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Para reforzar el vidrio de cubierta de HMI industriales se utilizan dos procesos principales: el endurecimiento químico (mediante intercambio iónico) y el templado térmico (mediante enfriamiento rápido). Cada proceso genera un perfil de tensiones diferente en la superficie y el interior del vidrio y, por tanto, ofrece distintas prestaciones en cuanto a resistencia mecánica, calidad óptica, opciones de transformación posterior y coste. El vidrio endurecido químicamente suele utilizarse para paneles finos, mientras que el vidrio templado está pensado para aplicaciones de mayor espesor; esta guía compara ambas opciones en esos cuatro aspectos y está dirigida específicamente a ingenieros que necesitan seleccionar un vidrio de cubierta para pantallas táctiles industriales.
Comparativa rápida: vidrio endurecido químicamente frente a vidrio templado
Esta es una comparación directa de las diferencias clave entre el vidrio endurecido químicamente y el vidrio templado. Elegir el vidrio más adecuado para su panel exige sopesar el espesor, los requisitos de impacto, las tolerancias ópticas y las necesidades de transformación posterior. Ambos tipos de vidrio son adecuados para aplicaciones industriales, pero no sin considerar sus respectivas contrapartidas.
| Propiedad | Endurecimiento químico | Templado térmico |
|---|---|---|
| Método | Intercambio iónico en un baño químico de sal KNO₃ fundida | Calentamiento hasta ~620 °C y enfriamiento rápido por aire |
| Espesor aplicable | 0,1–6 mm | ≥3 mm (mínimo práctico) |
| Resistencia frente al vidrio recocido | 6–8× veces más resistente | 4–5× veces más resistente |
| Compresión superficial (CS) | Hasta 690 MPa (sodocálcico); >1.000 MPa (aluminosilicato) | 80–150 MPa habituales |
| Patrón de rotura | Fragmentos grandes (no está clasificado como vidrio de seguridad) | Se rompe en pequeños fragmentos granulares (vidrio de seguridad conforme a EN 12150) |
| Distorsión óptica | Insignificante: sin curvatura, alabeo ni marcas de enfriamiento | Medible: puede presentar ondulaciones de rodillos y dibujos de enfriamiento |
| Transformación posterior | Puede cortarse, perforarse y pulirse por los cantos después del endurecimiento | Debe fabricarse con su forma definitiva antes del templado |
| Coste por pieza | Mayor (ciclo más largo y consumibles del baño químico) | Menor (ciclo rápido y alta capacidad de producción) |
| Más adecuado para | Vidrio de cubierta fino (<3 mm), paneles táctiles PCAP y especificaciones ópticas exigentes | Paneles de mayor espesor (≥3 mm), cerramientos con clasificación de seguridad y proyectos con presupuesto ajustado |
Consejo: utilice vidrio endurecido químicamente en paneles HMI finos que requieran una distorsión nula y flexibilidad de transformación posterior. Utilice vidrios templados térmicamente en aplicaciones de mayor espesor y sensibles al coste en las que sea importante la certificación como vidrio de seguridad.
Cómo funciona el endurecimiento químico: intercambio iónico en un baño químico de sales
El endurecimiento químico (también denominado templado químico o endurecimiento por intercambio iónico) se consigue sumergiendo el vidrio en un baño químico de nitrato de potasio (KNO) fundido a una temperatura de 380-450 C durante 4-16 horas. Durante este periodo, los iones de sodio más pequeños y de menor radio (Na, radio ~0.95 ) salen de la matriz del vidrio y son sustituidos por iones de potasio más grandes y de mayor radio (K, radio ~1.33 ), que se acomodan junto a ellos. Al ocupar los espacios dejados por los iones de sodio, los iones de potasio crean una capa de compresión en la superficie del vidrio. (Los efectos cromáticos de una composición de aluminosilicato de potasio son responsables del marcado tono verde que suele observarse en el vidrio sodocálcico incoloro).
Según la American Ceramic Society (ACerS), pueden alcanzarse compresiones superficiales de hasta 690 MPa en vidrios de silicato sodocálcico y de hasta 1.000 MPa en composiciones de aluminosilicato. La profundidad de la capa de la zona de compresión suele ser de 15-50 m, en función del tiempo de inmersión, la temperatura y la composición.
Especificación de producción de SW Glass
CS >450 MPa | DOL >8 µm
Verificado en cada lote con un medidor de tensiones superficiales
Nuestra línea de vidrio endurecido químicamente utiliza baños de KNO a temperaturas controladas con precisión para obtener calidades de CS superiores a 450 MPa y una profundidad de capa superior a 8 m, mediciones que se supervisan en cada ciclo de producción con un medidor de tensiones superficiales. El control preciso de estos parámetros garantiza unas prestaciones fiables como vidrio de cubierta.
Descubra nuestras capacidades de fabricación de vidrio para pantallas táctiles industriales.
Cómo funciona el templado térmico: calor y enfriamiento rápido
El templado térmico (también llamado templado físico) calienta una pieza de vidrio recocido hasta aproximadamente 620 C, por encima de la temperatura de transición vítrea (~564 C), antes de enfriarla rápidamente mediante un chorro de aire a alta presión. La elevada velocidad de enfriamiento hace que las caras exteriores del vidrio queden sometidas a compresión, mientras que el interior se enfría con relativa lentitud, lo que favorece un estado de tensión mecánica de tracción. La interacción entre la compresión superficial y la tracción interna confiere una mayor resistencia mecánica al vidrio totalmente templado.
Después del enfriamiento, el vidrio es 4-5 veces más resistente que el vidrio recocido convencional del mismo espesor. Al romperse, el vidrio templado se fragmenta en pequeñas piezas aproximadamente cúbicas, en lugar de formar fragmentos grandes y afilados. El vidrio con este tipo de patrón de fragmentación se considera vidrio de seguridad conforme a EN 12150 y ASTM C1048. Estas piezas pequeñas suelen ser seguras para aplicaciones con contacto humano.
El proceso de calentamiento y enfriamiento genera cierta distorsión óptica medible. Las ondulaciones causadas por los rodillos del horno y el dibujo de enfriamiento producido por una circulación de aire desigual pueden resultar inaceptables en pantallas de gama alta cuyo contenido se observa a corta distancia a través del vidrio de cubierta.
Nota: el templado térmico requiere un espesor mínimo de vidrio de aproximadamente 3 mm. El vidrio fino (de menos de unos 3 mm) no puede formar durante el enfriamiento el gradiente de temperatura necesario para producir un endurecimiento significativo. Por este motivo, el endurecimiento químico es la única opción para paneles de vidrio fino de menos de 3 mm.
Nuestro vidrio plano totalmente templado para uso industrial y arquitectónico cuenta con la certificación EN 12150 y se fabrica en nuestra línea de templado térmico de alta calidad.
Resistencia mecánica, resistencia al impacto y patrón de rotura
La resistencia mecánica y las características de fractura son los aspectos que los ingenieros suelen comparar al seleccionar vidrio endurecido químicamente o vidrio templado para interfaces hombre-máquina industriales. Estas cifras se basan en la transformación real de nuestro vidrio en la línea de producción, no solo en valores máximos teóricos.
| Propiedad | Endurecido químicamente | Templado |
|---|---|---|
| Resistencia frente al vidrio recocido | 6–8× | 4–5× |
| CS superficial | 450–1.000+ MPa | 80–150 MPa |
| Resistencia al impacto (por mm de espesor) | Mayor | Menor |
| Patrón de rotura | Fragmentos grandes: el vidrio puede mantenerse unido | Pequeños fragmentos granulares romos: vidrio de seguridad |
| Certificación como vidrio de seguridad | No (no cumple la fragmentación de EN 12150) | Sí (EN 12150, ASTM C1048) |
Tenga en cuenta que las clasificaciones de protección contra impactos (como IK10 conforme a IEC 62262) se obtienen mediante ensayos del cerramiento completo, no solo de una pieza de vidrio. Un panel de vidrio endurecido químicamente puede soportar impactos puntuales más intensos que un panel templado del mismo espesor. Sin embargo, el ensayo completo de protección contra impactos depende de todo el conjunto: vidrio, junta, marco y montaje. Lea nuestro artículo sobre cómo se aplican las clasificaciones IK a los conjuntos de vidrio de cubierta para HMI.
Nota: el vidrio endurecido químicamente ofrece una mayor resistencia mecánica por milímetro de espesor, pero no obtiene la homologación como vidrio de seguridad gracias a la baja distorsión óptica de su patrón de rotura controlado (como sí ocurre con el vidrio templado). Para cubiertas de HMI industriales de menos de 3 mm de espesor, el endurecimiento químico es la única opción viable.
Calidad óptica y distorsión
La distorsión óptica es prácticamente nula en el vidrio endurecido químicamente. Como el intercambio iónico tiene lugar a una temperatura inferior al punto de reblandecimiento del vidrio, el panel mantiene su estabilidad dimensional. No presenta curvatura ni alabeo, ni muestra indicios de dibujos de enfriamiento. Esto tiene una enorme importancia para un vidrio de cubierta a través del cual se mira directamente, como ocurre en una pantalla.
Por diseño, el vidrio templado se somete a un tratamiento térmico próximo al punto de reblandecimiento del vidrio. Todo ciclo rápido de calentamiento y enfriamiento puede provocar ondulaciones de rodillos y marcas de enfriamiento visibles con luz polarizada. En aplicaciones de pantalla, esta distorsión óptica perjudica la legibilidad para los operarios, que pueden tener que observarla durante horas.
Todos nuestros lotes de vidrio de cubierta endurecido químicamente se someten a ensayos de distorsión del frente de onda transmitido para garantizar que se mantiene por debajo del nivel crítico a partir del cual distrae a los operarios al leer el contenido de la pantalla. La medición del frente de onda es un paso habitual del control de calidad que se aplica a todos los pedidos de paneles de cubierta para HMI.
Espesor, peso y flexibilidad de diseño
El espesor del vidrio es uno de los criterios más importantes al seleccionar el material del vidrio de cubierta para HMI. A continuación se explica por qué el endurecimiento químico domina el segmento del vidrio fino.
Por qué el endurecimiento químico domina el vidrio fino por debajo de este límite| Factor | Endurecimiento químico | Templado térmico |
|---|---|---|
| Espesor mínimo | 0,1 mm | ~3 mm |
| Espesor máximo | ~6 mm | Sin límite superior práctico |
| Intervalo habitual para HMI | 0,55–2,1 mm | 3–6 mm |
| Corte después del proceso | Sí: puede cortarse después del endurecimiento | No: antes debe cortarse a la medida definitiva |
| Perforación después del proceso | Sí | No: se hará añicos |
| Peso (relativo) | Menor (permite utilizar vidrio más fino) | Mayor (requiere vidrio de mayor espesor) |
El vidrio templado químicamente domina las aplicaciones en las que el vidrio de cubierta debe ser fino: paneles táctiles PCAP, equipos médicos, pantallas para dispositivos ponibles y módulos HMI planos. Un vidrio de cubierta endurecido químicamente de 0.7mm o 1.1mm sería demasiado difícil de fabricar correctamente mediante templado térmico.
El vidrio para ambos procesos parte de vidrio flotado; sin embargo, las composiciones de aluminosilicato (por ejemplo, las de Corning o Schott) acaban ofreciendo valores de CS más altos después del proceso de intercambio iónico. La compresión superficial que puede alcanzar cada composición depende de su contenido específico de álcalis y de su estructura.
Para cualquier aplicación de productos HMI que requiera un espesor inferior a 3mm, el endurecimiento químico no solo es preferible, sino que es el único proceso de endurecimiento disponible.
¿Qué opción debe elegir para su vidrio de cubierta de HMI?
La aplicación determinará la decisión, que se reduce al espesor, las consideraciones ópticas y mecánicas y los requisitos de certificación. Utilice este sencillo diagrama de decisión como orientación.
Utilice el endurecimiento químico cuando:
✔ Su vidrio de cubierta tenga menos de 3 mm de espesor
✔ Necesite una distorsión óptica nula para garantizar la legibilidad de la pantalla
✔ Sea necesario cortar o perforar después del proceso
Su sensor táctil PCAP deba disponer de superficies de unión adhesiva planas y sin tensiones
✔ Sea importante reducir el peso (más fino = menor peso)
Utilice el templado térmico cuando:
✔ Su vidrio tenga un espesor de 3 mm o más
✔ Se requiera la certificación como vidrio de seguridad (EN 12150)
Los costes unitarios deban mantenerse bajos en la producción de grandes volúmenes
La tolerancia a la distorsión óptica pueda ser menos exigente (vidrio del cerramiento, no situado delante de la pantalla)
En muchas soluciones HMI industriales se utilizan ambos procesos conjuntamente: vidrio de cubierta endurecido químicamente sobre la pantalla y vidrio templado más robusto (a veces denominado vidrio reforzado) para los paneles protectores exteriores del cerramiento.
Explore todas nuestras capacidades en vidrio de cubierta para paneles HMI y encuentre el proceso que mejor se adapte a su proyecto.
Acerca de esta comparación
SW Glass dispone de una línea de intercambio iónico con KNO (CS>450 MPa) y de un horno certificado conforme a EN 12150 para la transformación de vidrio templado de calidad en nuestra fábrica de Dongguan, Taiwán. Nuestro equipo de ingenieros trabaja a diario con ambos procesos, por lo que su experiencia práctica nos permite ofrecerle el mejor asesoramiento. Las recomendaciones anteriores se basan en la transformación de más de un millón de paneles de vidrio de cubierta para clientes con proyectos OEM destinados a aplicaciones de automoción, médicas y de pantallas LCD industriales durante los últimos 10+ años.
Preguntas frecuentes
Referencias y fuentes
- American Ceramic Society (ACerS) — “Introducción a los vidrios endurecidos químicamente” — ceramics.org
- Corning — “El secreto del vidrio resistente: el intercambio iónico” — corning.com
- Wikipedia — “Vidrio endurecido químicamente” — en.wikipedia.org
- Wikipedia — “Vidrio templado” (referencia EN 12150, ASTM C1048) — en.wikipedia.org
- ASTM — “Especificación C1048 para vidrio plano termoendurecido y totalmente templado” — astm.org
- IEC — “IEC 62262:2002 Grados de protección proporcionados por los envolventes de equipos eléctricos contra impactos mecánicos externos (código IK)” — webstore.iec.ch
