forno de cadinho ou um forno tanque, e a mistura é aquecida até que o material fique liquido o suficiente para a moldagem.

Moldagem: O vidro é resfriado até uma temperatura de 800°C para a moldagem. Existe várias maneira de se moldar o vidro desde a moldagem por flutuação até a moldagem por sopro.

Têmpera: Depois que o vidro estar conformado ele chega á ultima fase, têmpera, onde ele é resfriado gradualmente até uma temperatura onde possa ser manejado e depois armazenado para a venda.

5. Classificação dos vidros

Vidros planos; Vidros de segurança; Vidros termo-acústico; Vidros curvos; Vidro sódico-cálcico; Vidros de Boro-silicato; Vidros ao chumbo; Vidros alta sílica; Fibra de vidro.

5.1.Vidro plano

Existem dois tipos de vidro plano, o float e o impresso também conhecido como fantasia ou fosco.

5.1.1.Vidro float:

Vidro float é um vidro plano transparente, podendo ser incolor ou colorido, com espessura uniforme e massa homogênea. É ideal para aplicações que exijam perfeita visibilidade, por não apresentar nenhuma distorção óptica, e possui alta transmissão de luz, sendo comumente utilizado na indústria automobilística, eletrodomésticos, construção civil, móveis e decoração.

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É obtido através do deslizamento do material em fusão, sobre uma camada de estanho líquido, com temperatura e atmosfera controladas, produzindo lâminas de vidro com superfícies perfeitamente paralelas sem distorções de imagem com excelente qualidade ótica.

Esse vidro é a base para o processamento de todos os demais vidros planos: laminado, temperado, curvo, serigrafado e usado em duplo envidraçamento.

5.1.2. Vidro Impresso ou “vidro fantasia”

É um vidro translúcido, podendo ser incolor ou colorido. Normalmente é aplicado em janelas e divisórias de ambientes em que se deseja manter a privacidade e a incidência de luz.

Podendo ser produzido em diversas cores e padrões. Utilizado na construção civil, eletrodomésticos, e com finalidade decorativa.

5.2. Vidro de segurança:

Produzido a partir do vidro float tem como objetivo minimizar riscos em casos de acidentes, pois quando rompidos devem produzir menos suscetíveis a causar ferimentos. Podem ser temperados e laminados.

5.2.1. Vidro Temperado:

O vidro temperado é um vidro recebe um tratamento térmico (é aquecido à temperatura de 650/700ºC e resfriado rapidamente), que o torna mais rígido e mais resistente à quebra por impacto, sendo cinco vezes mais rígido que o vidro comum. Em caso de

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quebra produz pontas e bordas menos cortantes, fragmentando-se em pequenos pedaços arredondados.

O vidro temperado é feito sobre medida pois seu corte é impossível depois de realizada a tempera. São considerados altoportantes, pois possuem furações e recortes especiais, que não fragilizam a peça. Indicado para locais que requerem resistência, como boxes de chuveiro, portas de vidro ou frontões de lareira. Seu uso em fachadas está restrito a entre vãos de pequenas dimensões dentro de caixilhos.

5.2.2. Vidro laminado:

É considerado um vidro de segurança porque evita acidentes por estilhaçamento e porque mantém o vão fechado mesmo com o vidro todo trincado. É composto por uma ou mais chapas de vidro intercalado por uma película plástica de grande resistência (PVB - Polivinil Butiral). Pode ser aplicadas em coberturas, fachadas, sacadas, guarda-corpos, portas, janelas, divisórias, vitrines, pisos e outros. Além disso, o vidro laminado possui outros benefícios, como a redução da entrada de ruídos externos (quando comparado aos vidros comuns) e a proteção contra os raios UV (Ultravioleta), pois o PVB barra 99,6% dos raios solares UV (Ultravioleta).

5.2.3. Vidros blindados:

São compostos de vários vidros comuns do tipo float intercalados por varias camadas de uma película muito resistente. Estas varias camadas intercaladas com material poliéster fazem com que o projétil seja bruscamente amortecido, impedindo que o vidro seja perfurado.

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5.3. Vidro Acústico

Os vidros acústicos impedem que os ruídos passem de um ambiente para outro. Esse conforto sonoro pode ser obtido através de duas soluções: vidro laminado acústico e o vidro duplo ou insulado.

5.3.1. Vidro laminado acústico:

É um vidro laminado com um PVB especial (Silence) e por isso funciona como um excelente isolante acústico.

5.3.2. Vidro duplo ou insulado:

É o conjunto de dois ou mais vidros, podendo ser comum float ou laminado, separados por um camada de ar ou gás, conferindo redução na propagação de som e na entrada de calor. Além disso, pode ser equipado com persianas internas, que dão ao conjunto um efeito estético diferenciado. Bastante utilizado na porta dos freezers e refrigeradores.

As dimensões e espessuras deste vidro são determinadas de acordo com o tamanho e espessura do caixilho, necessidade térmica ou acústica, pressão do vento e local a ser aplicado.

5.4. Vidro curvo

São vidros comuns (float) aplicadas sobre moldes em aço inox ou aço carbono em uma elevada temperatura e rigidamente controladas. A temperatura sobe rapidamente para que o vidro tome a forma do molde e em seguida a temperatura é levemente baixada para que o vidro não sofra um choque térmico e se quebre. Podem-se fazer vidros curvos de quaisquer espessuras e diversos raios, o ideal é sempre consultar o fabricante para verificar se o raio que precisa está disponível.

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5.5. Vidro sódico-cálcico

Como o próprio nome já diz, são obtidos a partir da adição de sódio e cálcio à sílica. Esses ingredientes proporcionam maior resistência ao material. Eles compreendem, de longe, a família de vidros mais antiga e largamente utilizada Vidros sódico-calcio foram usados pelos antigos egípcios, enquanto hoje em dia constituem a maior parte das garrafas, frascos e potes.

5.6. Vidros boro-silicato

Esses vidros são muito resistentes à corrosão química, e têm um coeficiente de expansão térmica baixo, um terço do coeficiente do vidro de soda-cal (ainda que seis vezes o da sílica fundida). Esta família de vidros tem uma enorme gama de usos: utensílios domésticos (Pyrex) e de laboratórios, lâmpadas e ainda é usado em vidros resistentes ao fogo aumentando a resistência ao impacto e baixando o coeficiente de expansão.

5.7. Vidro ao chumbo

É um vidro com baixas temperaturas de fusão e trabalho, possui um alto índice de refratividade e densidade. A quantidade de óxido de chumbo pode variar muito (até três vezes), e vidros com alto teor de chumbo (onde o óxido de chumbo compreende até 80% do total) são usados como protetores de radiação.

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5.8. Vidros Alta sílica

Vidros que apresentam um teor de SiO2 superior a 96% e que, devido a sua elevada resistência química e térmica (fundem em torno de 2000 °C), são utilizados em equipamentos especiais de laboratório, cadinhos, recipientes para reações a altas temperaturas e invólucros para lâmpadas de altas temperaturas.

5.9. Fibras de vidros

A expressão fibra de vidro pode tanto referir-se à própria fibra como ao material compósito polímero reforçado com fibra de vidro (PRFV), que é popularmente conhecido pelo mesmo nome.

É um material composto da aglomeração de finíssimos filamentos de vidro, que não são rígidos, altamente flexíveis. Quando adicionado à resina poliéster (ou outro tipo de resina), transforma-se em um composto popularmente conhecido como fibra de vidro, mas na verdade o nome correto é PRFV, ou seja, "Polímero Reforçado com Fibra de Vidro".

O PRFV tem alta resistência à tração, flexão e impacto, sendo muito empregados em aplicações estruturais. É leve e não conduz corrente elétrica, sendo utilizado também como isolante estrutural. Permite ampla flexibilidade de projeto, possibilitando a moldagem de peças complexas, grandes ou pequenas, sem emendas e com grande valor funcional e estético.

Não enferruja e tem excepcional resistência a ambientes altamente agressivos aos materiais convencionais. A resistência química do Fiberglass é determinada pela resina e construção do laminado. Pode ser produzido em moldes simples e baratos, viabilizando a comercialização de peças grandes e complexas, com baixos volumes de produção. Mudanças de projeto são facilmente realizadas nos moldes de produção, dispensando a construção de moldes novos. Os custos de manutenção são baixos devido à alta inércia química e resistência às intempéries, inerente ao material.

As montadoras brasileiras Gurgel e Puma fabricavam seus carros com carrocerias de fibra de vidro.

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6. Vidros do futuro

Vidros metálicos ainda são algo pouco conhecido da maioria do público. Mas esse material inusitado e peculiar já está presente em equipamentos esportivos, gabinetes de telefones celulares e vários outros produtos de alta tecnologia.

Ao contrário dos vidros comuns, vidros metálicos não são transparentes, nem fáceis de quebrar.

Os cientistas também não conheciam muito bem os vidros metálicos, pelo menos não no sentido que os cientistas gostam de conhecer as coisas.

Afinal, um material sem rede cristalina definida não pode ser "conhecido" - estudado e entendido - com os mesmos métodos e ferramentas aplicados aos metais tradicionais, cristalinos. Como eles próprios dizem, eles não tinham um conhecimento suficiente da ciência básica do material.

Fig- vidro metalico

Mas agora, utilizando técnicas de laboratório de última geração e poderosas simulações em computador, cientistas da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, descobriram como os átomos se organizam para formar esses materiais.

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"Como os átomos se reúnem nos vidros metálicos tem sido um mistério," diz Howard Sheng, um dos autores do artigo que descreve a descoberta, publicada no exemplar de 26 de Janeiro da revista Nature.

Nos metais convencionais, os átomos se cristalizam em padrões tridimensionais uniformes, conhecidos como redes ou reticulados ("lattices").

Mas, cerca de um século atrás, os cientistas descobriram como fabricar vidros metálicos resfriando um líquido metálico tão rapidamente que a configuração atômica interna se congela antes que os átomos tenham a chance de se organizar em uma rede.

O, na época, novo material, foi descrito como amorfo, significando que os átomos pareciam se arranjar de forma irregular, sem a ordem característica dos materiais cristalinos. Esta estrutura atômica amorfa é comumente encontrada em outros materiais, como o vidro comum, mas raramente ocorre em metais.

Os cientistas agora descobriram que os átomos dos vidros metálicos tendem a se agrupar em torno de um átomo central, em grupos de sete a quinze, formando desenhos tridimensionais conhecidos como poliedro de Kasper. Ou seja, os átomos não se organizam de forma totalmente aleatória.

Os poliedros de Kasper já foram encontrados em metais cristalinos, mas nos vidros metálicos eles não se alinham em longas fileiras. Ao invés disso, eles se juntam na forma de agrupamentos nanométricos, no que os cientistas chamaram de organização química e topológica de pequena e média ordens, em oposição às longas extensões da organização dos átomos nos metais.

Em vez dos deslocamentos, os vidros metálicos possuem espaços de pequena densidade entre esses agrupamentos de pequena ordem. Essas cavidades afetam a forma como o material se forma e suas propriedades mecânicas.

"Nossas descobertas deverão permitir que as pessoas que fabricam vidros metálicos caminhem rumo a técnicas de design mais inteligentes, desenvolvendo materiais com características mecânicas precisas conforme a necessidade para cada produto," diz Sheng.

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7. Conclusão

A Opção pelo vidro está cada vez maior devido ao relacionamento com as características, que nos proporciona como a translucidez, integração com o meio externo, eficiência energética (proporcionada pela redução da necessidade de iluminação e uso de ar-condicionado), acústico e de segurança. Com as técnicas atuais de fabricação podemos fabricar vidros com diversas características e para todos os tipos de finalidade.

8. Bibliografia

- Fundamentos básicos dos materiais e processos de fabricação em engenharia – Prof. Osvaldo Guilherme Comineli – 2010.

- cadernos temáticos de química nova na escola – Oswaldo Luiz Alves – edição especial – 2001.

- http://www.cebrace.com.br/v2/vidro/tipos-vidros

-Dissertação de mestrado – Estudo do isolamento sonoro de vidros de diferentes tipos e espessuras, em vitragem simples e dupla - Minéia Johann Scherer – 2005.

- http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/vidro/

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