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As propriedades do vidro variam de acordo com a sua composição química. Como a composição do vidro não é fixa e vários componentes podem ser adicionados, em diferentes proporções, obtém-se vidros com propriedades variando dentro de determinadas faixas.

Com o conhecimento do efeito de cada componente na estrutura do vidro é possível se projetar composições de vidros apropriadas para cada processo produtivo e aplicação final.

Um exemplo disso é a cor. É possível obter vidro isento de cor, mas também com infinitas tonalidades desde a total transparência até a total opacidade. Isso se consegue adicionando determinados componentes na massa de vidro.

Vamos agora descrever algumas das principais propriedades deste material.

Esta é a propriedade mais importante para a produção do vidro. Viscosidade é a dificuldade de um líquido de escoar e é o inverso de fluidez. Por exemplo, o mel é mais viscoso que a água e a água é mais fluida que o mel.

O vidro para existir, já vimos, tem que apresentar alta viscosidade para impedir a cristalização de suas moléculas. Quando um material se cristaliza, ao se esfriar, perde a estrutura desordenada de líquido e não se torna um vidro.

A temperatura do forno de fusão é regulada para que o vidro atinja uma viscosidade suficiente para que a massa se homogeneíze e as bolhas presas no seu interior possam ser liberadas.

Para fabricar uma peça de vidro, isto é, conformá-la no seu desenho final, a viscosidade tem papel fundamental.

No início da conformação, deve-se ter uma viscosidade suficientemente alta para poder formar uma gota. Se estiver muito fluido, como a água, por exemplo, é impossível dar forma, pois ela escoa muito facilmente. Por outro lado, se a viscosidade estiver excessivamente alta, o vidro estará muito duro e será difícil imprimir forma.

Durante o processo de conformação, o vidro vai se esfriando e ficando mais viscoso. Ao se chegar à forma final desejada, ele deve estar viscoso o bastante para não continuar a fluir, pois se isso ocorrer, ele escoa e se perde a forma necessária. Por outro lado, ele não pode ficar demasiadamente viscoso enquanto se está fazendo a conformação, pois fica difícil de trabalhar e pode-se chegar a um ponto no qual ele já está rígido, mas a forma final não foi atingida.

Depois de conformada, a peça de vidro possui tensões devido ao esfriamento desigual que sempre ocorre durante qualquer processo de conformação e deve ser recozida. O recozimento consiste em aquecer o produto até uma temperatura na qual a viscosidade seja baixa o suficiente para que microscopicamente o vidro flua e alivie as tensões existentes na massa, mas não se pode esquentar demais, baixando em demasia a viscosidade, sob pena de fazer o vidro escoar pela força de seu próprio peso e se perder a forma necessária.

Ajustando a composição química, pode-se alterar a viscosidade adaptando-a ao processo de conformação empregado.

O artista que faz uma peça manualmente leva mais tempo para conformá-la do que uma moderna máquina automática, e sempre que o vidro começa a ficar muito duro, para continuar seu trabalho, deve esquentá-la novamente repetindo diversas vezes a operação ao longo da conformação até acabar seu trabalho.

A chapa de vidro sobre o banho de estanho deve ter viscosidade suficiente para escoar e formar a folha, mas ao sair do float deve estar rígida o suficiente pra não ser marcada pelos rolos responsáveis pelo seu transporte.

Outra propriedade fundamental é a inércia química do vidro, isto é, ele não reage com quase nenhum componente podendo permanecer numa janela por séculos com o mesmo aspecto de novo. Da mesma forma, embalagens de vidro não reagem com os produtos que contém.

A foto da Figura 28 é de uma garrafa de cerveja recuperada de um naufrágio, onde permaneceu por 200 anos no fundo do mar, e mesmo assim, apresenta aspecto de nova além de ter conservado a cerveja por todo esse tempo, que inclusive seria estudada por especialistas cervejeiros.

Figura 28: Garrafa de cerveja recuperada de um naufrágio depois de permanecer 200 anos no fundo do mar. O conteúdo estava intacto

Da mesma forma, vidros em janelas resistem por séculos mantendo as suas superfícies lisas as quais permitem a passagem de luz.

O vidro também é completamente impermeável, haja vista o exemplo da cerveja, e em janelas protege contra as intempéries, ao mesmo tempo em que deixa passar a luz. Como ele é formado a partir de um líquido, não possui porosidades, o que lhe confere essa característica, impedindo a passagem de contaminantes gasosos ou líquidos.

Há uma grande confusão sobre a resistência do vidro e muitos o julgam um material fraco. Um material fraco é aquele que não resiste e se quebra quando aplicamos uma força ainda que baixa. Por exemplo, um giz é facilmente quebrável e, de fato, podemos considerá-lo um material fraco. Mas o vidro não é fraco. Imagine um bastão de vidro do mesmo formato do giz, exige muita força para quebrar. Ao contrário de ser fraco, o vidro é muito forte.

O vidro por outro lado é frágil, isto é, não é muito resistente a impactos. Hoje já é comum se empregar vidro em pisos justamente porque ele resiste muito bem a qualquer pessoa que passe sobre ele. Mas como ele é frágil, e pode quebrar com uma batida, então estes vidros são laminados, ou seja, são constituídos por diversas chapas de vidro entremeadas de um plástico de forma que as camadas internas resistem ao peso. As de fora, se receberem algum impacto, podem até eventualmente se quebrar, mas não será comprometida a segurança do conjunto. É o mesmo princípio aplicado nos vidros à prova de balas. Um exemplo deste tipo de aplicação pode ser visto nas fotos da Figura 29

Figura 29: Aplicação estrutural de vidros planos laminados.

A quebra do vidro se dá pela conjunção de dois fatores: um defeito na superfície, que pode se tornar o início de uma trinca, e uma força de tração que tende a abrir esta trinca. A resistência de qualquer material se dá pela força como suas moléculas estão ligadas. No caso do vidro, estas ligações são muito fortes, porém, quando há um defeito no vidro, como um risco, na ponta deste defeito ocorre uma concentração de tensões que chega a ser muitas vezes superior à tensão que se está aplicando à peça de vidro como um todo, e então esta trinca pode abrir um pouco, e aí a tensão em sua ponta aumenta e ela abre mais, e assim sucessiva e rapidamente, e o vidro se parte. A quebra ocorre quando essa trinca atravessa toda a peça.

Portanto a resistência mecânica de uma peça de vidro está diretamente ligada ao estado de superfície. Riscos, mesmos microscópios, lascas nos bordos ou qualquer outra imperfeição reduzem significativamente a resistência.

Este princípio é utilizado para cortar chapas de vidro. Com uma ferramenta se faz um risco no vidro que será o início de uma trinca e depois se flete o vidro, para gerar tensão de tração neste risco, e a trinca atravessa a chapa dividindo-a em duas. Na verdade, o termo corte nem seria o mais adequado a esta operação, mas sim destaque.

A Figura 30 mostra a sequência do processo de corte do vidro.

Figura 30: Sequência de corte de uma chapa de vidro

1 Chapa original.

2 Chapa com risco no local do corte.

3 Chapa apoiada para o corte.

4 Esforços aplicados e tensão de tração produzida na região do corte.

5 A trinca iniciada no risco se propaga por ação da tensão de tração.

6 Chapa cortada em duas.

O risco para o corte é realizado com uma ferramenta que possui uma pequena rodinha, como mostrado na figura 31, de um metal muito duro, chamado de vídea, para conseguir riscar o vidro, que também é muito duro.

Figura 31: Ferramenta em vídea para riscar o vidro a ser cortado.

O vidro é um material muito mau condutor de calor. Sua condutividade é comparada a alguns materiais conhecidos na tabela 1:

Tabela 1: Condutividade térmica do vidro e de outros materiais

Na verdade o vidro é um bom isolante térmico.

Uma consequência disto é que, se um dos lados de uma vidraça se aquece, o calor leva certo tempo até atravessar a espessura e aquecer a outra face, pois o vidro oferece resistência à passagem do calor.

A região que se aqueceu se dilata enquanto a que continua fria permanece inalterada. Estas diferenças de “tamanho” geram tensões que, associadas a defeitos da superfície, podem dar início a uma trinca.

O mesmo pode acontecer com as diferenças causadas pelo aquecimento da parte da vidraça exposta ao sol, enquanto as regiões dentro dos caixilhos não se aquecem.

Fenômeno semelhante ocorre quando se coloca um líquido quente dentro de um copo. A superfície do vidro em contato com a água se aquece e se dilata. Enquanto isto, a superfície externa ainda está fria e não “quer” se dilatar. Como resultado, geram-se tensões de tração na superfície fria externa, e se este valor for acima do que o vidro pode suportar, ele vai quebrar.

Desta maneira, podemos afirmar que a capacidade de resistir a choques térmicos é inversamente proporcional a quanto o vidro se dilata quando aquecido. Ou seja, quanto maior for a dilatação térmica, menor será a resistência do vidro a mudanças bruscas de temperatura.

A dilatação térmica depende da composição química do vidro. Para os vidros sodo-cálcicos, peças de 4 a 5 mm de espessura suportam algo em torno de 60oC de diferença de temperatura. É, portanto desaconselhável colocar água fervendo (100 oC) em um copo de vidro a temperatura ambiente, a não ser que ele seja temperado.

Quanto mais fina for a peça, ainda que produzida com o mesmo vidro, menores serão as diferenças de temperatura entre os pontos frios e quentes e portanto mais resistente ela será ao choque térmico.

A quebra sempre se dá na região mais fria da peça, onde ocorre a tração, e comumente o risco maior de quebra é quando o vidro está quente e sofre um esfriamento rápido. Por exemplo: tirar uma peça do forno e colocá-la sob a torneira ou sobre uma superfície fria.

Por outro lado, se o aquecimento é homogêneo em toda a superfície, como dentro de um forno, toda a superfície fica comprimida devido ao aquecimento e não há quebra.

Para aumentar a resistência de produtos de vidro a choques térmicos, fundamentalmente se empregam dois recursos:

1 A têmpera, que deixa a superfície do vidro em compressão, e neste caso, as diferenças de temperaturas devem ser maiores para eliminar o efeito de compressão da superfície, ocasionada pela têmpera, e provocar a quebra. A resistência destes vidros chega até cerca de 200 oC.

2 A mudança da composição do vidro para outra que dilate menos com o aquecimento. É o caso do Pyrex. Trata-se de um vidro borossilicato, que dilata cerca de 60% menos do que um vidro sodo-cálcico para as mesmas temperaturas, e por isso pode resistir a esfriamentos bruscos de até 150 oC.

A cor nos vidros é gerada por componentes que são dissolvidos em sua massa durante sua elaboração. Normalmente são metais que interagem com a luz filtrando algumas cores e deixando passar outras.

As cores no vidro, além do aspecto estético, têm a função de filtrar determinadas radiações de luz que sejam indesejáveis. No caso de embalagem de bebidas e medicamentos é a radiação ultravioleta que pode deteriorar o conteúdo das mesmas. É por isso que as cervejas e os vinhos normalmente são envasados em recipientes verdes ou âmbar.

No caso das vidraças, além da filtragem do ultravioleta, que também desbota mobiliário e tecido, procura-se evitar a passagem do infravermelho responsável pelo aquecimento e assim incrementar o conforto térmico e economia de energia despendida com ar condicionado no interior de veículos e residências.

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