Estudo das Propriedades Físico Mecânicas do Papel a ser submetido ao 4º EETCG- Encontro de Engenharia e Tecnologia dos Campos Gerais

Transcrição

1 Estudo das Propriedades Físico Mecânicas do Papel a ser submetido ao 4º EETCG- Encontro de Engenharia e Tecnologia dos Campos Gerais Pâmila Thais Heitkoeter de Melo (FATEB Faculdade de Telêmaco Borba) pamilamelo@yahoo.com.br Resumo: O conhecimento das propriedades físico químicas dos materiais faz necessário para obtenção de resultados que permitam a previsão do comportamento do material ou produto sujeito a esforços. A importância desse estudo situa-se na interação dos conhecimentos e aplicação das leis universais da Física e da Química na explicação dos fenômenos biológicos inerentes a vida. Por conseguinte a composição do papel, sua estrutura e os vários componentes que compõe as propriedades físico-mecânicas dos materiais, posteriormente associando estas ao que ocorre no papel. Neste trabalho abordaremos um estudo sobre os testes de resistência para o papel disponíveis no mercado, estabelecendo assim a viabilidade de aplicação de cada um dos testes selecionados (em relação custo beneficio). Estes testes ajudaram no melhoramento dos processos de fabricação de polpa, gerando alternativas consideráveis para se atingir os objetivos esperados pelo mercado que são papéis com alta resistência, boa printabilidade e maior gama de utilização, principalmente no sentido de embalagens. Estabeleceremos também a comparação e explicação do porque utilizar um método exclusivo para medir a resistência do papel e não o conhecido módulo de Young. Com estes estudos dos testes de medida da resistência do papel, pretende-se adequar o modo de uso para cada tipo de fibra celulósica e assim propiciar melhorias no processo de fabricação de polpa. Palavras-chave: Módulo de Young, resistência, papel cartão. 1. Introdução O conhecimento das propriedades físico químicas dos materiais faz necessário para obtenção de resultados que permitam a previsão do comportamento do material ou produto sujeito a esforços. A importância desse estudo situa-se na interação dos conhecimentos e aplicação das leis universais da Física e da Química na explicação dos fenômenos biológicos inerentes a vida. Por conseguinte a composição do papel, sua estrutura e os vários componentes que compõe as propriedades físico-mecânicas dos materiais, posteriormente associando estas ao que ocorre no papel. Neste estudo abordamos o principal teste de medição de resistência para o papel. Considerando que o papel e largamente influenciado pelo numero de ligações interfibrilares.

2 1. 1 Resistência de Ligações Interfibras A maneira do papel resistir à ação de forças externas, da umidade e do calor, depende de sua composição fibrosa e de sua formação. A resistência do papel é muito importante nos casos onde o papel deve resistir a um esforço aplicado. Esta resistência, sendo um termo vago, precisa ser identificada quanto à sua natureza, como, por exemplo, resistência à tração, resistência ao rasgo resistência ao arrebentamento ou estouro. Na prática, para o desempenho de um papel com fim determinado, só um ensaio mecânico não é significativo para poder deduzir se o papel reúne as condições necessárias para sua utilização. É muito importante obter pelo menos um par de ensaios mecânicos diferentes, significativos para uma determinada aplicação. O método utilizado para medir a resistência no papel foi resistência à tração. Nenhum destes ensaios é uma medida fundamental, mas uma combinação de vários fatores, como flexibilidade, ligações de fibras e resistência da fibra. Tais fatores dependem, entre outros, do tipo de fibras, do comprimento e espessura das fibras, da flexibilidade das fibras individuais, do número de ligações entre fibras, da resistência das ligações individuais, da gramatura do papel, da densidade aparente e da umidade. Os papéis devem resistir, pelo menos, aos diferentes tipos de força que encontram ao longo do processo de produção e utilização. Para a determinação da resistência à tração, submete-se um corpo de prova de largura e comprimento especificados a um esforço de tração uniformemente crescente até a sua ruptura. Figura 1 Disposição das fibras no papel cartão. A resistência à tração é relacionada com a durabilidade e utilidade de um papel, como, por exemplo, para embalagem e outros usos também sujeitos a forças de tensão direta. No caso de papéis de impressão, a resistência à tração indica a probabilidade de ruptura quando são sujeitos à tensão exercida durante o processo de impressão. 2. Objetivo O principal objetivo deste trabalho é utilizar o módulo de Young para se obter medidas em duas amostras de estruturas físicas diferentes.

3 A utilização do módulo de Young para verificação da resistência das amostras de papel cartão foram feitas com intuito de melhorias nos métodos já conhecidos e assim a caracterização do mesmo. Para obter detalhes observáveis em seu comportamento quando submetidos à mesma força F, e assim conseguindo alcançar uma aprendizagem significativa de conceitos importantes no estudo da resistência dos materiais, como: elasticidade, plasticidade, tensão de ruptura e outros. 3. Materiais e Métodos Na realização do experimento fez-se uso: - 01 conjunto de medidas módulo de Young ; - 01 amostra de fios metálicos (MAMBRIFLEX cobre, PVC A-BWF-B de diâmetro: 0,265mm) com 40 cm de comprimento inicial; - 01 amostra de tiras de papel cartão (dimensão: 0,27 mm x 150 mm x 300 mm); - 01 régua para medir a elongação - corpos de prova com diferentes massas. As amostras a serem analisadas ficam suspensas e são submetidas a uma força F a qual é controlada pelo experimentador através de corpos de massas, a cada massa adicionada ao sistema são retiradas informações referentes a variação do comprimento das amostras suspensas. Para cada um dos experimentos realizados verificou-se que ocorre uma variação do seu comportamento ao longo do tempo em que as amostras são submetidas a tensão, e assim a obtenção de resultados caracteristicos para dessas amostras. Figura 2 Módulo experimental para medir a constante de elaticidade de um fio. (m, M corpos de diferentes massas; L o comprimento inicial da amostra; L variação do comprimento da amostra). 4. Resultados e Discussão Analisando os valores obtidos, pode-se dizer que quando se aplica uma força F a um material, independente de sua estrutura física, até um limite (diferente para as duas amostras) na tensão sofrida, os materiais respondem da mesma forma, ou seja, não são observadas

4 mudanças no comprimento ou na espessura, porém também observa-se que a partir desse limite as variações de comprimento passam a ser proporcionais a força F aplicada. E conforme as amostras continuam a serem submetidas ao aumento de tensão, as deformações no comprimento não são mais proporcionais. A partir do momento em que se observa desproporcionalidade, acrescenta-se, que uma pequena variação na força F causa uma elongação considerável nos materiais. E por fim têm-se um limite máximo onde as amostras não suportam mais a tensão e se rompem. A elasticidade propriamente dita, é a capacidade das amostras em retornarem aos seus comprimentos originais. Investigou-se esse comportamento nas deformações das duas amostras, submetendo-as a tensões e depois as retirando para que seu comprimento fosse medido novamente e comparado ao original, desta forma obtivemos uma resposta diferente para as duas amostras, o fio metálico sofre deformações irreversíveis cada vez que é submetido a deformações maiores, enquanto que o papel cartão independente da tensão sofrida retorna ao seu comprimento original. 5. Figuras Figura 3 Gráfico representativo do comportamento da amostra de fio metálico.

5 Figura 4 Gráfico representativo do comportamento da amostra de papel cartão. 6. Conclusão No fio metálico obtemos uma observação mais detalhada de como um material responde a submissão de tensões, pois permite que seu comprimento varie significativamente em relação ao comprimento original, enquanto que no papel cartão essas observações não acontecem da mesma forma, pois sua elongação é muito rápida, a partir do instante em que a variação no comprimento deixa de ser proporcional à tensão aplicada a amostra já sofre arrebentamento instantaneamente. O tratamento de deformações usualmente se limita ao caso linear. Embora sob o ponto de vista teórico não seja fácil a descrição de comportamentos não-lineares, sob o ponto de vista experimental é possível e desejável explorar outras situações. Neste trabalho apresentamos um experimento simples, constituído tão somente por um conjunto de medidas módulo de Young, que permite a retiradas de medidas a cunho comparativo entre amostras de fios de cobre e tiras de papel cartão. Obtendendo resultados que descrevem as diferentes comportamentos das amostras analisadas. Com isso obtemos uma aprendizagem significativa de conceitos aplicados a engenharia. 7. Referências Bibliográficas A. Maximo; B. Alvarenga. Física. Ed. : Scipione, São Paulo; 1997 D. Halliday; R. Resnick; J. Walker. Fundamentos de Física. Ed.: LTC livros técnicos e científicos S. A., Rio de Janeiro, 1996; Vol.1,2. P. A. Tipler. Física. Ed.: Guanabara Koogan S.A., Rio de Janeiro, 1976; Vol.2b. L.Van Vlack. Principio da Ciência dos Materias Ed.:edgrard Blücher,2004 E. Russell Johnston Jr., F. Pierre Beer. Resistência dos Materiais Ed.:McGraw-Hill.Co,1982

6 Mützenebrg,L.A. Fios de Aço e de Cobre Submetido a Forças de Tração Disponivel em :