The science of glass toughening (in plain English)
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Toughened glass is a staple material in structural glazing. Learn the science behind it in our jargon-free blog.
Il vetro temperato è ovunque. Ma come molti dei materiali che ci circondano, non molti di noi sanno come sono fatti.
Il vetro temperato è prodotto in modo tale da poter resistere a enormi quantità di forza. Ma quando finalmente si rompe, si frantuma in tanti piccoli pezzi.
La sua resistenza e durata lo rendono ideale per vetrate architettoniche: porte, scale, balaustre, pareti divisorie e altro ancora.
Tutto questo grazie al processo di produzione. Esistono due modi principali per indurire il vetro: in primo luogo, mediante tempra in una fornace e, in secondo luogo, mediante uno scambio ionico effettuato da un bagno chimico.
In questo articolo spieghiamo questi processi in un inglese semplice in modo che tu possa capire come viene prodotto il vetro temperato. Innanzitutto: il metodo della fornace.
Il metodo della fornace
In questo metodo, il vetro viene temperato mediante un processo noto come "tempera". Prima di tutto, il vetro viene posto in un forno riscaldato a 600°C (1,112°F).
Una volta riscaldato, il vetro viene estratto dal forno e raffreddato rapidamente tramite getti di aria fredda pressurizzata. Questo passaggio è chiamato "tempra".
L'estinzione è un processo rapido. Fa sì che i sottili strati superficiali si raffreddino rapidamente e formino vetro duro. In questa fase del processo, gli strati esterni sono duri e freddi, ma l’interno è ancora caldo.
Con il passare del tempo, anche la parte interna perderà calore e diventerà dura. Ma non si contrarrà nello stesso modo in cui si contraevano gli strati esterni. Gli strati esterni duri gli impediscono di farlo.
Ciò significa che gli strati esterni sono compressi e lo strato interno ha una tensione di compensazione. Nel loro insieme, queste qualità rendono il vetro estremamente difficile da rompere.
Tempra chimica
Il vetro può anche essere indurito mediante immersione in un bagno chimico.
In questo metodo, il vetro viene immerso in un bagno di nitrato di potassio e riscaldato ad alta temperatura, solitamente superiore a 400°C (752°F).
Questo produce qualcosa chiamato "scambio ionico". Qui avviene lo scambio degli ioni potassio del liquido e degli ioni sodio del vetro solido. Il risultato è una "pelle" indurita, che rende il vetro resistente come i vecchi stivali.
Come è cambiato il processo nel tempo?
La prima tempera del vetro fu eseguita nel 1874 da Francois Barthelemy Alfred Royer de la Bastie, dal nome impressionante, che spense il vetro appena solido in un bagno riscaldato di olio o grasso. Questo fu l'inizio del processo di indurimento chimico che utilizziamo ancora oggi.
In 1877, Friedrich Siemens outdid de la Bastie by pressing glass into cool moulds and leaving them to harden – an early version of the quenching process used in today's processing facilities.
Le gocce di Prince Rupert
Il principe Ruperto del Reno (1619-1682) era un uomo impegnato. Oltre ad essere un ufficiale dell'esercito anglo-tedesco, ammiraglio, scienziato e governatore coloniale, introdusse anche le gocce di Prince Rupert in Inghilterra in 1660.
Si tratta di perle di vetro a forma di girino che hanno una qualità notevole. Se tagli la coda, la goccia esplode in mille pezzi. Ma la testa bulbosa può resistere a ripetuti colpi di martello.
Ciò è possibile solo grazie alla scienza alla base del processo di produzione, che è adiacente all'attuale tempra del vetro.
Le gocce di Prince Rupert sono realizzate facendo cadere gocce di vetro fuso in acqua fredda. Questo rapido raffreddamento crea un bulbo di vetro resistente che può sopportare un'enorme quantità di forza, fino a 67,740 kg.
Queste perle di vetro sono una curiosità. Ma ci dicono qualcosa sul modo in cui il vetro può essere reso estremamente resistente, qualcosa che da allora viene utilizzato per aumentare la nostra sicurezza in tutti i tipi di ambienti.
Che cos'è il test di assorbimento termico?
Quando temperato in una fornace, il vetro è vulnerabile a qualcosa chiamato "inclusioni di solfuro di nichel". Si tratta di inclusioni microscopiche che, con il tempo, possono aumentare di dimensioni e portare a rotture spontanee.
Per evitare che ciò accada, i trasformatori e i produttori di vetro eseguono un metodo chiamato test di assorbimento del calore. Qui è dove le lastre di vetro vengono riscaldate a una temperatura compresa tra 250°C e 290°C (482°F e 554°F). Se un foglio contiene inclusioni di solfuro di nichel, è probabile che si frantumi e venga quindi ritirato dalla circolazione.
Il test di assorbimento del calore non è infallibile. È ancora possibile che un'inclusione superi il test e in casi molto rari provochi una frantumazione spontanea. Ma quando acquisti vetro temperato, assicurati di scegliere un trasformatore, un produttore o un fornitore che offra test di assorbimento del calore come parte del suo pacchetto.
È possibile tagliare il vetro temperato?
Il vetro temperato è appositamente progettato in modo che si frantumi se le tensioni trattenute all'interno del vetro vengono rotte. Ciò significa che una volta terminato il processo di tempra, non può essere tagliato, forato o modellato. Il vetro deve essere tagliato secondo le esigenze del cliente prima della cottura.
Qual è la differenza tra vetro temperato e vetro laminato?
Sia il vetro temperato che il vetro stratificato sono tipi di vetro di sicurezza. Tuttavia, sono prodotti in modo diverso.
Il vetro stratificato è costituito da due o più lastre di vetro, spesso temprate, con uno strato intermedio di plastica. Ciò significa che se colpisci una lastra di vetro stratificato, questa non si romperà. Invece, ottieni un caratteristico modello di rottura della ragnatela.
Se applichi una forza enorme, puoi rompere il vetro laminato, ma non si frantuma mai. Invece, si rompe in pezzi di grandi dimensioni che vengono tenuti in posizione dall'intercalare.
Sia il vetro temperato che il vetro stratificato vengono utilizzati nelle vetrate architettoniche ma per scopi diversi. Alcuni tipi di vetro stratificato sono più resistenti, così come lo sono quelli ideali per porte, finestre e altri elementi che devono essere praticamente impenetrabili.
Final thoughts
Il vetro temperato è un elemento fondamentale delle vetrate architettoniche grazie alla sua durata e resistenza. Ci auguriamo che questo articolo abbia fatto un po' di luce su come è prodotto e sulla scienza dietro le sue proprietà.
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