Vidro temperado para ecrãs táteis industriais: temperamento térmico vs. reforço químico

Os projetos de ecrãs táteis industriais utilizam frequentemente os termos vidro temperado, vidro temperado, e vidro reforçado quimicamente como se significassem a mesma coisa. Mas não significam.

Tanto o temperamento térmico como o reforço químico criam tensão de compressão na superfície do vidro, ajudando a impedir que pequenas imperfeições se transformem em fissuras. No entanto, os dois processos são adequados para diferentes espessuras de vidro, dimensões dos produtos, requisitos óticos e expectativas em termos de quebra.

A regra prática é simples:

• Vidro temperado termicamente é normalmente o melhor ponto de partida para vidros de proteção mais espessos e maiores.
• Vidro temperado quimicamente é normalmente a opção preferida quando o vidro de cobertura tem de ser fino, leve, dimensionalmente preciso e opticamente plano.

Nenhum dos dois processos é, por si só, melhor. A escolha correta depende do design global do ecrã tátil.

O que é o vidro temperado termicamente?

O vidro termicamente temperado, vulgarmente designado por vidro reforçado, começa por ser vidro recozido. É cortado, moldado, perfurado e submetido a um acabamento das arestas antes de entrar num forno de temperamento.

O vidro é aquecido até atingir aproximadamente 620–680 °C e, em seguida, arrefecido rapidamente com jatos de ar controlados. As superfícies arrefecem e contraem-se primeiro, enquanto o centro arrefece mais lentamente. Isto cria uma compressão nas superfícies e uma tensão de equilíbrio no interior do vidro.

O resultado é, normalmente, um vidro quatro a cinco vezes mais resistente do que o vidro recozido com a mesma espessura. Quando o vidro totalmente temperado se parte, fragmenta-se normalmente em muitos pedaços pequenos, em vez de em cacos grandes e afiados.

Principais vantagens

• Adequado para vidros de cobertura relativamente espessos e grandes
• Boa resistência à flexão, ao impacto e às tensões térmicas
• Quebra granular previsível quando processado corretamente
• Amplamente disponível para painéis frontais industriais e equipamentos de uso público

Principais limitações

• Para alguns fabricantes, pode ser difícil ou impossível realizar o temperamento térmico de vidro fino de forma consistente
• Os rolos do forno podem provocar uma ligeira ondulação ou distorção ótica
• Recortes, orifícios e uma geometria de bordas frágil podem aumentar o risco de quebra
• O vidro não pode ser cortado nem perfurado após o processo de têmpera

A espessura mínima, as dimensões máximas, a posição do orifício e a distância em relação à borda dependem do fabricante do vidro e da certificação exigida. Estes parâmetros devem ser confirmados antes da aprovação do desenho.

O que é o vidro temperado quimicamente?

O reforço químico recorre normalmente à troca iônica. A peça de vidro acabada é colocada num banho de sal fundido aquecido. Os iões de potássio, de maior tamanho, substituem os iões de sódio, de menor tamanho, junto à superfície do vidro, criando uma camada superficial compactada.

Este processo decorre abaixo da temperatura de amolecimento do vidro, pelo que provoca muito menos deformações relacionadas com o calor do que o recozimento em forno. É especialmente útil para vidros de cobertura finos e aplicações que exigem elevada planicidade ótica ou um controlo dimensional rigoroso.

O reforço químico é frequentemente associado ao vidro de cobertura de aluminosilicato, embora o processo disponível e o desempenho dependam da composição exata do vidro.

Principais vantagens

• Adequado para vidro de cobertura fino
• É possível atingir uma elevada tensão de compressão superficial
• Onda de rolo mínima e distorção térmica mínima
• Boa qualidade ótica e estabilidade dimensional
• Ideal para interfaces táteis de precisão

Principais limitações

• O desempenho depende em grande medida da composição do vidro e do controlo do processo
• A camada reforçada tem uma profundidade definida; os danos profundos podem atravessá-la
• A quebra pode ainda produzir fragmentos maiores e mais afiados
• O vidro temperado quimicamente não é automaticamente classificado como vidro de segurança
• O corte ou o afiamento das arestas após o processo danificam a camada de compressão e devem ser evitados

No caso do vidro temperado quimicamente, são frequentemente especificados dois valores importantes:

• CS — Tensão de compressão: o nível de compressão gerado na superfície
• DOL — Profundidade da camada: até que ponto a camada reforçada se estende para dentro do vidro

Um valor elevado de CS, por si só, não define o desempenho global. O CS, o DOL, a composição do vidro, a espessura, a qualidade das arestas e o suporte para a montagem final devem ser avaliados em conjunto.

Têmpera térmica vs. endurecimento químico

Fator	Vidro temperado termicamente	Vidro reforçado quimicamente
Método de reforço	Aquecimento seguido de arrefecimento rápido com ar	Troca iônica num banho de sal aquecido
Orientação de design típica	Vidro de proteção mais espesso e maior	Vidro de cobertura fino, leve e de precisão
Substrato de vidro comum	Vidro de cal e soda	Aluminosilicato ou vidro de cal e soda adequado
Planicidade ótica	Podem ocorrer ondas ligeiras de rolo	Muito pouca distorção relacionada com o processo
Compressão superficial	Perfil de tensão profunda ao longo da estrutura de vidro	Elevada compressão numa camada superficial controlada
Comportamento em caso de quebra	Normalmente, pequenos fragmentos granulares	Pode formar fragmentos maiores e mais pontiagudos
Estado do vidro de segurança	Pode cumprir as normas aplicáveis relativas ao vidro de segurança quando submetido a ensaios e certificado	Não é, por definição, vidro de segurança
Maquinação após o reforço	Não é permitido	Não recomendado; danifica a camada reforçada
Ajuste industrial comum	Quiosques, carregadores de veículos elétricos, terminais públicos, interfaces homem-máquina (HMI) de grandes dimensões	IHMs finas, interfaces médicas, módulos táteis de alta precisão

Estas são orientações de seleção, não regras universais de aprovação ou reprovação. O desempenho real deve ser confirmado com o vidro selecionado, o processo do fornecedor, o projeto mecânico e o teste de validação final.

Que vidro deve escolher?

Opte por vidro temperado termicamente quando:

• O design utiliza um vidro de proteção relativamente espesso
• O painel frontal é grande
• É necessário que a fragmentação seja granular
• O equipamento está instalado num local público ou sujeito a impactos
• É aceitável uma ligeira distorção relacionada com o forno

Opte por vidro temperado quimicamente quando:

• O vidro de proteção deve continuar a ser fino e leve
• A planicidade ótica é fundamental
• São necessárias tolerâncias dimensionais rigorosas
• O produto utiliza uma estrutura tátil fina
• A composição do vidro especificada foi concebida para a troca iônica

Não escolha apenas com base na espessura

Um painel mais espesso não é, automaticamente, a melhor solução para um ecrã tátil. Pode melhorar a proteção mecânica, mas também aumenta o peso e coloca maiores exigências ao ajuste do ecrã tátil capacitivo projetado.

Da mesma forma, o vidro temperado quimicamente não é automaticamente mais resistente em todos os produtos reais. Danos nas bordas, tensões de montagem, aberturas, suporte adesivo e localização do impacto podem alterar o resultado.

Para obter informações sobre a espessura, o design das bordas, a impressão e os tratamentos de superfície, consulte o nosso Guia de conceção de vidros de proteção para ecrãs táteis industriais.

Três pontos que são frequentemente mal interpretados

1. O vidro temperado não é à prova de riscos

O reforço submete a superfície a compressão e melhora a resistência ao avanço de fissuras. No entanto, não torna o vidro imune a riscos. Partículas abrasivas, utensílios de limpeza inadequados e resíduos duros podem continuar a danificar a superfície.

2. A resistência do vidro não é sinónimo de classificação IK

A classificação IK aplica-se ao conjunto testado, e não apenas à folha de vidro. O tipo e a espessura do vidro são importantes, mas o apoio nas bordas, a rigidez da estrutura, o método de montagem e o local do impacto também o são. A especificação de um vidro de 6 mm, por si só, não comprova a conformidade com a classificação IK10.

Para conhecer a lógica completa do teste, consulte O que é um ecrã tátil IK10?.

3. O método de reforço não determina a sensibilidade tátil

O desempenho do PCAP é influenciado principalmente pelo conjunto completo de materiais dielétricos, incluindo a espessura do vidro, o design do sensor, a estrutura de ligação, a capacidade do controlador, a ligação à terra, as luvas e as condições da água.

Tanto o vidro temperado termicamente como o vidro reforçado quimicamente são compatíveis com o PCAP. A montagem final deve ser ajustada e testada como um sistema completo. A nossa Guia sobre ecrãs táteis PCAP industriais explica esta relação com mais pormenor.

O que verificar antes de fazer a encomenda

Antes de aprovar o vidro de proteção para produção, confirme:

1. Substrato de vidro e tipo exato de material
2. Processo de têmpera térmica ou de reforço químico
3. Espessura e tolerância do vidro acabado
4. Contorno, raio dos cantos, aberturas e acabamento das arestas
5. Requisitos de planicidade e aspeto
6. Norma obrigatória relativa à resistência à quebra ou à segurança
7. Requisitos da CS e do DOL relativos ao vidro reforçado quimicamente
8. Suporte mecânico e condições de montagem
9. Método de validação do toque final e do impacto

Todos os trabalhos de corte, perfuração e acabamento das arestas devem ser concluídos antes do reforço. A sequência de impressão, revestimentos e colagem deve ser acordada com os transformadores, uma vez que os requisitos relativos ao material e à cura variam.

FAQ

O vidro reforçado e o vidro temperado são a mesma coisa?

No uso técnico comum, ambos os termos referem-se ao vidro temperado termicamente. A expressão “vidro reforçado” é mais comum no Reino Unido e na Europa, enquanto “vidro temperado” é mais comum na América do Norte. Alguns fornecedores utilizam estes termos de forma imprecisa para se referirem ao vidro reforçado quimicamente, pelo que o processo efetivo deve ser sempre especificado.

O vidro reforçado quimicamente é mais seguro do que o vidro temperado?

Não necessariamente. O reforço químico pode proporcionar uma excelente resistência aos danos, especialmente no vidro fino, mas não garante automaticamente o padrão de fratura granular associado ao vidro de segurança totalmente temperado.

O vidro temperado pode ser cortado após o processamento?

O vidro temperado termicamente não pode ser cortado nem perfurado após o processo de temperamento. O vidro reforçado quimicamente também não deve ser submetido a qualquer operação de usinagem posteriormente, uma vez que o corte ou o esmerilamento removem ou danificam a camada superficial comprimida.

Qual é o melhor processo para ecrãs táteis industriais?

Recorra ao temperamento térmico para vidros de proteção mais espessos e de maiores dimensões, quando a proteção robusta da parte frontal e a fragmentação granular são prioridades. Recorra ao reforço químico para vidros de cobertura finos e de precisão, quando a qualidade ótica, o baixo peso e o controlo dimensional são mais importantes.

Recomendação final

Não indique apenas “vidro temperado” num desenho técnico de um ecrã tátil industrial. Essa descrição deixa margem para demasiadas interpretações.

Defina o substrato de vidro, o processo de reforço, a espessura, o estado das arestas, a tolerância dimensional, os requisitos relativos à quebra e o método de validação final. No caso do vidro reforçado quimicamente, defina também os valores de CS e DOL exigidos.

O vidro mais resistente, em teoria, nem sempre é o ecrã tátil mais fiável na prática. O vidro adequado é aquele que funciona em conjunto com o sensor final, a caixa, a estrutura de montagem e o ambiente de funcionamento.

Se estiver a desenvolver um HMI industrial, um quiosque, um carregador de veículos elétricos ou um ecrã tátil personalizado, a Eagle Touch pode analisar o vidro de proteção e a estrutura tátil como um conjunto completo antes da produção de amostras.