El vidrio laminado es un tipo de vidrio de seguridad que consta de dos o más capas de vidrio con una o más capas intermedias de polímero delgadas entre ellas que evitan que el vidrio se rompa en pedazos grandes y afilados. [1] La rotura produce un patrón característico de agrietamiento en "tela de araña" (grietas radiales y concéntricas) cuando el impacto no es suficiente para perforar completamente el vidrio. [2]
El vidrio laminado se utiliza para la arquitectura , el acristalamiento , la seguridad de los automóviles , la energía fotovoltaica , la protección contra los rayos UV y la expresión artística. [1] El uso más común del vidrio laminado es en parabrisas de automóviles y tragaluces. En áreas geográficas que requieren una construcción resistente a huracanes, el vidrio laminado se utiliza a menudo en escaparates exteriores, muros cortina y ventanas . El vidrio laminado también se utiliza para aumentar la clasificación de aislamiento acústico de una ventana, porque mejora significativamente la atenuación del sonido en comparación con los paneles de vidrio monolíticos del mismo espesor.
La capa intermedia suele ser de polivinil butiral (PVB), etileno-acetato de vinilo (EVA), polímeros ionoplásticos, resina líquida colada en el lugar (CIP) o poliuretano termoplástico (TPU). [1] Una propiedad adicional del vidrio laminado para ventanas es que una capa intermedia adecuada de TPU, PVB o EVA puede bloquear casi toda la radiación ultravioleta. Un EVA termoendurecible, por ejemplo, puede bloquear hasta el 99,9% de todos los rayos UV. [3] El EVA termoendurecible ofrece una unión completa ( reticulación ) con el material, ya sea vidrio, policarbonato (PC) u otros tipos de productos. Para el aislamiento acústico, si se utiliza EVA o TPU, no se requiere material acústico adicional; [4] [5] si se utiliza PVB, se utiliza un compuesto de PVB acústico especial.
En 1902, la corporación francesa Le Carbone obtuvo una patente para recubrir objetos de vidrio con celuloide para hacerlos menos susceptibles a agrietarse o romperse. [6]
El vidrio laminado fue inventado en 1903 por el químico francés Édouard Bénédictus (1878-1930), inspirado por un accidente de laboratorio: un frasco de vidrio se había recubierto con el plástico nitrato de celulosa y, al caer, se rompió, pero no se rompió en pedazos. [7] En 1909, Bénédictus presentó una patente, después de enterarse de un accidente automovilístico en el que dos mujeres resultaron gravemente heridas por restos de vidrio. [8] [9] En 1911, formó la Société du Verre Triplex , que fabricó un compuesto de vidrio y plástico para reducir las lesiones en accidentes automovilísticos . [10] La producción de vidrio Triplex era lenta y minuciosa, por lo que era costoso; no fue adoptado de inmediato por los fabricantes de automóviles , pero el vidrio laminado se usó ampliamente en los oculares de las máscaras de gas durante la Primera Guerra Mundial . En 1912, el proceso fue licenciado a la empresa inglesa Triplex Safety Glass Company. Posteriormente, en Estados Unidos, tanto Libbey-Owens-Ford como Du Pont con Pittsburgh Plate Glass produjeron vidrio Triplex. [11]
Mientras tanto, en 1905, John Crewe Wood, un abogado de Swindon, Wiltshire, Inglaterra, patentó un vidrio laminado para su uso en parabrisas. Las capas de vidrio se unían entre sí mediante bálsamo de Canadá . [12] En 1906, fundó la Safety Motor Screen Company para producir y vender su producto. [13]
En 1927, los químicos canadienses Howard W. Matheson y Frederick W. Skirrow inventaron el plástico polivinil butiral (PVB). [14] En 1936, las empresas estadounidenses habían descubierto que el "vidrio de seguridad" laminado, que consistía en una capa de PVB entre dos capas de vidrio, no se decoloraba y no se perforaba fácilmente en caso de accidente. En cinco años, el nuevo vidrio de seguridad había reemplazado sustancialmente a su predecesor. [15] [16]
En la Ley de Tráfico por Carretera de 1930 , el Parlamento británico exigió que los automóviles nuevos tuvieran parabrisas de vidrio de seguridad, [17] pero no exigió específicamente vidrio laminado.
En 1939, se utilizaban anualmente 56.000 m2 (600.000 pies cuadrados ) de vidrio de seguridad fabricado por British Indestructo Glass, Ltd. de Londres [18] en vehículos producidos en las instalaciones de Ford Motor Company en Dagenham, Inglaterra . [18] Se eligió el vidrio de seguridad "Indestructo" porque "ofrece la protección más completa. Además de ser a prueba de astillas, es transparente y permanentemente no se decolora". [18] Esta cita alude a problemas que impidieron un uso más amplio del vidrio laminado anteriormente.
Un laminado típico es de vidrio de 2,5 mm, una capa intermedia de 0,38 mm y un vidrio de 2,5 mm. Esto da como resultado un producto final que se denomina vidrio laminado de 5,38 mm (0,212 pulgadas). [19]
La resistencia se puede aumentar con múltiples laminados y vidrio más grueso. El vidrio resistente a las balas , un tipo de vidrio laminado, generalmente se construye utilizando policarbonato , materiales termoplásticos , EVA termoendurecible y capas de vidrio laminado. [20] En los automóviles, el panel de vidrio laminado tiene alrededor de 6,5 mm (0,26 pulgadas) de espesor, en comparación con el vidrio de los aviones que es tres veces más grueso. [21] En los aviones de pasajeros, en las ventanas de la cabina delantera y lateral, a menudo hay tres capas de vidrio templado de 4 mm con PVB de 2,6 mm de espesor entre ellas. [ cita requerida ] Este es uno de los maquillajes utilizados para las ventanas laterales de la cabina del Boeing 747. [ cita requerida ] Los parabrisas de presión delantera Aérospatiale/BAC Concorde tenían 7 capas, 4 de vidrio y 3 de PVB para un espesor total de 38 mm (1,5 pulgadas). [ cita requerida ] Para aumentar la atenuación del sonido a través del vidrio laminado para niveles de sonido extremos, es más eficaz utilizar una combinación de espesores de vidrio de 3 mm, 4 mm, 5 mm y 6 mm. [22]
El vidrio laminado moderno se produce uniendo dos o más capas de vidrio recocido o templado ordinario junto con una capa intermedia de plástico, generalmente polivinil butiral (PVB), poliuretano termoplástico (TPU) o etileno-acetato de vinilo (EVA reticulado). La capa intermedia está destinada a mejorar las propiedades mecánicas, como la resistencia al impacto, la tenacidad a la fractura y los modos de falla. [1] La capa intermedia de plástico está intercalada con el vidrio, que luego pasa a través de una serie de rodillos o sistemas de envasado al vacío para expulsar cualquier bolsa de aire. Luego, el conjunto se calienta para la fusión inicial y se calienta nuevamente bajo presión en un autoclave (horno) para lograr el producto unido final (completamente reticulado en el caso del EVA termoendurecible). El tinte en la parte superior de algunos parabrisas de automóviles está en el PVB. Para obtener un vidrio coloreado , se pueden combinar películas de PC coloreadas con el material EVA termoendurecible durante el proceso de laminación .
La impresión digital ahora está disponible para aplicaciones arquitectónicas, ya sea imprimiendo directamente sobre el vidrio y luego laminándolo, o imprimiendo directamente sobre el PVB, como es el caso del proceso SentryGlas Expressions, de marca registrada de Dupont. [ cita requerida ] Las imágenes CMYK completas se pueden imprimir en la capa intermedia antes del proceso de autoclave y presentan representaciones translúcidas vívidas. Este proceso se ha vuelto popular en las industrias de la arquitectura, el diseño de interiores y la señalización. [ cita requerida ]
Una vez que un EVA termoendurecible se lamina correctamente, el vidrio se puede presentar sin marco. No debería haber infiltración de agua/humedad, muy poca decoloración y ninguna delaminación debido al alto nivel de unión (reticulación). [5] Los desarrollos más recientes han aumentado la familia de termoplásticos para la laminación de vidrio. Además del PVB, otros materiales termoplásticos importantes para la laminación de vidrio en la actualidad son el etileno-acetato de vinilo (EVA), [23] el EVA termoendurecible, [24] y el poliuretano termoplástico (TPU). [25] La adhesión del TPU no solo es alta al vidrio, sino también a las capas intermedias poliméricas.
El vidrio laminado también se utiliza a veces en esculturas de vidrio y se utiliza ampliamente en aplicaciones arquitectónicas. Además, el vidrio laminado tiene aplicaciones en la fabricación de vidrio a prueba de balas , vidrio a prueba de penetración, escaleras, techos, pisos, marquesinas y vigas. [26]
Desde 2004, las capas intermedias de tereftalato de polietileno (PET) metalizado y electroconductor se utilizan como sustrato para diodos emisores de luz (LED) y se laminan sobre o entre vidrios. Se pueden agregar capas intermedias de colores para proporcionar un color transparente permanente a un panel de vidrio laminado. También se puede agregar una capa intermedia conmutable para crear un panel que puede ser transparente cuando pasa una pequeña corriente eléctrica a través de la capa intermedia y opaco cuando se corta la corriente.
Para el vidrio LED, las capas son:
En el caso del vidrio laminado, la resistencia y la seguridad posteriores a la rotura son los aspectos más importantes a la hora de analizar su rendimiento. [27] La interacción entre el vidrio y su capa intermedia determina la falla de los paneles. [27] Al probar el rendimiento del vidrio laminado, el panel se somete a una carga de impacto y flexión, donde el material de la capa intermedia transfiere la tensión de corte al vidrio. [26] La rigidez de la capa intermedia determinará la rigidez general a la flexión del panel de vidrio laminado. [26] El vidrio laminado falla debido a la falla cohesiva de la capa intermedia y/o la conectividad entre el panel y la capa intermedia. [27] La falla de la capa intermedia puede ocurrir cuando el material de la capa intermedia es dúctil (a temperatura ambiente) o frágil y rígido (cuando se trabaja por debajo de la temperatura de transición vítrea ). [27]
Los principales beneficios del vidrio laminado son: mayor seguridad, reducción de emisiones, reducción de la contaminación acústica y protección durante desastres naturales. [28] El vidrio laminado aumenta la seguridad de las personas durante los accidentes de vehículos, ya que su parabrisas permanecerá intacto, evitando que los fragmentos de vidrio lastimen a los pasajeros. Para la seguridad, el vidrio laminado es difícil de romper, lo que evita la presencia de intrusos. El vidrio laminado también puede reducir el calor del sol, permitir que los interiores de los edificios se mantengan frescos y reducir el consumo de energía. Dependiendo de su espesor, el vidrio laminado puede reducir la contaminación acústica procedente del exterior. En desastres naturales como huracanes o terremotos, el vidrio laminado permanecerá intacto y reducirá las posibles lesiones y muertes.
Las capas intermedias de plástico en el vidrio laminado dificultan su corte. Existe una práctica peligrosa de cortar ambos lados por separado, vertiendo un líquido inflamable, como alcohol desnaturalizado, en la grieta y encendiéndolo para derretir la capa intermedia y separar las piezas. [ cita requerida ] En 2005, la Dirección de Salud y Seguridad del Gobierno del Reino Unido recomendó los siguientes métodos más seguros : [29]
El corte de vidrio laminado requiere un procedimiento de rayado diferente, ya que el vidrio tiene resistencia a la fractura. [30] El vidrio laminado se puede romper a través de roturas, que dependen de la distancia entre el borde del vidrio y su raya. Las roturas más comunes para el vidrio laminado son la rotura por presión, la rotura por ajuste, la rotura por mesa, la rotura por golpe y la rotura por alicates. [30] Las roturas por presión, destinadas a las rayaduras que están a más de 12 pulgadas del borde, dan vuelta el vidrio sobre una superficie de mesa con la raya hacia abajo. Se aplicaría presión en ambos lados de la raya hasta que el panel de vidrio se rompa. La rotura por ajuste, destinada a las rayaduras entre 4 y 6 pulgadas del borde, implica el uso de las yemas de los dedos para propagar la rotura a lo largo de la línea de la raya. [30] La rotura por mesa, recomendada para vidrios con al menos 12 a 18 pulgadas desde el borde, utiliza el borde de la mesa para romper la raya. Para las rayaduras cercanas al borde, se recomienda la rotura por golpe a expensas de un efecto festoneado en el borde del vidrio. Para este tipo de rotura, se utilizan alicates de mandíbulas caídas o alicates para vidrio para romper el vidrio a lo largo de la marca. Para marcas menores a 1/2 a 1 pulgada del borde, los alicates para romper utilizan alicates para ejercer presión hacia abajo sobre el vidrio, rompiendo la marca en un ángulo.
Después de cortar los paneles de vidrio laminado, existen diferentes formas de separar la capa intermedia. Los métodos más comunes son fundirla y cortarla. [30] Antes, los vidrieros solían utilizar alcohol desnaturalizado para fundir la capa de polivinil butiral (PVB), sin embargo, este método resultó ser peligroso ya que el alcohol es inflamable. Una alternativa más segura es fundir la capa de laminación de PVB con una pistola de calor. Una vez que se funde la capa intermedia, la separación se corta utilizando una hoja de afeitar de un solo filo o una hoja de cinta métrica. [30] Con la hoja, se acariciaría la ranura y se cortaría el PVB hasta que el vidrio se separe por completo de la capa intermedia.
Según la Asociación Nacional de Reparación de Parabrisas de los Estados Unidos, es posible reparar el vidrio laminado en caso de daños menores por impacto mediante un proceso que implica perforar el vidrio fracturado para llegar a la capa de laminación. Se inyecta una resina adhesiva transparente especial bajo presión y luego se cura con luz ultravioleta. Cuando se hace correctamente, la resistencia y la claridad se restauran lo suficiente para la mayoría de los fines relacionados con la seguridad. El proceso se utiliza ampliamente para reparar parabrisas de automóviles industriales de gran tamaño donde el daño no interfiere con la visión del conductor. [31]
En la mayoría de los países europeos, la eliminación de residuos de vidrio laminado ya no está permitida en vertederos, ya que se ha implementado la Directiva sobre vehículos al final de su vida útil (VFU). Si bien el material de la capa intermedia no se puede reciclar fácilmente, se han realizado investigaciones para reciclar la capa intermedia mediante procesos mecánicos y utilizarlos en otras aplicaciones. Un estudio de la Universidad de Surrey y Pilkington Glass propone que el vidrio laminado de desecho se coloque en un dispositivo de separación, como un laminador, donde el vidrio se fragmenta y el vidrio más grande se separa mecánicamente de la película interior. La aplicación de calor luego funde el plástico laminado, generalmente polivinil butiral (PVB), lo que permite reciclar tanto el vidrio como la película interior. El proceso de reciclaje de PVB es un procedimiento simple de fundirlo y remodelarlo. [32] Sin embargo, el PVB reciclado tendrá variaciones en la estructura y propiedades de resistencia inferiores a las del polímero original. [26] Además, el TPU es fácil de reciclar como todos los plásticos no reticulados.
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