ESTUDO DA VARIAÇÃO DA TONALIDADE DE MATERIAIS CERÂMICOS TRADICIONAIS. PARTE-II: EFEITO DO TEOR DE UMIDADE DA MASSA

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1 1 ESTUDO DA VARIAÇÃO DA TONALIDADE DE MATERIAIS CERÂMICOS TRADICIONAIS. PARTE-II: EFEITO DO TEOR DE UMIDADE DA MASSA R.P.S. Dutra 1 ; R.M.P.R. Macêdo 1 ; U.T. Bezerra 1 ; R.M. Nascimento 1 ; U.U. Gomes 1 ; L.R.A. Pontes 2 1- Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPgCEM 2- Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - CPGEM / UFPB Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Campus Universitário - Lagoa Nova CEP.: , CP.: 1524, Natal - RN, Brasil rpsd@ccet.ufrn.br RESUMO A cor pós queima dos materiais cerâmicos que não possuem acabamento superficial é uma das características que pode tornar-se fator de diferenciação de qualidade para os consumidores de tais produtos. Dando continuidade ao trabalho anterior, o objetivo deste trabalho é analisar a variação de tonalidade em cerâmicas tradicionais e os fatores que podem ser responsáveis por tal fenômeno, o qual compara o efeito do teor de umidade da massa cerâmica durante sua conformação com a tonalidade e com as propriedades do produto final. Os corpos-de-prova foram preparados por meio de prensagem uniaxial, divididos em grupos com teores de umidade diferentes, variando de 3 % a 21%. Após análise dos resultados ficou constatado que o teor de umidade é um dos fatores que influencia na tonalidade final do material e suas propriedades. No caso desta argila, para fabricação de materiais da cerâmica vermelha, o melhor teor de umidade é em torno de 10 %. Palavras-chave: Argila, cerâmica tradicional, teor de umidade e tonalidade. INTRODUÇÃO O teor de umidade é uma variável do processamento de cerâmicas estruturais que pode modificar as propriedades de um produto, devendo ser controlada durante a conformação do material. Na conformação de materiais de base argilosa por prensagem, o teor de umidade e a pressão de compactação são os principais fatores responsáveis pela

2 2 compressibilidade do material, reproduzindo seu efeito na massa específica seca e demais propriedades. Trabalho anterior (1) comprovou tal efeito, concluindo que o teor de umidade de conformação atua como lubrificante, até certo ponto, diminuindo o esforço entre as partículas de argila durante a acomodação do material no molde (na matriz). Amorós (2) constatou em seu trabalho que a variação de umidade do pó durante a prensagem é um dos fatores responsáveis pela falta de estabilidade dimensional do produto, indicando, inclusive, uma forma de medida contínua e com suficiente precisão da umidade baseado em um sensor de infravermelho. Outra variável relacionada com o teor de umidade é a expansão por extração, ou seja, o aumento do tamanho da peça correspondente à recuperação elástica após prensagem. Melchiades (3) observou que o aumento da umidade da massa levou a uma diminuição da expansão de extração. Não diferente da prensagem, na conformação por extrusão, o teor de umidade é um dos responsáveis pela moldagem do material, por proporcionar a massa cerâmica trabalhabilidade para o desenvolvimento do produto com propriedades apropriadas, tal como, resistência mecânica suficiente ao manuseio do produto necessária nas etapas seguintes do processo de fabricação. Neste sentido, independentemente de se tratar de composições argilosas ou menos argilosas, a resistência mecânica antes da queima diminui, de forma exponencial, à medida que se aumenta o teor de umidade da massa (4). Sabendo-se que a plasticidade (propriedade que um material possui se deformar sem ruptura, pela aplicação de uma determinada força, e depois de retirada ou reduzida esta força manter essa deformação) depende do tipo e da quantidade entre de mineral argiloso e não argiloso, da granulometria das partículas e da forma (textura) das argilas, em geral, uma massa mais plástica aceita mais água até fluir do que uma massa menos plástica. Em outras palavras, significa que uma argila mais plástica necessita de mais água para desenvolver sua plasticidade do que uma argila menos plástica. O teor de umidade é um dos principais responsáveis pela retração linear de secagem, e em produtos cerâmicos conformados por extrusão, o qual se emprega elevadas quantidades de água (teor de umidade maior que 10 %), seu efeito é mais observado. No entanto, quando se utilizam massas com teores reduzidos de

3 3 umidade, a retração linear de secagem pode ser nula ou até negativa, ou seja, pode ocorrer uma expansão da peça. Na parte I deste trabalho (5), estudou-se a influência da temperatura de queima, esta uma condição do processo de fabricação, na variação da tonalidade, ficando clara sua importância e controle. Dando continuidade ao trabalho anterior, este trabalho tem como objetivo principal analisar a variação da tonalidade devido a uma outra característica do processo ainda não observada: o teor de umidade da massa. Da mesma forma, foram determinadas propriedades de secagem e de queima a fim de compará-las com a variação da tonalidade do produto final. MATERIAIS E MÉTODOS A matéria-prima utilizada neste trabalho foi uma argila de uma indústria de cerâmica vermelha do Rio Grande do Norte, proveniente do município de Macaíba, a qual foi processada de acordo com a seguinte sequência: - coleta aleatória da argila no pátio da indústria; - destorroamento manual; - peneiramento em malha com abertura de 0,42 mm; - secagem em estufa elétrica com temperatura de 110 ºC ± 5 ºC; - preparação de 07 grupos de argila com teores de umidade crescentes; - conformação por prensagem de 05 amostras para cada grupo com pressão de compactação de 25 MPa. Os teores de umidade adotados foram escolhidos de forma aleatória com a intenção de uma máxima variação da umidade e que compreendesse o intervalo de massa seca, semi-seca e úmida. Adotaram-se os seguintes teores: 3 %, 6 %, 9 %, 12 %, 15 %, 18 % e 21 %. Entretanto, foi observada uma perda de umidade durante o processo de prensagem, causada pela dificuldade de total vedação dos recipientes que continham as amostras, como também pela perda natural da umidade no momento da conformação dos corpos-de-prova. Após a etapa de secagem, os corpos-de-prova foram medidos quanto as suas dimensões e massa, com um paquímetro (150 mm / 0,01 mm) e uma balança (2 Kg / 0,01 g), respectivamente, para determinação da retração linear de secagem, teor de umidade e massa específica seca. Em seguida, foi realizada a queima em um forno elétrico com atmosfera oxidante, taxa de aquecimento de 5 ºC/min, temperatura final

4 4 de 950 ºC, patamar de 30 minutos na temperatura final e resfriamento natural no próprio forno. Com os corpos-de-prova queimados verificaram-se suas dimensões para determinação da retração linear de queima e a resistência mecânica (flexão em três pontos), utilizando-se a Máquina Universal de Ensaios da Shimadzu; Também foram determinadas, a absorção de água (AA), a massa específica aparente (MEA) e a porosidade aparente (PA) pela norma ABNT NBR 8947 (6). Finalmente, os corpos-de-prova foram fotografados por lotes de teor de umidade, utilizando-se uma câmara fotográfica digital marca Sony, modelo P-33, com resolução de 3.2 MP, procurando-se manter a mesma distância máquina-amostra e a mesma intensidade de luz. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 1 é apresentada a fotografia dos produtos finais, após a etapa de queima, com relação à diferença de tonalidade devido à variação do teor de umidade (3 % - 21 %) durante a compactação do material. Observa-se que uma tonalidade mais escura foi predominando na medida em que a quantidade de água na massa foi aumentando. Este fato deve-se, possivelmente, a uma maior sinterização do produto e das reações envolvidas devido a uma melhor compactação do material no processo de conformação, para os crescentes teores de umidade. No entanto, um estudo mais detalhado do caso é necessário, fugindo do objetivo principal dessa série de trabalhos, o qual é apontar e comprovar os fatores que afetam a tonalidade dos materiais cerâmicos tradicionais. Figura 1: Fotografia do produto com diferentes teores de umidade. Relacionando o teor de umidade do produto após conformação com as propriedades de secagem (massa específica aparente e retração linear de secagem), mostrada na Tabela 1, pode-se constatar o seguinte: a massa específica é crescente até um determinado teor de umidade, e decrescendo lodo após um pico

5 5 máximo, apresentando um comportamento parabólico (Figura 2), e de acordo com estudo realizado por Bezerra (7). Com relação à retração linear de secagem, observa-se que uma maior retração foi provocada por uma maior quantidade de água a ser eliminada na etapa de secagem, fato este já esperado e comentado na introdução deste trabalho. Observa-se na Tabela 1 que a primeira coluna refere-se ao teor de umidade pretendido, ou seja, a quantidade de água adicionada à argila antes da conformação do material, enquanto a segunda coluna mostra o teor de umidade real, referindo-se a quantidade de água após a conformação. Era esperada essa perda de umidade para o ambiente, mesmo com os cuidado tomados, constatando um aumento do desvio padrão na medida em que se adicionou água a argila. Tabela 1: Propriedades de secagem do produto com variação do teor de umidade. Teor de umidade (%) (pretendido) Teor de umidade (%) (real) Massa especifica seca (g/cm 3 ) Retração linear de secagem (%) 3,00 2,84 ± 0,08 1,72 ± 0,03 0,13 ± 0,03 6,00 5,29 ± 0,20 1,83 ± 0,03 0,38 ± 0,05 9,00 7,50 ± 0,48 1,92 ± 0,03 0,58 ± 0,04 12,00 10,31 ± 0,68 1,99 ± 0,03 1,11 ± 0,09 15,00 12,08 ± 0,75 1,98 ± 0,05 1,56 ± 0,23 18,00 15,15 ± 0,57 1,94 ± 0,02 2,70 ± 0,24 21,00 16,75 ± 0,86 1,92 ± 0,06 3,65 ± 0,26

6 6 2,10 Massa espeífica seca (g/cm3) 2,00 1,90 1,80 1,70 1, Teor de umidade (%) Figura 2: Curva da massa específica seca versus o teor de umidade. A Tabela 2 apresenta as propriedades de queima. Observa-se que a perda de massa ao fogo tem um comportamento não linear, começando com um decréscimo do primeiro ao quinto lote de umidade e voltando a crescer nos dois últimos. Foi justamente nesses dois últimos lotes onde ocorreu a maior variação de tonalidade. Esses resultados estão de acordo com a massa específica seca mostrada na Tabela 1 e pela Figura 2. O mesmo comportamento ocorreu com a retração linear de queima. Já à absorção de água, o aumento do teor de umidade provocou um decréscimo, possivelmente, devido a uma maior sinterização do material nos elevados teores de umidade. Tabela 2: Propriedades de queima do produto com variação do teor de umidade. Teor de umidade (%) (real) Perda de Massa ao fogo (%) Retração linear de queima (%) Absorção de água (%) 2,84 ± 0,08 8,41 ± 0,10 1,44 ± 0,05 16,79 ± 0,15 5,29 ± 0,20 8,20 ± 0,09 1,42 ± 0,07 14,15 ± 0,41 7,50 ± 0,48 8,02 ± 0,07 1,34 ± 0,07 12,74 ± 0,44 10,31 ± 0,68 7,93 ± 0,08 1,20 ± 0,09 11,22 ± 0,33 12,08 ± 0,75 7,74 ± 0,04 1,74 ± 0,07 9,77 ± 0,18 15,15 ± 0,57 8,39 ± 0,15 2,42 ± 0,06 9,55 ± 0,38 16,75 ± 0,86 8,59 ± 0,14 2,96 ± 0,07 8,03 ± 0,27

7 7 Na Tabela 3, observa-se que a porosidade aparente apresenta o mesmo comportamento da absorção de água, enquanto que a massa específica e a tensão de ruptura à flexão apresentam comportamento oposto ao da porosidade, ou seja, menor porosidade, maior massa específica e resistência mecânica. Tabela 3: Propriedades de queima do produto com variação do teor de umidade. Teor de umidade (%) (Real) Porosidade Aparente (%) Massa especifica aparente (g/cm 3 ) Tensão de ruptura à flexão (MPa) 2,84 ± 0,08 35,40 ± 0,25 1,75 ± 0,01 1,74 ± 0,24 5,29 ± 0,20 30,99 ± 0,77 1,88 ± 0,02 3,94 ± 0,71 7,50 ± 0,48 28,54 ± 0,86 1,95 ± 0,02 7,10 ± 1,16 10,31 ± 0,68 25,46 ± 0,68 2,01 ± 0,02 9,76 ± 0,54 12,08 ± 0,75 22,45 ± 0,47 2,07 ± 0,00 11,92 ± 1,82 15,15 ± 0,57 21,84 ± 0,80 2,07 ± 0,02 12,30 ± 1,79 16,75 ± 0,86 18,49 ± 0,64 2,12 ± 0,01 14,98 ± 1,50 A Figura 3 mostra a influência o teor de umidade na curva absorção de água versus retração linear de queima. O intervalo indicado para o teor de umidade vai depender do que se quer obter. Fazendo-se uma analogia com uma curva de gresificação, o teor de umidade teve a função da temperatura. Figura 3: Curva da absorção de água versus a retração linear de queima com o teor de umidade.

8 8 CONCLUSÕES Com base nos resultados deste trabalho, pôde-se constatar que a variação do teor de umidade foi responsável por uma variação da tonalidade do material, bem como das propriedades de secagem e queima. Para esta argila, mantida a granulometria do pó, a tensão de prensagem, a temperatura de queima, e demais variáveis de processo, o teor de umidade ideal indicado para conformação por prensagem, depende da necessidade do produto, por exemplo: para fabricação de materiais da cerâmica vermelha, o melhor teor de umidade é em torno de 10 %, visto que foi neste teor que o material obteve maior massa específica seca, menor retração linear de queima, boa resistência mecânica e tonalidade característica. No entanto, pode-se adequar esta argila para outro uso, com outro teor de umidade, variando alguma propriedade do processo. A tonalidade de materiais cerâmicos sem revestimento, até o momento, é uma propriedade pouca explorada e que pode ser um fator de qualidade. AGRADECIMENTOS Os autores agradem a CAPES pelo apoio financeiro e ao Programa de Pós- Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte. REFERÊNCIAS 1. G.R. de Paula, E. Quinteiro, A.O. Boschi, Cerâmica Industrial, 2 (3/4), 1997, pp J.L. Amorós, J.G. Mallol, et al., Cerâmica Industrial, 9 (2), 2004, pp F.G. Melchiades, C.D. Roveri, et al., Cerâmica Industrial, 6 (5), 2001, pp J.L.A. Albaro, Cerâmica Industrial, 6 (2), 2001, pp R.P.S. Dutra, R.M. Nascimento, et al. Anais do 48º Congresso brasileiro de Cerâmica, Curitiba, PR, Junho de 2004, CD-ROM. 6. Norma ABNT, NBR-8447, (1985). 7. U.T. Bezerra, R.P.S. Dutra, et al., XVI Congresso Brasileiro de Engenharia de Materiais, Porto Alegre, RS, Novembro de 2004, CD-ROM.

9 9 STUDY OF THE VARIATION OF THE TONALITY ON TRADITIONAL CERAMIC MATERIALS. PART-II: EFFECT OF CONTENT MOISTURE ABSTRACT Burning color of the ceramic materials without possess covering or superficial finishing is an important characteristic in the choose of products for the consumers. Considering development of the product from raw material standard or processed uniform and platforms, defined variable and specifications, its tonality would have to present the same standard and/or uniformity. However, it is common to find products not uniforms and with different tonalities in the same lot of production. The objective of the study presented in this paper is to analyze the variation of tonality and factors responsible for such phenomenon, being this the second part, which analyzes the content moisture in the tonality of these products. Bodys-of-test were prepared by pressing in uniaxial matrix, which were divided in groups with texts of different moisture. The contents varied from 3 % to 21 %. The results indicate revealing intervals in the final properties for those body-of-test prepared with content moisture different. Key-words: Clay, Bricks, Tonality