Vidro

INTRODUÇÃO

Vidro (indústria), corpo sólido, transparente e frágil que provém da fusão, a 1.200ºC, da areia silícica misturada com potassa ou sódio. Sob temperatura normal é uma massa amorfa, dura e frágil. Em geral, é transparente, embora também possa ser incolor ou opaco. Quando matizado, sua cor varia conforme os ingredientes utilizados. Pode ser fundido em altas temperaturas com boratos e fosfatos. Os vidros naturais, como a obsidiana e outras substâncias provenientes de meteoritos, apresentam composição e propriedades semelhantes às do vidro sintético. O vidro é chamado amorfo porque não é nem sólido nem líquido, mas se acha num estado no qual, ainda que as unidades moleculares estejam dispostas de forma desordenada, têm suficiente coesão para apresentar rigidez mecânica. O vidro é resfriado até se solidificar, sem que haja a cristalização; o aquecimento pode devolver-lhe sua forma líquida.  

O vidro fundido é maleável e pode ser modelado mediante diversas técnicas. Pode ser talhado a frio. A baixas temperaturas, o vidro é frágil e apresenta um tipo de fratura concoidal (lisa e curva, semelhante a uma concha).  

COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADES  

O principal ingrediente do vidro é o silício, obtido a partir da areia, dos seixos rolados ou do quartzo. O silício é fundido em temperaturas muito elevadas para formar o vidro. Como este tem um elevado ponto de fusão e sofre pouca contração ou dilatação com as mudanças de temperatura, é apropriado para aparatos de laboratório e objetos submetidos a choques térmicos (deformações devidas a mudanças rápidas de temperatura), como os espelhos dos telescópios.  

Vidro solúvel e vidro sódico-cálcico

O vidro com grande conteúdo de sódio, que, dissolvido na água, se transforma num fluido espesso, é conhecido como vidro solúvel e é utilizado como material ignífugo e de vedação. A maior parte do vidro produzido contém álcalis como soda e cal e serve para fazer garrafas, vasilhames, lâmpadas, janelas e vidraças.  

Vidro com chumbo  

O vidro fino utilizado na fabricação de vasilhames sofisticados e conhecido como cristal é o resultado de fórmulas que combinam silício e potássio com óxido de chumbo. Esse tipo de vidro é pesado e apresenta um índice elevado de refração à luz, o que o torna apropriado para a fabricação de lentes e prismas, bem como jóias de imitação. Como o chumbo absorve as radiações de alta energia, nas instalações nucleares os vidros com óxido de chumbo servem de proteção para os operários  

Vidro de borossilicato  

Este tipo de vidro tem predomínio de bórax, além de silício e álcali. Muito duradouro e resistente aos elementos químicos e ao fogo, é usado em utensílios de cozinha e em laboratórios.  

Cor  

As impurezas na matéria-prima influenciam a coloração do vidro. Para obter uma substância transparente e incolor, os fabricantes lhe acrescentam manganês, que limita os efeitos das colorações esverdeadas e amareladas produzidas pelos óxidos de ferro. O vidro pode ser colorido com o emprego de óxidos metálicos, sulfuretos e selenetos.  

Outros ingredientes    

A fórmula tradicional do vidro inclui a reutilização de resíduos de vidro da mesma composição do que se está fabricando, o que favorece a fusão e a homogeneização. Em geral, são acrescentados elementos como arsênico (trióxido de arsênio) ou antimônio, destinados a eliminar bolhas.  

 Propriedades físicas  

Segundo a composição, alguns vidros alcançam a fusão a temperaturas muito baixas, como 500oC, enquanto outros exigem 1.650oC. Apresentam normalmente uma resistência à tração entre 3 mil e 5.500 N/cm2, embora possam superar os 70.000 N/cm2 se tiverem sido especialmente tratados. A densidade relativa oscila entre 2 e 8, ou seja, entre uma densidade menor do que a do alumínio e maior do que a do aço. Variações de igual amplitude aparecem nas propriedades elétricas e ópticas.  

MISTURA   E  FUSÃO  

Após uma minuciosa preparação e medição, as matérias-primas são mescladas e submetidas a uma fusão inicial antes de passar às altas temperaturas que a vitrificação requer. No passado, a fusão era realizada em vasilhas de argila que eram esquentadas em fornos de carvão ou lenha. Ainda hoje são usadas vasilhas de argila refratária, que contêm entre 0,5 e 1,5 t de vidro. Nas indústrias modernas, a maior parte do vidro é fundido em grandes caldeiras, utilizadas pela primeira vez em 1872, com capacidade para mais de mil toneladas de vidro e esquentadas a gás, óleo combustível ou eletricidade.

 O TRABALHO DO VIDRO  

Os principais métodos empregados para trabalhar o vidro são a moldagem, o sopro, a prensagem, o estiramento e a laminação. Todos esses processos são antigos, mas sofreram modificações para permitir a produção de vidro com fins industriais. O vidro foi fabricado pela primeira vez antes de 2000 a.C. e, desde então, tem sido empregado para fabricar recipientes de uso doméstico, objetos decorativos e ornamentais, como jóias (ver Vidro (arte).  

Moldagem

Este processo, conhecido já na Antigüidade, consiste em despejar a massa vítrea em moldes e deixar que resfrie e se solidifique. Atualmente, existem processos de moldagem por centrifugação, em que a massa vítrea é impelida contra as faces de um molde que gira a grande velocidade. Por sua capacidade para moldar formas precisas e leves, a moldagem por centrifugação é usada, por exemplo, na produção dos tubos de imagens dos aparelhos de televisão.  

Sopro  

Durante a segunda metade do século I a.C., foi desenvolvido no Oriente Médio, na costa fenícia, o procedimento de soprar o vidro e expandí-lo para obter todo tipo de forma. Essa técnica difundiu-se logo em seguida e transformou-se no método comum para moldar vasilhas até o século XIX. O elemento fundamental consiste num tubo de ferro de 1,20 m de comprimento, com uma boquilha em uma das extremidades. O artesão pega uma pequena quantidade da massa vítrea com a extremidade do tubo e lhe dá uma forma mais ou menos cilíndrica, fazendo-a girar sobre uma chapa de ferro fundido que, por sua vez, a resfria um pouco. Depois começa a soprar no tubo para formar uma bolha na massa vítrea e obter a forma e a espessura desejadas, moldando e reaquecendo constantemente a massa junto à porta do forno. Para obter formas mais refinadas, são utilizadas ferramentas simples, como tesouras, pinças e espátulas. Também podem ser usados moldes. É possível incorporar peças adicionais para formar bicos, asas, pés e outros desenhos decorativos. Para dar um toque de cor a uma bolha, esta é mergulhada numa fusão vítrea de outra cor. Em 1903, foi inventada uma máquina de sopro automática.  

Prensagem

Na Antigüidade era utilizada a prensagem para que o vidro fundido aderisse bem ao molde. Os artesãos árabes usavam simples prensas manuais para fabricar pesos e selos de vidro. Os fabricantes europeus redescobriram essa técnica no fim do século XVIII e a aplicaram à produção de tampas de garrafas, bases de copos e cálices e outras peças. Na década de 1820, foram patenteados os primeiros sistemas de prensagem totalmente mecânicos. Consistiam em despejar o vidro fundido num molde. O vidro, prensado por um êmbolo, adquiria sua forma final. Tanto o molde como o êmbolo podiam ter desenhos que ficavam gravados na peça.  

Estiramento

O vidro fundido pode ser estirado no forno para obter tubos, lâminas e varetas com um corte uniforme. Os tubos são fabricados estirando-se uma massa cilíndrica de vidro semifluido ao mesmo tempo que se aplica um jato de ar no centro do cilindro.  

Laminagem

No início, as lâminas de vidro e, sobretudo, as vidraças, eram obtidas mediante o despejo de vidro fundido em uma superfície plana, efetuando um posterior alisamento com rolo e um polimento por ambas as faces. Hoje são fabricadas com o auxílio de um rolo laminador duplo que as alisa continuamente.  

Recozimento

Depois de receber forma, o objeto de vidro passa por um recozimento, que elimina as tensões que possam ter aparecido durante o resfriamento. Essas tensões internas são eliminadas reaquecendo o vidro a uma temperatura muito alta e resfriando-o depois muito lentamente para evitar novas tensões. As tensões também podem ser provocadas para conferir maior resistência ao objeto. Como o vidro se quebra pelas tensões longitudinais originadas por uma pequena arranhadura da superfície, existe a solução de comprimí-la, aumentando a quantidade de tensão longitudinal a que o vidro pode resistir sem se quebrar. O vidro é aquecido até um estado quase plástico e depois é resfriado, rapidamente, com um jato de ar ou o mergulho num líquido. A superfície fica dura imediatamente; a contração subseqüente das partes internas, que se resfriam mais lentamente, exerce a compressão. Com esse método, podem ser obtidas compressões da superfície de peças muito grossas, até 2.460 kg por centímetro quadrado. Também têm sido desenvolvidos métodos químicos para aumentar a resistência: processos de troca de íons alteram a composição ou estrutura da superfície do vidro. Pode-se obter uma resistência superior a 7.000 kg/cm2 mediante métodos químicos.  

Vidro de janelas  

O vidro para as janelas é utilizado desde o século I d.C. e, inicialmente, era elaborado por moldagem ou sopro de cilindros ocos, que depois se cortavam e expandiam até formar uma lâmina. O processo do vidro de coroa é posterior e consistia no sopro e moldagem da massa vítrea para transformá-la em um globo esmagado ou coroa. Depois, a parte plana era apoiada numa base e o tubo de soprar era retirado. O orifício deixado pelo tubo era aumentado pela centrifugação da coroa reaquecida sobre a base, ampliando-se até todo o material se transformar numa grande lâmina circular. Depois retirava-se a base, que deixava uma marca. Hoje, quase todos os vidros de janela são feitos a máquina, mediante o procedimento do estiramento vertical da massa vítrea procedente de um forno de fusão. No procedimento Foucault, a lâmina de vidro é estirada através de um cilindro refratário colocado sob a cuba de vidro. Depois é levada a uma câmara de recozimento vertical e, finalmente, emerge num andar superior, onde é cortada em folhas.  

Vidraças

O vidro comum de janela não tem espessura uniforme por causa do seu processo de fabricação. Essas variações de espessura distorcem a visão dos objetos através das folhas de vidro.O método tradicional para resolver esses defeitos foi utilizar vidro esmerilhado e polido. A vidraça foi produzida pela primeira vez em Saint Gobain, França, em 1668: o vidro fundido era despejado numa mesa de ferro e alisado depois com um rolo. Após um recozimento, recebia o acabamento com o polimento de ambas as faces. Hoje as vidraças são fabricadas mediante um alisamento contínuo com um rolo laminador duplo e, depois, passam pelo recozimento.  

Vidros laminados sem polir

que costumam apresentar superfícies com desenhos realizados a partir de esboços gravados nos rolos, são usados na construção de edifícios. Nos vidros de rede metálica, a rede é introduzida no vidro fundido antes deste passar entre os rolos aminadores. São usados para evitar que o vidro fique estilhaçado quando quebra. O vidro não estilhaçável ou de segurança, utilizado nos pára-brisas dos carros (ver Indústria automobilística), é composto de duas placas de vidro aderidas hermeticamente a um plástico colocado entre elas, o qual retém os cacos em caso de quebra.  

Garrafas e frascos

As garrafas, as embalagens de cosméticos e outros recipientes de vidro são produzidos por um processo automático que combina a prensagem (para a formação da boca do recipiente) e o sopro (para a formação do interior do recipiente). O processo automático típico de fabricação de garrafas por sopro é o seguinte: despeja-se um pouco de vidro fundido num molde estreito e invertido e se faz pressão com ar contra o fundo do molde, que corresponderá ao gargalo da garrafa. Depois é aplicado um defletor sobre a parte superior do molde. Uma injeção de ar que entra pela parte inferior, através do gargalo, produz parte da garrafa. A garrafa semipronta, chamada esboço, é transportada pelo gargalo; depois é virada e depositada em outro molde, onde recebe um sopro que lhe dá a forma definitiva. Em outro tipo de máquina, utilizada para recipientes de boca larga, o esboço é prensado dentro do molde com um êmbolo, antes de ser soprado no molde definitivo. Os frascos pouco fundos, como os potes usados para cosméticos, são feitos por prensagem.  

Vidro óptico

A maior parte das lentes dos óculos, microscópios, telescópios, câmeras e instrumentos ópticos é feita com vidro óptico. O vidro óptico é diferente de outros vidros por sua maneira de refratar a luz. A fabricação desse tipo de vidro é uma operação delicada. A matéria-prima deve ter grande pureza e ser manipulada com muito cuidado para que não haja nenhuma imperfeição durante o processo. Qualquer bolha de ar, embora pequena, ou qualquer partícula não vitrificada causariam uma distorção na superfície da lente, o mesmo que acontece quando aparecem estrias por não haver homogeneidade química ou quando o recozimento é inadequado.Inicialmente, o vidro óptico era fundido em cadinhos durante longos períodos de tempo, em que devia ser remexido sem parar com uma vareta refratária. Após um recozimento longo, o vidro quebrava. As melhores seções eram reduzidas mais ainda, reaquecidas e pressionadas até adquirirem a forma desejada. Nos últimos anos, foi adotado um novo método para a fabricação contínua de vidro em cadinhos revestidos de platina, com varetas protegidas com o mesmo metal, nas câmaras cilíndricas de acabamento (ou homogeneizadores). Por esse processo se consegue maior quantidade de vidro óptico, mais barato e de qualidade superior à obtida com o método anterior. Cada vez é mais utilizado o plástico ao invés do vidro óptico para as lentes simples. Embora o primeiro não seja tão duradouro, nem tenha tanta resistência a arranhões quanto o segundo, é mais forte, mais leve e pode absorver tintas coloridas.  

Vidro fotossensível

O vidro fotossensível é parecido com a película fotográfica, em que os íons de ouro ou prata do material reagem à luz. É utilizado em processos de impressão e reprodução. Um tratamento de calor depois de uma exposição à luz produz mudanças permanentes no vidro fotossensível.  

O vidro fotocrômico  

fica escuro por exposição à luz, mas recupera sua claridade original quando a luz desaparece. Isso se consegue mediante a ação da luz sobre cristais muito pequenos de cloreto ou brometo de prata, distribuídos no vidro. É utilizado para fabricar lentes ou óculos que escurecem ou ficam mais claros quer sejam expostos ao sol ou não. Também é empregado em equipamentos eletrônicos.  

Cerâmica de vidro  

Os vidros que contêm alguns metais formam uma cristalização localizada quando expostos à radiação ultravioleta. Se são submetidos a altas temperaturas, obtém-se uma cerâmica cristalina com resistência mecânica e propriedades isolantes de eletricidade maiores que as do vidro comum. Essa cerâmica é empregada atualmente para cozinhar e como peças de proteção térmica em foguetes e naves espaciais. Outros vidros metálicos — incluídas as ligações de metais puros — podem ser magnetizados. Além disso, são fortes, flexíveis e muito úteis nos transformadores elétricos de alto rendimento.  

Fibras de vidro  

É possível obter fibras capazes de serem tecidas ou transformadas em feltro, como se fossem fibras têxteis, expandindo-se o vidro fundido até obter filamentos com diâmetro de poucos milésimos de milímetro. Também é possível obter um fio contínuo de filamento múltiplo, bem como fibrilas curtas, de 25 a 30 cm de comprimento. Com as fibras de vidro podem ser feitos tecidos para roupa e tapeçaria excelente pela sua estabilidade química, força e resistência ao fogo e à água. Sós ou combinadas com resinas, são bons isolantes elétricos. Se uma fibra de vidro é misturada com plástico, obtém-se um composto que combina a resistência e a inércia do vidro com a resistência ao impacto do plástico.  

O tijolo prensado de vidro 

é um bloco de construção que tem as faces acanaladas ou com outros desenhos. Pode ser colocado com argamassa e utilizado para paredes exteriores ou para divisórias em ambientes internos de prédios.  

A espuma de vidro,

utilizada em flutuadores ou como isolante, é obtida pelo acréscimo de um agente espumoso ao vidro moído muito fino. A mistura é aquecida até uma temperatura em que os agentes espumosos soltam um gás que produz inúmeras pequenas bolhas dentro do vidro.  

A fibra óptica  

Na década de 1950, foi desenvolvida a fibra óptica, que tem muitas aplicações na pesquisa científica, na medicina e na indústria. Os filamentos de vidro de alto índice refratário, dispostos paralelamente e separados por finas camadas de cristal de baixo índice refratário, podem ser submetidos a técnicas ópticas para a obtenção de lentes. Os fibroscópios, formados por feixes de fibras ópticas, podem transmitir uma imagem através de ângulos agudos, facilitando a observação de lugares normalmente inacessíveis. A aplicação da fibra óptica sólida em lentes redutoras, lentes de aumento e placas também ajuda a melhorar a visão. A fibra óptica, utilizada junto com o laser, tem sido fundamental para o desenvolvimento dos sistemas de comunicação (ver Telefone). Na década de 1970, foi descoberto um novo tipo de vidro chamado halogênico, também de enorme utilidade no mesmo campo. É composto de um halogênio, como o flúor, combinado com um metal pesado, como o zircônio, o bário ou o háfnio.  

O vidro laser 

tem uma alta porcentagem de óxido de neodímio e é capaz de emitir luz laser se for introduzido num dispositivo adequado. É considerado boa fonte de laser, pela relativa facilidade com que podem ser obtidas grandes quantidades de amostras de vidro de muita potência.  

As células de cristal duplo 

são unidades compostas por duas placas de vidro de janela ou vidraça unidas pelas bordas, e com ar entre elas. Para sua elaboração, são utilizados vários tipos de materiais de vedação e proteção. Excelentes isolantes térmicos para janelas, não se embaçam com a umidade.  

Na década de 1980, na Universidade da Flórida, foi desenvolvido um método para fabricar grandes estruturas de vidro que não precisam de altas temperaturas. Conhecida como sol-gel, a técnica consiste em misturar água com uma substância química como o tetrametoxilano para produzir um polímero de óxido silícico. Um aditivo químico retarda o processo de condensação e permite que o polímero se construa de maneira uniforme. Essa técnica é muito útil na fabricação de vidros de formas complexas e de grande tamanho, com propriedades específicas.  

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