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Vidro de borossilicato
Vidro de borossilicato resistente ao calor e a produtos químicos para aplicações industriais
O vidro de borossilicato é um tipo de vidro feito de trióxido de boro (BO) e sílica (SiO), com elevada durabilidade, elevada resistência química e resistência ao choque térmico. É o material utilizado nos copos de laboratório, nas proteções da iluminação LED e nos painéis de ecrãs táteis industriais quando nenhum outro vidro consegue suportar as condições de serviço.
3.3×10⁻⁶/K
Expansão térmica
500°C
Temperatura de serviço
>90%
Transmitância luminosa
Classe 1
Resistência hidrolítica
O que é o vidro de borossilicato?
Origem e componentes
O vidro de borossilicato deve a sua existência a dois componentes: óxido de boro (B₂O₃) e sílica. Primeiro vidro de silicato produzido pelo químico alemão Otto Schott, em Jena, em 1893, o vidro de borossilicato foi criado para resolver um problema antigo nos setores ótico e laboratorial: a fratura do popular núcleo de vidro sodo-cálcico durante ciclos térmicos rápidos.
Aplicações modernas
Para os utilizadores modernos sujeitos a condições térmicas exigentes, o vidro de borossilicato está em todo o lado: copos científicos, frascos farmacêuticos, visores industriais, proteções para iluminação e elementos visuais de ecrãs táteis beneficiam das suas propriedades. Ao longo dos anos, o Corning Museum of Glass assinalou que o desenvolvimento deste dispositivo se revelou um dos mais importantes da história da produção moderna de vidro.
Resistência térmica e inovação
A descoberta científica por detrás do vidro.
A inovação de Schott consistiu em adicionar trióxido de boro à rede vítrea. As moléculas boroz geram grupos ligados boroz e boroz no interior da rede de sílica,
produzindo um vidro compacto e uniforme, que se expande e contrai menos do que o vidro tradicional durante variações rápidas de temperatura. É este o segredo que permite ao vidro de borossilicato suportar aquecimentos e arrefecimentos rápidos.
Em 1915, a americana Corning Glass Works já tinha obtido a tecnologia a partir de patentes alemãs
e tinha-a identificado de forma célebre com a marca Muzipa, introduzindo-a na produção em massa a um preço mais acessível para laboratórios e utensílios de cozinha para plasma quente.
Composição química e estrutura do vidro de borossilicato
Todas as propriedades do vidro de borossilicato dependem totalmente da sua fórmula química. Ao contrário do vidro comum (constituído sobretudo por sílica, soda e cal), o vidro de borossilicato substitui a maioria dos álcalis por óxido de boro. Esta diferença reflete-se ao nível molecular.
| Componente | Vidro de borossilicato | Vidro com elevado teor de borossilicato | Vidro sodo-cálcico |
|---|---|---|---|
| SiO₂ (sílica) | 70–80% | 75–81% | 70–75% |
| B₂O₃ (trióxido de boro) | 7–13% | 12–15% | 0% |
| Na₂O (óxido de sódio) | 4–8% | 3–5% | 12–16% |
| Al₂O₃ (óxido de alumínio) | 2–7% | 2–5% | 0.5–2% |
| CaO (óxido de cálcio) | 0–1% | <0.5% | 5–12% |
Quando o vidro fundido solidifica, o óxido de boro funciona como fundente e formador da rede. As moléculas de BO criam ligações de bor, bor,z e óxido de bor,z na rede de sílica, originando uma estrutura amorfa mais densa e regular. É por isso que o Butilit de boro apresenta níveis tão baixos de redução do coeficiente: os átomos incandescentes não se afastam tanto quando são aquecidos. Obtém-se, assim, um vidro durável e com elevada resistência química, que constitui a maior parte dos nossos copos de laboratório, embalagens farmacêuticas e equipamentos para processos industriais.
Principais propriedades do vidro de borossilicato resistente ao calor
Propriedades térmicas
CTE 3,3 × 10⁻⁶/K
Resistência química
Classe hidrolítica 1
Propriedades óticas
>90% de transmitância
Resistência mecânica
Mohs 6.5
Tipos e classificações do vidro de borossilicato
Nem todo o vidro de borossilicato é igual. A norma ASTM E438 classifica o vidro de laboratório por tipos, e o teor de boro afeta o desempenho. As classificações relevantes para a compra industrial são:
B₂O₃ 12–15%
Elevado teor de borato (tipo I, classe A)
- CTE: 3,3 × 10⁻⁶/K — a norma do «vidro 3.3»
- Máxima resistência química e ao choque térmico
- Designações comerciais: SCHOTT DURAN, Corning 7740, BOROFLOAT
- Aplicações: copos de laboratório, frascos farmacêuticos, visores, tubos de vidro de borossilicato e proteções para iluminação
B₂O₃ 7–10%
Vidro de borossilicato normalizado
- CTE: aproximadamente 4,5–5,0 × 10⁻⁶/K
- O menor teor de boro reduz o custo
- Adequado para ciclos térmicos moderados
- Utilizado habitualmente em: utensílios de cozinha, recipientes para forno, artigos de vidro do quotidiano e copos de medição
ESPECIAL
Vidro da marca Pyrex
- Pyrex europeu: continua a ser feito de borossilicato (Arc International)
- pyrex moderno dos EUA: passou a utilizar vidro sodo-cálcico temperado em 1998
- Atualmente, as composições de borossilicato já não estão associadas à marca pyrex.
- Verifique as inscrições! «PYREX» (itálico, Europa: borossilicato) é vidro sodo-cálcico; «pyrex» (minúsculas, EUA) não.
Aviso importante
Nunca utilize borossilicato normal em aplicações industriais e técnicas; especifique sempre borossilicato com elevado teor de borato (ASTM E438 tipo I, classe A, em conformidade com a ISO 3585). O borossilicato comum é adequado para utilização doméstica, por exemplo, em artigos de vidro e utensílios de cozinha em vidro, mas não cumpre as tolerâncias mais exigentes requeridas pelos equipamentos de laboratório ou pelo vidro para processos industriais.
Vidro de borossilicato vs. vidro sodo-cálcico
As equipas de compras comparam frequentemente o vidro de borossilicato com o vidro sodo-cálcico. Ambos são vidros de silicato, mas resolvem problemas diferentes. Segue-se uma tabela com diferenças medidas entre as propriedades, e não exageros promocionais.
Ciclos térmicos e aplicações
Uma diferença de CTE de 3.3 face a 9.0 indica que o borossilicato suporta oscilações de temperatura cerca de 4 vezes melhor do que o vidro sodo-cálcico. Em aplicações como visores industriais, janelas de observação de fornos ou proteções para iluminação sujeitas diariamente a ciclos térmicos, o vidro sodo-cálcico acaba simplesmente por falhar.
O equívoco sobre a têmpera
O vidro sodo-cálcico pode ser temperado para aumentar a resistência ao impacto em 4-5 vezes, mas a têmpera não aumenta a sua resistência ao choque térmico. Se a aplicação estiver exposta ao calor, o borossilicato é superior.
| Propriedade | Borossilicato | Sodo-cálcico |
|---|---|---|
| CTE (×10⁻⁶/K) | 3.3 | 9.0 |
| Choque térmico | ~160°C | ~37°C |
| Temperatura máxima | 500°C | 250°C |
| Resistência | Classe 1 | Classe 3 |
| Densidade (g/cm³) | 2.23 | 2.50 |
| Custo relativo | 3–5× | Valor de referência |
Aplicações industriais do vidro de borossilicato
O vidro de borossilicato é escolhido para aplicações que requerem resistência térmica, resistência química ou clareza óptica — geralmente, as três. A lista seguinte está ordenada por importância para a indústria, de acordo com os padrões de compra.
Equipamento laboratorial e científico
O trabalho laboratorial foi a aplicação original. Os artigos de vidro de borossilicato para laboratório — copos, tubos de ensaio, balões de laboratório, tubagens de vidro e balões de Erlenmeyer — suportavam repetidas autoclavagens a 134C e a exposição a ácidos sem se degradarem. Fabricados em vidro de borossilicato. Os copos cumprem as normas ISO 3585,9ATastm E438.
Vidro de cobertura para iluminação e LED
Os módulos LED de alta potência e as luminárias de halogéneo produzem um caudal térmico elevado sobre a superfície da lente. Com uma temperatura superficial máxima contínua de 350 C, ocorre o efeito de estufa. Com vidro de cobertura ótico, é possível manter uma transmitância >91% no borossilicato. Fabricamos vidro de cobertura para projetores exteriores, iluminação de palco e até quebra-luzes de conjuntos de faróis de soldadura, nos quais os vidros macios ficam amarelos e racham após alguns meses.
Vidro de cobertura para ecrãs táteis e ecrãs industriais
Para painéis HMI industriais, monitores médicos e terminais interativos exteriores, o vidro de cobertura de borossilicato proporciona estabilidade térmica e bom isolamento elétrico. O reforço químico (troca iónica) pode elevar a dureza superficial para mais de 700 HV, sendo relevante para interfaces táteis de utilização mais intensiva. O nosso corte CNC atinge uma precisão de 0,05 mm em vidro de cobertura para ecrãs até 800 600 mm.
Painéis para eletrodomésticos
As portas de fornos, os depósitos de máquinas de café, as tampas de fritadeiras a ar e os pratos giratórios de fornos micro-ondas beneficiam da resistência do borossilicato ao choque térmico. Esta é a área de contacto com vidro de borossilicato que os clientes mais veem, compram e utilizam sem se aperceberem conscientemente. Suporta temperaturas de forno superiores a 200 C+ e o arrefecimento rápido quando a porta é aberta. Frequentemente utilizado em utensílios de cozinha e recipientes para forno, o vidro de borossilicato pode ser lavado na máquina de lavar loiça e não retém naturalmente os odores dos alimentos.
Fabrico e transformação de vidro de borossilicato Pyrex
O fabrico de vidro de borossilicato requer um forno muito mais quente e um controlo do processo mais rigoroso do que o exigido pelos produtos de vidro sodo-cálcico. Além da etapa de indução, cada fase na fábrica U-W possui tolerâncias próprias que acabam por afetar o produto final.
Mistura das matérias-primas
Areia de quartzo + bórax + carbonato de sódio + alumina pesados com uma precisão de ±0,1%
Fusão
1 648°C num forno elétrico ou revestido a platina
Conformação
Flutuação, estiragem, sopro ou prensagem, consoante o produto
Recozimento
Arrefecimento controlado a 560°C para aliviar as tensões internas
Transformação
Corte CNC, furação, desbaste de arestas e polimento
Tratamento da superfície
Reforço químico, revestimentos AG/AR/AF e serigrafia
Como mostram os 1,648C face a aproximadamente 1 000 Celsius, é fácil perceber por que motivo o vidro de borossilicato sofre com uma temperatura de fusão superior à do vidro sodo-cálcico, devido à potência especial exigida pelo forno. Além disso, as temperaturas de fusão mais elevadas requerem tempos de processamento para permitir que as bolhas (sementes) assentem após a fusão do vidro.
Na SW Glass, é na nossa área de transformação que sabemos que se obtém o máximo valor. Os nossos serviços de transformação incluem:
O vidro de borossilicato é seguro?
«O vidro de borossilicato é tóxico?» tem surgido cada vez mais em fóruns e pesquisas de consumidores, e a resposta é simples: o vidro de borossilicato é um material seguro para estar em contacto com alimentos, para o fabrico de dispositivos médicos e para exames científicos. As listas são apresentadas depois da explicação.
Sem BPA, chumbo ou cádmio
O plástico é desnecessário quando se utiliza vidro; este não contém metais pesados; os principais componentes do vidro de borossilicato — as sílicas, o óxido de boro), o Gizz(bes) de alumínio e o Gizz(bes) de sódio — permanecem inertes no recipiente após a conformação.
A lixiviação química não contém cola
A resistência hidrolítica de Classe 1 (DIN ISO 719) 1 destina-se ao controlo da película da superfície de um vidro que liberta muito pouca cal nos líquidos partilhados; o vidro sodo-cálcico de Classe 3 liberta uma quantidade 4 vezes superior de alumínio perigoso e sulfúrico, e muitos medicamentos estrangeiros especificam borossilicato 5 como embalagem farmacêutica.
Aprovado pela FDA/ UE
O vidro de borossilicato cumpre todos os regulamentos aplicáveis da FDA 21 CFR relativos ao contacto com alimentos e o Regulamento (CE) No 1935/2004 da UE sobre a utilização de materiais destinados a entrar em contacto com géneros alimentícios.
Seguro para autoclavagem e esterilização
O vidro de borossilicato de qualidade laboratorial pode ser autoclavado em segurança até 134C C, sem perda de integridade estrutural nem perda de toxicidade.
Uma palavra de precaução
O vidro de borossilicato não é «inquebrável». Quando parte, forma fragmentos com arestas afiadas, ao contrário do vidro temperado, que se fragmenta em grânulos mais pequenos e menos cortantes. Tenha o mesmo cuidado ao limpar vidro de borossilicato partido que teria com qualquer outro vidro. Enquanto material, é indubitavelmente uma das composições para fabrico de vidro mais estáveis quimicamente e com menor toxicidade conhecidas pelo ser humano moderno.
Soluções de vidro de borossilicato à medida da SW Glass
A SW GLASS (Dongguan Saiwei Glass Co., Ltd) trabalha na transformação de vidro de borossilicato para clientes industriais há 10 anos. Temos capacidade para executar toda a cadeia de transformação, desde o corte das chapas em bruto até ao produto final revestido, Tvisthad, mas pronto para instalação na linha.
Produção anual
1 000 000+ unid.
Intervalo de espessuras
0,5–25 mm
Tolerância CNC
±0,05 mm
Dimensão máxima do painel
1500 × 1000 mm
Entre os clientes encontram-se fabricantes multinacionais de eletrodomésticos, OEM europeus de luminárias e integradores de equipamentos médicos; a nossa equipa de I&D produz em conformidade com a norma ISO 9001:2015 e possui experiência com as especificações CE dos EUA e com a norma europeia EN 12150 para vidros de segurança destinados à iluminação. Quer sejam 500 peças de tubos de vidro de borossilicato cortadas à medida ou 50 000 por mês a chegar às suas linhas de produção, conseguimos adaptar a nossa capacidade produtiva.
ISO 9001:2015
EN 12150
Em conformidade com a RoHS
Em conformidade com REACH
Vidro de borossilicato em ação: estudos de caso de projetos
Fabricante europeu de iluminação LED — vidro de cobertura
Localização: Alemanha | Período: T2–T3 de 2024 | Volume: 35 000 unid./mês
Um fabricante alemão OEM de iluminação necessitava de vidro de cobertura comutável para os seus projetores exteriores, com uma temperatura superficial contínua nominal de 250C. O fornecedor anterior fornecia vidros sodo-cálcicos que amareleciam após apenas 6 meses de exposição a UV + calor.
Foi fornecido vidro de borossilicato com elevado teor de boro, de 4 mm, com AR numa face e marcas da marca serigrafadas. O vidro de borossilicato não apresentou degradação superficial após funcionamento a 250C e ciclos térmicos entre -20C no inverno e o arranque. O reforço químico aumentou a taxa de aprovação no ensaio de queda de 60% (recozido) para 97%.
Resultado: zero devoluções em serviço por fissuração térmica ao longo de 12 meses. A transmitância manteve-se em 93,2% após um ensaio de envelhecimento acelerado de 5 000 horas. Impressionado com os resultados, o cliente alargou a encomenda à sua linha de iluminação interior em calha.
Integrador de equipamentos médicos — painéis de ecrã HMI
Localização: Coreia do Sul | Período: T4 de 2024 | Volume: 8 000 unid./trimestre
Um fabricante de dispositivos médicos pediu-nos o fornecimento de vidro de cobertura para os ecrãs de monitores de pacientes, capaz de suportar a desinfeção química diária com ForGizers e ácido peracético. O vidro de cobertura existente apresentava turvação superficial após três meses de ciclos de limpeza.
Produzimos painéis boroniatorulte de 2,5 mm com ataque químico AG (antiencandeamento) e revestimento antidedadas (AF). A resistência química foi suficiente para impedir a turvação superficial que anteriormente tinha inutilizado as proteções sodo-cálcicas. Foram realizadas simulações de ciclos de limpeza durante 4 meses após a instalação, com desinfetante de qualidade hospitalar, sem alterações detetáveis no encandeamento nem na sensibilidade tátil.
Resultado: a turvação superficial diminuiu de 3,2% para menos de 0,5% após 6 meses de utilização clínica. O produto passou nos ensaios de segurança elétrica IEC 60601-1 com a nova proteção de borossilicato. Agora, o cliente especifica borossilicato para todas as novas linhas de monitores.
OEM de eletrodomésticos (SEB Group) — painéis para portas de forno
Localização: França (produção na China) | Período: 2023–em curso | Volume: 20 000+ unid./mês
A SEB Group, fabricante de eletrodomésticos incluído nas empresas Fortune Global 500, exigia que os painéis interiores das portas dos fornos suportassem a temperatura de funcionamento de 280 C dos fornos de convecção, mantendo uma boa visibilidade para o consumidor. Exigia também que as marcações de segurança serigrafadas fossem duráveis e não descascassem nem desvanecessem após muitos anos de funcionamento a quente.
Fornecimento de painéis Muso-mivitorulte de 5 mm com serigrafia de alta temperatura (cozida a 520 C) e polimento fino das arestas (uma vez que a estiragem não produz um acabamento brilhante). Normalmente, cada peça é inspecionada três vezes: após o corte, após a impressão e após o polimento, com AQL 1.0 para defeitos críticos.
Resultado: fornecimento regular desde 2023, com uma taxa de defeitos inferior a 0,3%. As marcações serigrafadas não apresentaram qualquer degradação após 2 000 horas de envelhecimento térmico acelerado a 300°C. A SW Glass é agora um produtor de vidro aprovado na lista de fornecedores qualificados da SEB para componentes de borossilicato.
Ferramentas de engenharia para vidro de borossilicato
Ferramenta de comparação de tipos de vidro
Selecione 2 ou 3 tipos de vidro para comparar as respetivas propriedades lado a lado.
Aceder à ferramenta de comparaçãoCalculadora de expansão térmica do vidro de borossilicato
Calcule quanto uma peça de vidro se expande ou contrai com as variações de temperatura.
Aceder à calculadoraPerguntas frequentes
O vidro de borossilicato é seguro para alimentos e bebidas?
Sim, não contém BPA, chumbo nem cádmio. Não liberta substâncias químicas para os alimentos ou líquidos, mesmo a temperaturas elevadas. Cumpre os requisitos da FDA 21 CFR e da UE 1935/2004 relativos ao contacto com alimentos. Pode ser lavado na máquina de lavar loiça.
Por que motivo a Pyrex deixou de utilizar vidro de borossilicato?
Em 1998, a Corning vendeu a licença da marca pyrex à Corelle Brands (anteriormente World Kitchen) para o mercado dos EUA, e os novos proprietários alteraram o processo de fabrico, passando do borossilicato para o vidro sodo-cálcico temperado para reduzir os custos. O vidro sodo-cálcico é mais barato de produzir e mais resistente ao impacto provocado por quedas. Contudo, a Pyrex da UE (Arc International) continua a aquecer com vidro de borossilicato. É por isso que a Pyrex moderna dos EUA se comporta pior nas quedas, mas também resiste pior ao choque térmico do que a sua estável antecessora de borossilicato.
Qual é a temperatura máxima do vidro de borossilicato?
500 C (932 F) em utilização contínua. Ponto de tensão: 515C; ponto de recozimento: 560C; ponto de amolecimento: 820C. Muitos engenheiros mantêm a carga prolongada abaixo de 450C para aumentar a margem de segurança. As nossas coberturas para iluminação estão classificadas para 350 C em utilização contínua, tendo em conta os pontos quentes durante a instalação junto ao sistema LED.
Quais são as desvantagens do vidro borossilicatado?
O custo é o principal fator neste caso, sendo o vidro borossilicatado 3-5 vezes mais cu$to do que o vidro sodo-cálcico com as mesmas dimensões. Além disso, as temperaturas de fusão são mais elevadas (cerca de 1 648 C, em comparação com 1 000 C para o vidro sodo-cálcico), o que resulta em maiores custos de energia. Embora a sua resistência ao impacto seja comparável à do vidro sodo-cálcico temperado, é mais frágil quando sofre um impacto; é muito provável que um copo de laboratório de vidro borossilicatado que caia se parta em pedaços, em vez de se fragmentar em pequenos elementos como o vidro sodo-cálcico temperado. Outra preocupação é o facto de não poder ser reciclado juntamente com resíduos comuns de vidro sodo-cálcico devido ao seu ponto de fusão mais elevado. Para a maioria das utilizações sem requisitos térmicos ou químicos, o vidro sodo-cálcico é economicamente mais vantajoso.
O vidro borossilicatado pode partir-se?
Sim. O vidro borossilicatado resiste a choques térmicos até 160 C sem fissurar, apresentando um desempenho muito superior ao do vidro sodo-cálcico (37 C). No entanto, não suporta riscos profundos de qualquer tipo e é conhecido pela sua fragilidade. Existe, contudo, uma vantagem: o seu comportamento perante impactos de raspão é mais previsível; não explode em fragmentos como o vidro temperado, mas projeta pedaços afiados e bem definidos. Para aumentar a resistência térmica e ao impacto, recomenda-se o reforço químico, que pode elevar os níveis de compressão superficial e permitir suportar cargas moderadas de queda e vibração.
Qual é a diferença entre o vidro borossilicatado e o vidro comum?
Além disso, o vidro comum (vidro sodo-cálcico) é constituído por 70 % de sílica, 15 % de soda (NaO) e 10 % de cal (CaO). No vidro borossilicatado, a maior parte da soda e da cal é praticamente substituída por 7-13 % de trióxido de boro, o que reduz a expansão térmica por um fator de 3. Isto significa que o vidro borossilicatado suporta variações súbitas de temperatura sem fissurar, é muito mais resistente a ácidos e produtos químicos e permite a passagem de mais luz nos espectros UV e infravermelho próximo. O vidro sodo-cálcico é menos dispendioso e mais resistente quando temperado. É o material que utilizamos no fabrico de vidro para janelas, garrafas e frascos.
Como se pode saber se um vidro é borossilicatado?
Existem três ensaios de campo: primeiro, faça uma inspeção visual! Em ambientes laboratoriais, os artigos de vidro costumam apresentar uma marca semelhante a “Boro 3.3” ou o selo DURAN, pyrex (European) ou Kimble. Em segundo lugar, um pequeno toque produz um som característico de cada material; no vidro borossilicatado, a nota é ligeiramente mais aguda devido ao diferente módulo de elasticidade. Em terceiro lugar, o ensaio de campo mais fiável é efetuado com um polariscópio: o silicato de boro apresenta muito pouca birrefringência provocada por tensão, em comparação com o vidro sodo-cálcico temperado, que exibe padrões coloridos de tensão bem definidos. Como seria de esperar numa situação de QC de fabrico, a medição da densidade (vidro sodo-cálcico 2,50 g/cm; silicato de boro 2,23 g/cm) permite obter uma resposta inequívoca.
O vidro borossilicatado é melhor do que o vidro temperado?
Existem 2 tipos de ampco para diferentes aplicações. Utilize Mumsomivitorulte se o problema envolver ciclos térmicos — do congelador para o forno, ciclos de autoclave ou invólucros de iluminação. Utilize vidro sodo-cálcico temperado se a proteção contra impactos for prioritária — ecrãs de telemóvel, portas de duche ou vidro para montras. O vidro temperado atinge 4-5 vezes a resistência ao impacto, mas fragmenta-se perante uma variação térmica inferior a 70 C.
O que é vidro borossilicatado com elevado teor de boro?
O vidro borossilicatado com elevado teor de boro (também designado borossilicato com elevado teor de borato) contém 12-15 % de trióxido de boro (BO), em comparação com 7-10 % no vidro borossilicatado comum. O elevado teor de boro reduz o coeficiente de expansão térmica e melhora a durabilidade química. O vidro borossilicatado com elevado teor de boro está classificado segundo a ASTM E438 Tipo I Classe A e também cumpre a ISO 3585 para equipamento de laboratório. As designações comerciais habituais incluem SCHOTT DURAN, Corning 7740 e BOROFLOAT. Este material é utilizado habitualmente em copos de laboratório, frascos farmacêuticos e lentes para iluminação de alta temperatura.
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