Vidrio laminado

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, las cuales impiden que el vidrio se rompa en grandes fragmentos afilados. ^{[ 1 ]} La rotura produce un patrón característico de agrietamiento en forma de "telaraña" (grietas radiales y concéntricas) cuando el impacto no es suficiente para perforar completamente el vidrio. ^{[ 2 ]}

El vidrio laminado se utiliza en arquitectura , acristalamiento , seguridad automotriz , sistemas fotovoltaicos (paneles solares), protección UV y expresión artística. ^{[ 1 ]} Su uso más común es en parabrisas de automóviles y tragaluces. En zonas geográficas que requieren construcción resistente a huracanes, el vidrio laminado se utiliza frecuentemente en fachadas, muros cortina y ventanas . También se emplea para mejorar el aislamiento acústico de las ventanas, ya que reduce significativamente la atenuación del sonido en comparación con los paneles de vidrio monolítico del mismo espesor.

La capa intermedia suele ser de polivinil butiral (PVB), etileno-vinil acetato (EVA), polímeros ionoplásticos, resina líquida de fundición 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 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 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 por un accidente de laboratorio: un matraz de vidrio se había recubierto con el plástico nitrato de celulosa y, al caerse, se rompió pero no se dividió en pedazos. ^{[ 7 ]} En 1909, Bénédictus solicitó una patente tras enterarse de un accidente automovilístico en el que dos mujeres resultaron gravemente heridas por fragmentos de vidrio. ^{[ 8 ] [ 9 ]} En 1911, fundó 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 adoptada de inmediato 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 fue licenciado a la empresa británica Triplex Safety Glass . Posteriormente, en Estados Unidos, tanto Libbey-Owens-Ford como Du Pont, junto con Pittsburgh Plate Glass, produjeron vidrio Triplex. ^{[ 11 ]}

Mientras tanto, en 1905, John Crewe Wood, abogado de Swindon, Wiltshire, Inglaterra, patentó un vidrio laminado para parabrisas. Las capas de vidrio se unían 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 ]} Para 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 accidentes. En cinco años, el nuevo vidrio de seguridad había reemplazado sustancialmente a su predecesor. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

En la Ley de Tráfico Vial de 1930 , el Parlamento británico exigió que los coches nuevos tuvieran parabrisas de vidrio de seguridad, ^{[ 17 ]} pero no exigió específicamente vidrio laminado.

Para 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 la fábrica de Ford Motor Company en Dagenham, Inglaterra . ^{[ 18 ]} El vidrio de seguridad "Indestructo" fue elegido porque "ofrece la protección más completa. Además de ser a prueba de astillas, es cristalino y no se decolora de forma permanente". ^{[ 18 ]} Esta cita insinúa los problemas que impidieron un uso más generalizado del vidrio laminado anteriormente. 

Una composición laminada típica consiste en  vidrio de 2,5 mm,  una capa intermedia de 0,38 mm y  vidrio de 2,5 mm. Esto da como resultado un producto final conocido 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 antibalas , un tipo de vidrio laminado, generalmente se construye utilizando 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 es tres veces más grueso. ^{[ 21 ]} En los aviones comerciales 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. Esta es una de las composiciones utilizadas para las ventanas laterales de la cabina del Boeing 747. Los parabrisas de presión delantera del Aérospatiale/BAC Concorde tenían 7 capas, 4 de vidrio y 3 de PVB para un espesor total de 38 mm (1,5 pulgadas) . Para aumentar la atenuación del sonido a través del vidrio laminado en niveles de sonido extremos, es más eficaz utilizar una mezcla de vidrios de 3 mm, 4 mm, 5 mm y 6 mm de espesor. ^{[ 22 ]}        

El vidrio laminado moderno se produce mediante la unión de dos o más capas de vidrio recocido o templado común con una capa intermedia de plástico, generalmente polivinil butiral (PVB), poliuretano termoplástico (TPU) o etileno-vinil acetato (EVA reticulado). La capa intermedia tiene como objetivo 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 se coloca entre las capas de vidrio, que luego se pasa a través de una serie de rodillos o sistemas de embolsado al vacío para expulsar cualquier burbuja de aire. El conjunto se calienta para la fusión inicial y luego se calienta nuevamente a presión en un autoclave (horno) para lograr el producto final unido (completamente reticulado en el caso del EVA termoestable). El tinte en la parte superior de algunos parabrisas de automóviles está hecho de PVB. Para obtener un vidrio de color , se pueden combinar películas de PC de color con el material EVA termoestable durante el proceso de laminación .

La impresión digital ya está disponible para aplicaciones arquitectónicas, ya sea imprimiendo directamente sobre el vidrio y luego laminándolo, o imprimiendo directamente sobre el PVB, como en el caso del proceso patentado Dupont SentryGlas Expressions. Se pueden imprimir imágenes CMYK completas en la capa intermedia antes del proceso de autoclave, obteniendo representaciones translúcidas y vívidas. Este proceso se ha popularizado en los sectores de arquitectura, diseño de interiores y señalización.

Una vez que un EVA termoestable se lamina correctamente, el vidrio puede presentarse sin marco. No debería haber infiltración de agua/humedad, muy poca decoloración y no hay deslaminación 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 importantes de laminación de vidrio termoplástico 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 es alta no solo al vidrio, sino también a las intercapas poliméricas.

El vidrio laminado también se utiliza a veces en esculturas de vidrio y tiene un amplio uso en aplicaciones arquitectónicas. Además, el vidrio laminado se emplea en la fabricación de vidrio antibalas , vidrio a prueba de perforaciones, escaleras, techos, pisos, marquesinas y vigas. ^{[ 26 ]}

Para el vidrio laminado, la resistencia y seguridad posteriores a la rotura son lo más importante al analizar su rendimiento. ^{[ 27 ]} La interacción entre el vidrio y su capa intermedia determina la falla de los paneles. ^{[ 27 ]} En las pruebas de rendimiento del vidrio laminado, el panel se somete a carga de impacto y flexión, donde el material de la capa intermedia transfiere la tensión de corte al vidrio. ^{[ 26 ]} La rigidez en la capa intermedia determinará la rigidez de flexión general 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, menor contaminación acústica y protección durante desastres naturales. ^{[ 28 ]} El vidrio laminado aumenta la seguridad de las personas durante accidentes de tráfico, ya que el parabrisas permanece intacto, evitando que los fragmentos de vidrio lastimen a los pasajeros. En cuanto a la seguridad, el vidrio laminado es difícil de romper, lo que disuade a los intrusos. El vidrio laminado también puede reducir el calentamiento solar, permitiendo que los interiores de los edificios se mantengan frescos y reduciendo el consumo de energía. Dependiendo de su grosor, el vidrio laminado puede reducir la contaminación acústica proveniente del exterior. En desastres naturales como huracanes o terremotos, el vidrio laminado permanece intacto y reduce las posibles lesiones y muertes.

Las capas intermedias de plástico en el vidrio laminado dificultan su corte. Existe una práctica peligrosa que consiste en cortar ambos lados por separado, verter un líquido inflamable, como alcohol desnaturalizado , en la grieta y prenderle fuego para fundir la capa intermedia y separar las piezas. El Ejecutivo de Salud y Seguridad del Gobierno del Reino Unido recomendó los siguientes métodos más seguros en 2005: ^{[ 29 ]}

• Mesas de corte laminadas de uso especial
• Bastidores de sierra inclinados verticalmente
• Un soplete o un soplador de aire caliente.
• Chorro de agua abrasivo de alta presión.

Cortar vidrio laminado requiere un procedimiento de marcado diferente ya que el vidrio tiene resistencia a la fractura. ^{[ 30 ]} El vidrio laminado se puede romper mediante roturas, que dependen de la distancia entre el borde del vidrio y su marca. Las roturas más comunes para el vidrio laminado son la rotura por presión, la rotura por pellizco, la rotura sobre mesa, la rotura por golpe y la rotura con alicates. ^{[ 30 ]} La rotura por presión, destinada a marcas que están a más de 12 pulgadas del borde, voltea el vidrio sobre una superficie de mesa con la marca hacia abajo. Se aplica presión en ambos lados de la marca hasta que el panel de vidrio se rompe. La rotura por pellizco, destinada a marcas entre 4 y 6 pulgadas del borde, implica usar las yemas de los dedos para propagar la rotura a lo largo de la línea de marca. ^{[ 30 ]} La rotura sobre mesa, recomendada para vidrios con al menos 12 a 18 pulgadas del borde, utiliza el borde de la mesa para romper la marca. Para marcas cerca del borde, se recomienda la rotura por golpe, a costa de un efecto de festoneado en el borde del vidrio. Para este tipo de rotura, se utilizan alicates de mordaza abatible o alicates para vidrio para romper el vidrio a lo largo de la línea de corte. Para cortes a menos de 1/2 a 1 pulgada del borde, se utilizan alicates para aplicar presión hacia abajo sobre el vidrio, rompiéndolo en ángulo.

Después de cortar los paneles de vidrio laminado, existen diferentes maneras de separar la capa intermedia. Los métodos más comunes son fundirla y cortarla. ^{[ 30 ]} Antes, los vidrieros solían usar alcohol desnaturalizado para fundir la capa de polivinil butiral (PVB); sin embargo, este método resultó 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 fundida la capa intermedia, la separación se corta con una cuchilla de afeitar de un solo filo o una cinta métrica. ^{[ 30 ]} Con la cuchilla, se traza una línea y se corta el PVB hasta que el vidrio se separa completamente de la capa intermedia.

Según la Asociación Nacional de Reparación de Parabrisas de Estados Unidos, la reparación de vidrio laminado es posible para daños menores por impacto mediante un proceso que consiste en perforar el vidrio fracturado para alcanzar la capa de laminación. Se inyecta una resina adhesiva transparente especial a presión y luego se cura con luz ultravioleta. Si se realiza correctamente, la resistencia y la claridad se restauran lo suficiente para la mayoría de los fines relacionados con la seguridad. Este proceso se utiliza ampliamente para reparar parabrisas industriales de gran tamaño donde el daño no interfiere con la visión del conductor. ^{[ 31 ]}

La eliminación de residuos de vidrio laminado ya no está permitida en vertederos en la mayoría de los países europeos debido a la implementación de 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 utilizarla 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 molino de laminación, donde el vidrio se fragmenta y el vidrio reciclado más grande se separa mecánicamente de la película interior. La aplicación de calor funde el plástico de laminación, 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 fusión y remodelación. ^{[ 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.

• Vidrio templado
• BS 857
• Película LED
• Vidrio compuesto
• Cristal irrompible

• Reglamento UNECE n.º 43 de las Naciones Unidas sobre materiales de acristalamiento de seguridad para automóviles.
• BS 857:1967 Archivado el 22/06/2009 en Wayback Machine Especificación británica para vidrio de seguridad para el transporte terrestre