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 delgadas de polímero entre ellas que evitan que el vidrio se rompa en pedazos grandes y afilados. [1] La rotura produce un patrón de agrietamiento característico en forma de "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 arquitectura , acristalamiento , seguridad del automóvil , energía fotovoltaica , protección UV y expresión artística. [1] El uso más común del vidrio laminado es en parabrisas de automóviles y acristalamiento de 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 el grado de aislamiento acústico de una ventana, ya que mejora significativamente la atenuación del sonido en comparación con los paneles de vidrio monolíticos del mismo espesor.
La capa intermedia suele ser de polivinilbutiral (PVB), etileno-acetato de vinilo (EVA), polímeros ionoplastos, resina líquida colada in situ (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 termoestable, por ejemplo, puede bloquear hasta el 99,9% de todos los rayos UV. [3] El EVA termoestable ofrece una unión completa ( reticulación ) con el material ya sea vidrio, policarbonato (PC) u otro tipo 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 acústico especial de PVB.
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 en un accidente de laboratorio: un matraz de vidrio había quedado recubierto con el plástico nitrato de celulosa y, al caer, se hizo añicos, 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 fabricaba un compuesto de vidrio y plástico para reducir las lesiones en accidentes automovilísticos . [10] La producción de vidrio Triplex era lenta y laboriosa, por lo que resultaba costosa; No fue ampliamente adoptado inmediatamente por los fabricantes de automóviles , pero el vidrio laminado se utilizó ampliamente en los oculares de las máscaras antigás durante la Primera Guerra Mundial . En 1912, el proceso obtuvo la licencia de la English 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 usar en parabrisas. Las capas de vidrio estaban unidas con bálsamo de Canadá . [12] En 1906, fundó 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 polivinilbutiral (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 era fácilmente penetrable durante los accidentes. En cinco años, el nuevo cristal de seguridad había sustituido sustancialmente a su predecesor. [15] [16]
En la Ley de Tráfico por Carretera de 1930 , el Parlamento británico exigía que los coches nuevos tuvieran parabrisas de cristal de seguridad, [17] pero no exigía específicamente vidrio laminado.
En 1939, 600.000 pies cuadrados (56.000 m 2 ) de vidrio de seguridad fabricado por la británica Indestructo Glass, Ltd. de Londres [18] se utilizaban anualmente en vehículos producidos en las fábricas de Ford Motor Company en Dagenham, Inglaterra . [18] Se eligió el cristal de seguridad "Indestructo" porque "ofrece la protección más completa. Además de ser resistente a astillas, es transparente y no se decolora permanentemente". [18] Esta cita alude a problemas que impidieron anteriormente un uso más amplio del vidrio laminado.
Una composición laminada típica es vidrio de 2,5 mm, capa intermedia de 0,38 mm y vidrio de 2,5 mm. Esto da un producto final al que se hace referencia como 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 balas , un tipo de vidrio laminado, generalmente se construye con policarbonato , materiales termoplásticos , EVA termoestable 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 tiene tres veces más espesor. [21] En los aviones de pasajeros, en las ventanas delanteras y laterales de la cabina, a menudo hay tres capas de vidrio templado de 4 mm con PVB de 2,6 mm de espesor entre ellas. [ cita necesaria ] Este es uno de los maquillajes utilizados para las ventanas laterales de la cabina del Boeing 747. [ cita necesaria ] Los parabrisas de presión delantera de Aérospatiale/BAC Concorde tenían 7 capas, 4 vidrios y 3 PVB para un espesor total de 38 mm (1,5 pulgadas). [ cita necesaria ] Para aumentar la atenuación del sonido a través de vidrio laminado para niveles de sonido extremos, es más efectivo usar una mezcla 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 polivinilbutiral (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 queda intercalada por el vidrio, que luego pasa a través de una serie de rodillos o sistemas de envasado al vacío para expulsar las bolsas de aire. Luego, el conjunto se calienta para obtener la masa fundida inicial y el conjunto se calienta nuevamente bajo presión en un autoclave (horno) para lograr el producto unido final (completamente reticulado en el caso del EVA termoestable). 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 termoestable durante el proceso de laminación .
La impresión digital ahora está disponible para aplicaciones arquitectónicas, ya sea imprimiendo directamente sobre el vidrio y luego laminando, o imprimiendo directamente sobre el PVB, como es el caso del proceso de marca registrada Dupont SentryGlas Expressions. [ cita necesaria ] 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 arquitectura, diseño de interiores y señalización. [ cita necesaria ]
Una vez que el EVA termoestable está correctamente laminado, el vidrio se puede presentar sin marco. No debe haber infiltración de agua/humedad, muy poca decoloración y ninguna delaminación debido al alto nivel de unión (reticulación). [5] Los nuevos desarrollos han aumentado la familia de termoplásticos para la laminación de vidrio. Además del PVB, otros materiales termoplásticos importantes para laminación de vidrio en la actualidad son el etileno-acetato de vinilo (EVA), [23] el EVA termoestable, [24] y el poliuretano termoplástico (TPU). [25] La adhesión del TPU no sólo 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 y de penetración, escaleras, tejados, 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 vidrio. 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 apaga la corriente.
Para el vidrio LED, las capas son:
Para el vidrio laminado, la resistencia post-rotura y la seguridad son lo más importante a la hora de analizar su rendimiento. [27] La interacción entre el vidrio y su capa intermedia determina el fallo de los paneles. [27] Al probar el rendimiento del vidrio laminado, el panel se somete a cargas de impacto y flexión, donde el material de la capa intermedia transfiere tensión cortante 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 de cohesión 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 quebradizo 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 accidentes vehiculares ya que su parabrisas permanecerá intacto, evitando que fragmentos de vidrio lastimen a los pasajeros. Por seguridad, el vidrio laminado es difícil de romper, lo que evita intrusos. El vidrio laminado también puede reducir el calentamiento 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 proveniente del exterior. En desastres naturales como huracanes o terremotos, el vidrio laminado permanecerá intacto y reducirá posibles lesiones y muertes.
Las capas intermedias de plástico en el vidrio laminado dificultan su corte. Existe una práctica insegura de cortar ambos lados por separado, verter un líquido inflamable como alcohol desnaturalizado en la grieta y encenderla para derretir la capa intermedia y separar las piezas. [ cita necesaria ] El Ejecutivo de Salud y Seguridad del gobierno del Reino Unido recomendó los siguientes métodos más seguros en 2005: [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 mediante roturas, lo que depende de la distancia entre el borde del vidrio y su ranura. Las roturas más comunes del vidrio laminado son la rotura por presión, la rotura por pellizco, la rotura de la mesa, la rotura del grifo y la rotura de los alicates. [30] Los descansos de presión, destinados a partituras que están a más de 12 pulgadas del borde, voltean el vaso sobre la superficie de una mesa con la partitura hacia abajo. Se aplicaría presión a ambos lados de la partitura hasta que el panel de vidrio se rompiera. Tweak break, destinado a puntuaciones entre 4 y 6 pulgadas del borde, implica el uso de las yemas de los dedos para propagar la ruptura a lo largo de la línea marcada. [30] Table Break, recomendado para vasos con al menos 12 a 18 pulgadas del borde, utiliza el borde de la mesa para romper la puntuación. Para marcas cercanas al borde, se recomienda romper el grifo a expensas del efecto festoneado en el borde del vidrio. Para este tipo de rotura, se utilizan alicates de mandíbula abatible o alicates para vidrio para romper el vidrio a lo largo de la ranura. Para puntuaciones de menos de 1/2 a 1 pulgada del borde, los alicates se usarían para ejercer presión hacia abajo sobre el vidrio, rompiendo la puntuación en ángulo.
Después de cortar los paneles de vidrio laminado, existen diferentes formas de separar la capa intermedia. Los métodos más habituales son derretirlo y cortarlo. [30] Antes, los vidrieros solían utilizar alcohol desnaturalizado para derretir la capa de polivinilbutiral (PVB); sin embargo, este método demostró ser peligroso ya que el alcohol es inflamable. Una alternativa más segura es derretir la capa laminada de PVB con una pistola de calor. Una vez que se derrite la capa intermedia, la separación se corta usando una hoja de afeitar de un solo filo o una hoja de cinta métrica. [30] Con la cuchilla, se acariciaría la ranura y se cortaría el PVB hasta que el vidrio se separe completamente de la capa intermedia.
Según la Asociación Nacional de Reparación de Parabrisas de los Estados Unidos, la reparación de vidrio laminado es posible para daños menores por impacto mediante un proceso que implica perforar el vidrio fracturado para alcanzar 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 fuerza y la claridad se restablecen lo suficiente para la mayoría de los fines relacionados con la seguridad. El proceso se utiliza ampliamente para reparar grandes parabrisas de automóviles industriales donde el daño no interfiere con la visión del conductor. [31]
La eliminación de residuos de vidrio laminado ya no está permitida en los vertederos en la mayoría de los países europeos a medida que se implementa la Directiva sobre vehículos al final de su vida útil (ELV). 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 realizado por la Universidad de Surrey y Pilkington Glass propone que los residuos de vidrio laminado se coloquen 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. Luego, la aplicación de calor funde el plástico laminado, generalmente polivinilbutiral (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 estructurales y propiedades de resistencia más bajas que el polímero original. [26] Además, el TPU es fácil de reciclar como todos los plásticos no reticulados.
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