Vidrio flotado
Material; tipo de vidrio
Uso de vidrio flotado en la estación de tren Crystal Palace , Londres

El vidrio flotado es una lámina de vidrio fabricada mediante la flotación de vidrio fundido sobre un lecho de metal fundido de bajo punto de fusión , normalmente estaño , [1] aunque en el pasado se utilizaba plomo para el proceso. [2] Este método proporciona a la lámina un espesor uniforme y una superficie muy plana. [3] El proceso del vidrio flotado también se conoce como proceso Pilkington , llamado así por el fabricante de vidrio británico Pilkington , [4] que fue pionero en la técnica en la década de 1950 en su planta de producción en St Helens, Merseyside . [5]

Las ventanas modernas suelen estar hechas de vidrio flotado, [6] aunque Corning Incorporated utiliza el método de desbordamiento descendente . [7]

La mayor parte del vidrio flotado es vidrio sódico-cálcico , [8] aunque también se producen cantidades relativamente menores de borosilicato especial [9] y vidrio para pantallas planas utilizando el proceso de vidrio flotado.

Historia

Ventana antigua que contiene una sola lámina de vidrio flotado en la sección superior izquierda, Jena , Alemania . Las secciones restantes posiblemente no sean de vidrio flotado, como lo indican los reflejos distorsionados de un árbol.

Hasta el siglo XVI, el vidrio para ventanas u otro vidrio plano generalmente se cortaba a partir de grandes discos (o rondeles) de vidrio de corona . Las láminas de vidrio más grandes se hacían soplando cilindros grandes que se abrían y aplanaban, y luego se cortaban en paneles. La mayoría del vidrio para ventanas a principios del siglo XIX se fabricaba utilizando el método de cilindros . Los "cilindros" tenían de 6 a 8 pies (180 a 240 cm) de largo y de 10 a 14 pulgadas (25 a 36 cm) de diámetro, lo que limitaba el ancho que se podían cortar los paneles de vidrio y daba como resultado ventanas divididas por travesaños en paneles rectangulares.

Los primeros avances en la automatización de la fabricación de vidrio fueron patentados en 1848 por Henry Bessemer . [10] Su sistema producía una cinta continua de vidrio plano formándola entre rodillos. Este era un proceso costoso, ya que las superficies del vidrio necesitaban pulirse. Si el vidrio pudiera colocarse sobre un cuerpo perfectamente liso y plano, como la superficie de una cacerola abierta con líquido en calma, esto reduciría considerablemente los costos. Se hicieron intentos de formar vidrio plano en un baño de estaño fundido, uno de los pocos líquidos más densos que el vidrio que estaría en calma a las altas temperaturas necesarias para fabricar vidrio, sobre todo en los EE. UU. Se concedieron varias patentes, [11] [12] pero este proceso era impracticable en ese momento.

Antes del desarrollo del vidrio flotado, las láminas de vidrio plano más grandes se fabricaban vertiendo una gran cantidad de vidrio sobre una superficie de hierro y luego puliendo ambos lados, un proceso costoso. Desde principios de la década de 1920, una cinta continua de vidrio plano se pasaba por una larga serie de pulidoras y rectificadoras en línea, lo que reducía las pérdidas de vidrio y los costos. [13]

El vidrio de menor calidad, el vidrio estirado, se fabricaba estirando hacia arriba desde un baño de vidrio fundido una lámina delgada, sostenida por los bordes con rodillos. A medida que se enfriaba, la lámina ascendente se endurecía y luego se podía cortar. Las dos superficies eran de menor calidad, es decir, no tan lisas ni uniformes como las del vidrio flotado. Este proceso continuó utilizándose durante muchos años después del desarrollo del vidrio flotado.

Entre 1953 y 1957, en Cowley Hill Works St Helens, Lancashire, Sir Alastair Pilkington y Kenneth Bickerstaff de Pilkington Brothers del Reino Unido desarrollaron la primera aplicación comercial exitosa para formar una cinta continua de vidrio utilizando un baño de estaño fundido sobre el cual el vidrio fundido fluye sin obstáculos bajo la influencia de la gravedad. [14] El éxito de este proceso residía en el cuidadoso equilibrio del volumen de vidrio que se alimentaba al baño, donde se aplanaba por su propio peso. [15] Las primeras ventas rentables a gran escala de vidrio flotado se lograron en 1960, y en la década de 1960 el proceso fue autorizado en todo el mundo, reemplazando los métodos de producción anteriores. [16]

Fabricar

Línea de vidrio flotado

El vidrio flotado utiliza materias primas comunes para la fabricación de vidrio , que suelen consistir en arena , carbonato de sodio , dolomita , piedra caliza y sulfato de sodio , etc. Se pueden utilizar otros materiales como colorantes, agentes de refinado o para ajustar las propiedades físicas y químicas del vidrio. Las materias primas se mezclan en un proceso por lotes y luego se introducen junto con una proporción controlada de vidrio de desecho en un horno , donde se calienta a aproximadamente 1500 °C. Los hornos comunes para vidrio flotado tienen 9 m de ancho y 45 m de largo y tienen capacidad para más de 1200 toneladas de vidrio. Una vez fundido, la temperatura del vidrio se estabiliza a aproximadamente 1200 °C para garantizar una densidad homogénea .

El vidrio fundido se introduce en un "baño de estaño", un baño de estaño fundido (de unos 3-4 m de ancho, 50 m de largo, 6 cm de profundidad), desde un canal de suministro y se vierte en el baño de estaño mediante un labio de cerámica conocido como labio de pico. [17] La ​​cantidad de vidrio que se puede verter sobre el estaño fundido se controla mediante una compuerta llamada tweel .

El estaño fundido es adecuado para el proceso de vidrio flotado porque tiene una densidad mayor que el vidrio, por lo que el vidrio fundido flota sobre él. Su punto de ebullición es mayor que el punto de fusión del vidrio y su presión de vapor a la temperatura del proceso es baja. Sin embargo, el estaño se oxida en una atmósfera natural para formar dióxido de estaño (SnO 2 ). Conocido en el proceso de producción como escoria, el dióxido de estaño se adhiere al vidrio. Para evitar la oxidación, el baño de estaño se proporciona con una atmósfera protectora de presión positiva de nitrógeno e hidrógeno .

El vidrio fluye sobre la superficie de estaño formando una cinta flotante de espesor uniforme con superficies perfectamente lisas en ambos lados. A medida que el vidrio fluye a lo largo del baño de estaño, la temperatura se reduce gradualmente desde 1.100 °C hasta aproximadamente 600 °C, la lámina puede ser levantada del baño de estaño sobre rodillos. La cinta de vidrio es extraída del baño por rodillos a una velocidad controlada. La variación en la velocidad de flujo y la velocidad de los rodillos permite formar láminas de vidrio de espesor variable. Los rodillos superiores colocados sobre el estaño fundido pueden usarse para controlar tanto el espesor como el ancho de la cinta de vidrio.

Una vez que sale del baño, la lámina de vidrio pasa por un horno de recocido durante aproximadamente 100 m, donde se enfría gradualmente para que se recozca sin esfuerzo y no se agriete por el cambio de temperatura. Al salir del "extremo frío" del horno, el vidrio es cortado por máquinas.

Usos

Luminaria de vidrio flotado. El vidrio flotado común es verde en láminas más gruesas debido a las impurezas de Fe2+ .

Hoy en día, el vidrio flotado es la forma de vidrio más ampliamente producida, [18] con una multitud de aplicaciones comerciales. [19] Debido tanto a su alta calidad sin necesidad de pulido adicional [20] como a su flexibilidad estructural durante la producción, se puede moldear y doblar fácilmente en una variedad de formas mientras está en un estado calentado y almibarado. [21] Esto lo hace ideal para una variedad de aplicaciones como

  • Vidrio de automóviles (por ejemplo, parabrisas, ventanas, espejos) [22]
  • Espejos [23]
  • Muebles (por ejemplo, mesas y estanterías) [24]
  • Vidrio aislante
  • Ventanas [25] y puertas

La mayoría de las formas de vidrio especializado, como el vidrio templado , [26] el vidrio esmerilado , [27] el vidrio de seguridad laminado [28] y el vidrio insonorizado [29], consisten en vidrio flotado estándar que ha sido procesado posteriormente.

Mercado

En 2009, el mercado mundial del vidrio flotado, sin incluir a China y Rusia, está dominado por cuatro empresas: Asahi Glass , NSG / Pilkington , Saint-Gobain y Guardian Industries . Otras empresas son Sise Cam AS, Vitro (antes PPG ), Central Glass, Hankuk (HanGlas), Carlex Glass y Cardinal Glass Industries. [30]

Véase también

Referencias y notas a pie de página

  1. ^ Richet, Pascal (5 de febrero de 2021). Enciclopedia de ciencia, tecnología, historia y cultura del vidrio. John Wiley & Sons . págs. 73–74. ISBN 978-1-118-79939-0.
  2. ^ Binggeli, Corky (7 de octubre de 2013). Materiales para ambientes interiores. Wiley . p. 86. ISBN 978-1-118-30635-2. OCLC  819741821. 819741821.
  3. ^ Groover, Mikell P. (2021). Fundamentos de la fabricación moderna: materiales, procesos y sistemas. John Wiley & Sons . p. 207. ISBN 978-1-119-70642-7.
  4. ^ Baker, Ian (21 de junio de 2018). Cincuenta materiales que forman el mundo. Springer . p. 66. ISBN 978-3-319-78766-4.
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  6. ^ Shackelford, James F. (2005). Introducción a la ciencia de los materiales para ingenieros. Pearson Education . Prentice Hall . pág. 237. ISBN. 978-0-13-142486-9.
  7. ^ "LCD Glass - Display Glass". Schott AG . Archivado desde el original el 2008-02-01 . Consultado el 2008-01-30 .
  8. ^ Khatib, Jamal (12 de agosto de 2016). Sostenibilidad de los materiales de construcción. Woodhead Publishing . p. 80. ISBN 978-0-08-100391-6.
  9. ^ Wurm, Jan (2007). Estructuras de vidrio: diseño y construcción de láminas autoportantes. Springer Science & Business Media . p. 37. ISBN 978-3-7643-7608-6.
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  12. ^ Halbert K. Hitchcock, "Aparato para fabricar láminas o placas de vidrio", archivado el 17 de agosto de 2017 en Wayback Machine . Patente estadounidense n.º 789.911 (presentada: 30 de julio de 1902; expedida: 16 de mayo de 1905).
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  • Proceso de fabricación de vidrio flotado de la Asociación del Vidrio de Norteamérica
  • Proceso de Fabricación de Vidrio Flotado a partir de Viglacera Propiedades físicas de la Empresa de Vidrio.
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