El vidrio templado o endurecido es un tipo de vidrio de seguridad procesado mediante tratamientos químicos o térmicos controlados para aumentar su resistencia en comparación con el vidrio normal. El templado somete las superficies externas a compresión y las internas a tensión . Estas tensiones hacen que el vidrio, cuando se rompe, se haga añicos en pequeños trozos granulares en lugar de astillarse en grandes fragmentos irregulares como lo hace el vidrio recocido común . Estos trozos granulares más pequeños tienen menos probabilidades de causar una penetración profunda cuando se fuerzan en la superficie de un objeto (por ejemplo, por la gravedad, por el viento, al caer sobre ellos, etc.) en comparación con los fragmentos irregulares más grandes porque la reducción tanto de la masa como de la dimensión máxima de un fragmento de vidrio se corresponde con una reducción tanto del momento como de la profundidad de penetración del fragmento de vidrio.
El vidrio templado se utiliza por su seguridad y resistencia en una variedad de aplicaciones, incluidas las ventanas de vehículos de pasajeros (aparte del parabrisas), puertas de ducha, acuarios, puertas y mesas de vidrio arquitectónico, bandejas de refrigeradores, protectores de pantalla de teléfonos móviles, componentes de vidrio a prueba de balas , máscaras de buceo y platos y utensilios de cocina.
El vidrio templado es aproximadamente cuatro veces más fuerte que el vidrio recocido. [1] [2] La contracción más rápida de la capa exterior durante la fabricación induce tensiones de compresión en la superficie del vidrio equilibradas por tensiones de tracción en el cuerpo del vidrio. El vidrio totalmente templado de 6 mm de espesor debe tener una compresión superficial mínima de 69 MPa (10 000 psi) o una compresión de borde de no menos de 67 MPa (9 700 psi). [3] Para que se considere vidrio de seguridad , la tensión de compresión superficial debe superar los 100 megapascales (15 000 psi). Como resultado de la mayor tensión superficial, cuando se rompe, el vidrio se rompe en pequeños trozos redondeados en lugar de fragmentos afilados e irregulares.
Las tensiones superficiales de compresión confieren al vidrio templado una mayor resistencia. El vidrio recocido casi no tiene tensiones internas y suele formar grietas microscópicas en su superficie. La tensión aplicada al vidrio puede provocar la propagación de grietas que, una vez iniciadas, concentran la tensión en la punta de la grieta, lo que impulsa la propagación de la grieta a velocidades muy altas. [ cita requerida ] En consecuencia, el vidrio recocido es frágil y se rompe en pedazos irregulares y afilados. [4] Las tensiones de compresión en la superficie del vidrio templado contienen defectos, lo que impide su propagación o expansión.
Cualquier corte o pulido debe realizarse antes del templado. Los cortes, pulidos e impactos fuertes después del templado pueden provocar la fractura del vidrio.
El patrón de tensión resultante del templado se puede observar mirando a través de un polarizador óptico , como un par de gafas de sol polarizadas.
El vidrio templado se utiliza cuando la resistencia, la resistencia térmica y la seguridad son consideraciones importantes. Los vehículos de pasajeros, por ejemplo, tienen los tres requisitos. Dado que se almacenan al aire libre, están sujetos a un calentamiento y enfriamiento constantes, así como a cambios drásticos de temperatura durante todo el año. Además, deben soportar pequeños impactos de escombros de la carretera , como piedras, así como accidentes de carretera. Debido a que los fragmentos de vidrio grandes y afilados presentarían un peligro adicional e inaceptable para los pasajeros, se utiliza vidrio templado para que, si se rompen, los pedazos sean romos y en su mayoría inofensivos. En cambio, el parabrisas o parabrisas está hecho de vidrio laminado , que no se romperá en pedazos cuando se rompa, mientras que las ventanas laterales y el parabrisas trasero históricamente han estado hechos de vidrio templado. Algunos vehículos de lujo más nuevos tienen ventanas laterales laminadas para cumplir con las regulaciones de retención de ocupación, fines antirrobo o fines de insonorización.
Otras aplicaciones típicas del vidrio templado incluyen:
El vidrio templado también se utiliza en edificios para ensamblajes sin marco (como puertas de vidrio sin marco), aplicaciones con carga estructural y cualquier otra aplicación que se vuelva peligrosa en caso de impacto humano. Los códigos de construcción en los Estados Unidos requieren vidrio templado o laminado en varias situaciones, incluidos algunos tragaluces, vidrio instalado cerca de puertas y escaleras, ventanas grandes, ventanas que se extienden cerca del nivel del piso, puertas corredizas, ascensores, paneles de acceso del departamento de bomberos y vidrio instalado cerca de piscinas. [5]
El vidrio templado también se utiliza en el hogar. Algunos muebles y electrodomésticos comunes que utilizan vidrio templado son las puertas de ducha sin marco, las encimeras de vidrio, los estantes de vidrio, el vidrio para gabinetes y el vidrio para chimeneas.
El término "templado en el borde" indica que se templa una zona limitada, como el borde del vaso o del plato, y es muy común en el sector de la restauración. También existen variantes totalmente templadas para lograr mayor resistencia y resistencia al choque térmico. Algunos países especifican requisitos al respecto.
El vidrio templado también ha aumentado su uso en bares y pubs, particularmente en el Reino Unido y Australia, para evitar que el vidrio roto se utilice como arma . [6] [7]
Algunos tipos de vidrio templado se utilizan para cocinar y hornear . Entre los fabricantes y marcas se incluyen Glasslock, Pyrex , Corelle y Arc International . Este es también el tipo de vidrio que se utiliza para las puertas de los hornos.
La mayoría de los dispositivos móviles con pantalla táctil utilizan algún tipo de vidrio templado (como Gorilla Glass de Corning ), pero también hay protectores de pantalla templados separados para dispositivos de pantalla táctil que se venden como accesorio. [8]
El vidrio templado se puede fabricar a partir de vidrio recocido mediante un proceso de templado térmico. El vidrio se coloca sobre una mesa de rodillos y pasa por un horno que lo calienta muy por encima de su temperatura de transición de 564 °C (1047 °F) hasta aproximadamente 620 °C (1148 °F). Luego, el vidrio se enfría rápidamente con corrientes de aire forzado mientras que la parte interna permanece libre para fluir durante un breve tiempo.
Un proceso alternativo de endurecimiento químico consiste en forzar una capa superficial de vidrio de al menos 0,1 mm de espesor a la compresión mediante el intercambio iónico de los iones de sodio en la superficie del vidrio con iones de potasio (que son un 30% más grandes), mediante la inmersión del vidrio en un baño de nitrato de potasio fundido . El endurecimiento químico da como resultado una mayor tenacidad en comparación con el templado térmico y se puede aplicar a objetos de vidrio de formas complejas. [9]
El vidrio templado debe cortarse a medida o prensarse para darle forma antes de templarlo y no se puede volver a trabajar una vez templado. El pulido de los bordes o la perforación de orificios en el vidrio se lleva a cabo antes de comenzar el proceso de templado. Debido a las tensiones equilibradas en el vidrio, cualquier daño en cualquier parte eventualmente resultará en que el vidrio se rompa en pedazos del tamaño de una uña. El vidrio es más susceptible a romperse debido al daño en su borde, donde la tensión de tracción es mayor, pero también puede romperse en caso de un impacto fuerte en el medio del panel de vidrio o si el impacto es concentrado (por ejemplo, el vidrio es golpeado con una punta endurecida).
El uso de vidrio templado puede representar un riesgo de seguridad en algunas situaciones debido a la tendencia del vidrio a romperse completamente ante un impacto fuerte en lugar de dejar fragmentos en el marco de la ventana. [10]
La superficie del vidrio templado presenta ondas superficiales causadas por el contacto con rodillos aplanadores, si se ha formado mediante este proceso. Esta ondulación es un problema importante en la fabricación de células solares de película fina. [11] El proceso de vidrio flotado se puede utilizar para proporcionar láminas de baja distorsión con superficies muy planas y paralelas como una alternativa para diferentes aplicaciones de acristalamiento. [12]
La rotura espontánea de vidrio es un fenómeno por el cual el vidrio templado puede romperse espontáneamente sin ninguna razón aparente. Las causas más comunes son: [13] [14]
Cualquier problema de rotura tiene consecuencias más graves cuando el vidrio está instalado en alturas o en áreas públicas (como en edificios de gran altura). Se puede aplicar una película de seguridad a los paneles de vidrio templado para protegerlos de su caída. Una precaución antigua era instalar mamparas metálicas debajo de los tragaluces.
A Francois Barthelemy Alfred Royer de la Bastie (1830-1901), de París, Francia, se le atribuye el desarrollo de un método para templar el vidrio [16] enfriando el vidrio casi fundido en un baño caliente de aceite o grasa en 1874, método patentado en Inglaterra el 12 de agosto de 1874, número de patente 2783. El vidrio templado a veces se conoce como vidrio Bastie en honor a De la Bastie. En 1877, el alemán Friedrich Siemens desarrolló un proceso diferente, a veces llamado vidrio comprimido o vidrio Siemens, que producía un vidrio templado más fuerte que el proceso Bastie al presionar el vidrio en moldes fríos. [17] La primera patente sobre un proceso completo para fabricar vidrio templado la tuvo el químico Rudolph A. Seiden , que nació en 1900 en Austria y emigró a los Estados Unidos en 1935. [18]
Aunque en aquella época no se conocía el mecanismo subyacente, los efectos del "templado" del vidrio se conocen desde hace siglos. Hacia 1660, el príncipe Ruperto del Rin comunicó al rey Carlos II el descubrimiento de lo que hoy se conoce como " gotas del príncipe Ruperto " . Se trata de trozos de vidrio con forma de lágrima que se producen dejando caer una gota de vidrio fundido en un cubo de agua, con lo que se enfría rápidamente. Pueden soportar un golpe de martillo en el extremo bulboso sin romperse, pero las gotas se desintegrarán explosivamente y se convertirán en polvo si el extremo de la cola se daña incluso ligeramente.
Sin embargo, el valor de seguridad del vidrio templado es cuestionable. Aunque resistirá un ladrillo o una piedra, es susceptible a instrumentos afilados como picahielos o destornilladores. Cuando se lo ataca de esta manera, el vidrio templado tiende a arrugarse fácil y silenciosamente, sin dejar bordes afilados.
{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )Consultado el 28 de febrero de 2015.