Il successo e le nuove applicazioni dei vetri temprati chimicamente

Da circa un decennio a questa parte l’evoluzione dell’industria del vetro ha imboccato con decisione la strada della tempra chimica, un processo utilizzato a partire dagli anni ’60 per aumentare la resistenza a frattura del vetro e che oggi è letteralmente esploso: a trainarlo l’enorme sviluppo e diffusione dei dispositivi elettronici con schermi touch, come smartphone, palmari, tablet, smartwatch, notebook e simili, ma sempre più si moltiplicano i settori di applicazione e gli ambiti e ricerca.

La tempra chimica del vetro: cos’è e come funziona

La tempra chimica è uno dei procedimenti utilizzati per il rinforzo meccanico del vetro. Il tallone d’Achille di questo materiale è sempre stato la sua fragilità: lastre e manufatti in vetro capaci di resistere sotto l’azione anche di tonnellate di peso rischiano infatti di frantumarsi se soggetti a un carico di poche decine di kg. Il vetro temprato chimicamente, invece, riduce la sensibilità al danneggiamento superficiale e aumenta la propria resistenza.

La tempra chimica del vetro si basa su un processo di scambio ionico tra ioni alcalini (sodio in prevalenza, litio in alcuni casi) degli strati superficiali del vetro e ioni di potassio (o sodio) delle soluzioni saline in cui i manufatti in vetro vengono immersi. L’intero processo avviene a temperature elevatissime, tra 400° e 500° C e comunque inferiori alla temperatura di transizione vetrosa, all’interno di appositi forni dotati di vasche in acciaio inossidabile. I vetri temprati chimicamente possiedono proprietà di resistenza meccanica alla flessione e resistenza all’urto ben superiori a quelle dei vetri float standard e dei vetri temprati termicamente, evitando la formazione di difetti superficiali durante l’uso (abrasioni, fessure, solchi e tagli causati da contatto con altri oggetti o dal semplice pulviscolo atmosferico).

Gli sviluppi futuri della tempra chimica nel settore del vetro

Satinal è l’azienda italiana che da oltre vent’anni produce e costruisce forni per la laminazione e la tempra chimica del vetro a marchio Tk, un brand che a livello internazionale è sinonimo di macchinari tecnologici di alto livello, assoluta affidabilità e standard qualitativi made in Italy. L’esperienza ultradecennale di Satinal nell’ingegnerizzazione di forni di tempra chimica Tk si accompagna ad un’incessante attività di ricerca tecnico-scientifica, per sviluppare soluzioni sempre più performanti e al passo con le tendenze del mercato: oggi, per esempio, negli impianti Tk è possibile rinforzare meccanicamente in maniera omogenea anche vetri molto sottili, con forme complesse o con dimensioni fino a 2500×4000 mm.

Per sostenere il proprio percorso di innovazione e perfezionamento, Satinal si avvale del proprio laboratorio di ricerca e sviluppo interno (S-Lab), dove vengono elaborate, testate e realizzate tutte le più importanti novità proposte dall’azienda, e della consulenza di autorevoli professionisti in campo scientifico: da tempo la realtà italiana collabora infatti con il Professore Vincenzo Maria Sglavo, Ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento e considerato uno dei massimi esperti a livello mondiale.

«I nuovi orizzonti del vetro temprato chimicamente – spiega il Professor Sglavo – guardano ad applicazioni in settori finora inediti come il packaging farmaceutico, il fotovoltaico, l’arredo, l’ottica tecnica e di consumo e persino allo spazio con le celle solari. Lo stesso processo di tempra chimica è in fase di evoluzione, per diventare ancora più efficiente a livello energetico e funzionale dal punto di vista antibatterico e antivirale».

Il successo del vetro temprato chimicamente e le sue potenzialità future

Parlando di ricerca e innovazione, non si può ignorare il fatto che la tempra chimica nell’ultimo decennio ha conosciuto un vero e proprio boom: merito principalmente dell’enorme diffusione dei dispositivi elettronici touch come smartphone, tablet, notebook e palmari, il cui schermo frontale è nella stragrande maggioranza dei casi un vetro molto sottile temprato chimicamente.

Tempra chimica del vetro: evoluzione e nuove frontiere

Tale successo ha avuto il merito di suscitare un rinnovato interesse a livello produttivo e di sviluppo per questo processo di rinforzo dei vetri che è ampiamente utilizzato in aeronautica, nel comparto automotive, in ambito nautico e navale e nel trasporto ferroviario ed è ormai insostituibile nella realizzazione di vetri antiproiettile per veicoli militari e civili.

Un progressivo impiego della tempra chimica del vetro si sta inoltre affacciando in settori finora “inediti”, con innovative applicazioni che interessano il packaging farmaceutico, il fotovoltaico, la stoviglieria, le celle solari spaziali, l’arredo, l’ottica tecnica e di consumo.

Non solo l’impiego della tempra chimica sta evolvendo, ma anche le caratteristiche stesse di questo procedimento sono oggetto di nuovi studi. «Gli ambiti che stanno maggiormente impegnando i ricercatori di tutto il mondo – afferma il Professor Sglavo, esperto mondiale del settore e consulente Satinal – sono sostanzialmente due. Da un lato si vuole rendere la tempra chimica ancora più competitiva ed efficiente dal punto di vista energetico, studiando nuove composizioni vetrose più adatte a un processo di scambio ionico più veloce o che garantiscano un rinforzo meccanico superiore; dall’altro si sta elaborando il modo di attivare lo scambio ionico con ioni diversi da quelli convenzionali (come argento e rame) per funzionalizzare la superficie del vetro non solo a livello meccanico, ma anche dal punto di vista anti-batterico e anti-virale».

Il futuro del vetro, il vetro del futuro

La tempra chimica è un procedimento a cui sempre più l’industria del vetro ricorrerà nel prossimo futuro per soddisfare le esigenze di un mercato ampio e in continua evoluzione. Lo spirito innovatore e l’eccellenza internazionale incarnati da protagonisti italiani di questo settore come il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento del Professor Sglavo e l’azienda lombarda Satinal produttrice di forni di alta gamma (scopri i forni di tempra chimica Tk) rappresentano un avamposto tecnico e scientifico in grado di guidare l’intero mondo del vetro verso nuovi traguardi e applicazioni, capaci di rivoluzionare molteplici aspetti della vita quotidiana.

Ancora non abbiamo una palla di vetro per prevedere il futuro, ma se l’avessimo quel vetro sarebbe senza dubbio temprato chimicamente.

Scopri come funziona la tempra chimica e quali sono i suoi vantaggi

Il successo e gli sviluppi futuri del vetro temprato chimicamente

Le nuove frontiere della tempra chimica del vetro, dagli smartphone allo spazio

La tempra chimica del vetro è un trattamento sempre più frequentemente adottato nell’industria del vetro, non soltanto nei settori tradizionali come gli schermi touch di cellulari e dispositivi elettronici ma soprattutto per nuove applicazioni d’avanguardia, dalla farmaceutica all’arredamento.

Questo particolare metodo di lavorazione consente il rinforzo meccanico del vetro, ottenendo così un materiale caratterizzato da una maggiore resistenza a rottura e da una minore sensibilità al danneggiamento superficiale. Per quanto ricco di pregi e punti di forza, infatti, il vetro presenta un intrinseco tallone d’Achille: la sua fragilità. Più correttamente, dobbiamo parlare di limitata resistenza meccanica del vetro: una lastra di vetro che potrebbe teoricamente resistere anche sotto l’azione di qualche tonnellata si rompe fatalmente se soggetta a un carico di poche decine di kg.

Questo perché il vetro è un materiale con una struttura che difficilmente può manifestare fenomeni di deformazione plastica, come accade invece ai metalli o ai polimeri, ma che può essere indebolita dai difetti superficiali dovuti ai processi di trasformazione e all’uso: piccole fessure, abrasioni, solchi, tagli generati dal contatto con altri oggetti o semplicemente dal pulviscolo atmosferico minano la resistenza del materiale.

Il processo di tempra chimica viene applicato proprio per generare uno stato di sforzo residuo di compressione negli strati superficiali del vetro, allo scopo di limitare l’effetto negativo di tali difetti.

Come funziona la tempra chimica

Per spiegare il funzionamento del processo di tempra chimica del vetro non c’è nessuno meglio del Professore Vincenzo Maria Sglavo, Ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento dove insegna Scienza e tecnologia del vetro: una vera e propria autorità nel settore, che opera all’interno del Laboratorio Vetri e ceramici dell’Università considerato un’eccellenza a livello mondiale.

«La tempra chimica si bassa su un processo di scambio ionico attuato a temperature inferiori a quella di transizione vetrosa del materiale – spiega il Professor Sglavo -. In pratica, quando un oggetto in vetro contenente nella propria composizione ioni alcalini (sodio, soprattutto, e in alcuni casi litio) viene immerso in un sale fuso tipo il nitrato di potassio (o di sodio se il vetro contiene litio), si attiva uno scambio tra gli ioni alcalini presenti negli strati superficiali del vetro e gli ioni del potassio presente nel sale fuso. Siccome però il potassio ha una dimensione maggiore del sodio e soprattutto del litio, la struttura del vetro risulta “rigonfiata” e quindi, a seguito del successivo raffreddamento, tenuto conto che il cuore del componente rimane invariato, gli strati superficiali si vengono a trovare in uno stato di forte compressione residua. Il processo è tipicamente condotto a temperature tra 400° e 500° C a seconda della temperatura di transizione del vetro, per tempi di immersione variabili da qualche ora ad un paio di giorni».

A livello industriale il sale fuso è racchiuso in vasche di acciaio inossidabile poste all’interno di un forno di tempra chimica, così da controllarne la temperatura, mentre gli oggetti in vetro sono disposti in ceste o rastrelliere sempre in acciaio inox, che vengono calate nelle vasche e qui lasciate per il tempo programmato. Al termine del processo le ceste o rastrelliere sono sollevate per far sgocciolare il sale fuso residuo ed essere raffreddate il più uniformemente e lentamente possibile. I componenti in vetro temprato chimicamente vengono poi raccolti, lavati delicatamente con acqua e asciugati.