COMPARAÇÃO ENTRE AS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS APRESENTADAS PELAS PLACAS LAMINADAS E PRENSADAS
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- Bento Ramires Farias
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1 COMPARAÇÃO ENTRE AS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS APRESENTADAS PELAS PLACAS LAMINADAS E PRENSADAS Lisiane Navarro de Lima Santana, 2 Juliano Jackson Nadal, 3 Francisco Guimarães Rosa, Márcio Celso Fredel, Orestes Estevam Alarcon. Depto. de Engenharia de Materiais, Universidade Federal da Paraíba, Campina Grande PB. lisiane@dema.ufpb.br 2 Aluno de Iniciação Científica/UFSC 3 Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais/UFSC Depto. de Engenharia Mecânica, LABMAT, Universidade Federal de Santa Catarina RESUMO A experiência acumulada na tecnologia de laminação pelas indústrias de refratários e de cerâmicas avançadas, juntamente com o interesse expressado pelas indústrias de revestimentos, vem despertando o desenvolvimento de pesquisas utilizando o processo de laminação para a obtenção de placas cerâmicas para revestimentos. Neste trabalho foram produzidas placas cerâmicas prensadas e laminadas. No processo de prensagem foi utilizado um pó granulado, produzido industrialmente por via úmida com formulação típica utilizada na fabricação de revestimentos. Os corpos de prova foram compactados em prensa hidráulica. As massas cerâmicas utilizadas para a obtenção das placas laminadas foram preparadas em um misturador planetário. Após a etapa de mistura, as massas foram compactadas em um cilindro laminador e, posteriormente, secas (0ºC/2h) e sinterizadas a 050 C, 00 C, 50 C e 70 C/30min. As placas prensadas apresentaram melhor estabilidade dimensional, quando comparadas com as placas laminadas. As placas laminadas produzidas com as massas desenvolvidas para tal finalidade, apresentaram maior resistência à flexão e menor absorção de água em toda a faixa de temperatura analisada. A laminação de placas cerâmicas representa assim, uma técnica de conformação alternativa promissora na fabricação de placas cerâmicas. Palavras-Chaves: Processo de laminação, Placas cerâmicas, Processo de prensagem. INTRODUÇÃO A conformação das peças cerâmicas para revestimentos realiza-se mediante os processos de prensagem e extrusão. A prensagem é o processo de moldagem mais utilizado para a fabricação de revestimentos, devido à maior estabilidade dimensional que se obtém no produto final. Devido à experiência satisfatória com a tecnologia de laminação nas indústrias de refratários e de cerâmicas avançadas, juntamente com o interesse expressado pelas indústrias de revestimentos, pesquisas utilizando o processo de laminação para a obtenção de placas cerâmicas para revestimentos foram realizadas em escala laboratorial na Alemanha e no Brasil. O processo de laminação está relacionado com o processo de prensagem a seco no que se refere ao material da alimentação, pois este também pode utilizar pós atomizados. A principal diferença é o conteúdo de ligante/plastificante que é consideravelmente maior para as massas que serão submetidas ao processo de laminação (). Uma característica importante deste processo é a possibilidade de selecionar e ajustar alguns parâmetros como: mistura dos componentes, ajustes no alimentador, escolha dos parâmetros ótimos para os rolos (2). A técnica de conformação por rolos é um processo econômico e de alta qualidade para 93
2 a manufatura de componentes cerâmicos (3). Este permite a conformação de peças com várias geometrias, como colunas contínuas, materiais multi-camadas e estruturas ocas. No processo de laminação a massa cerâmica é introduzida através de uma abertura de laminação, formada por dois cilindros posicionados um contra o outro, e assim densificada de modo que se produz uma fita como corpo a verde, a qual pode ser subdividida ou processada continuamente. Após a compactação a peça pode ser cortada ou manuseada, sendo que normalmente não é necessário submeter a peça à secagem (). Através do ajuste da umidade a uma faixa que evite tanto os teores de umidade do processo de extrusão de um lado como também da prensagem a seco de outro, resulta uma possibilidade de fabricação especialmente econômica em termos energéticos, pois o processo de secagem pode ser realizado de maneira menos dispendiosa e o processo de queima, por exemplo, pode se realizar a temperaturas comparativamente menores e em tempos mais curtos. Vantajosamente o corpo a verde apresenta maior resistência mecânica, de modo que se reduzem os problemas de manipulação dos corpos a verde para a continuação do processamento. Mediante o processo de laminação se exerce influência sobre a formação da microestrutura da massa cerâmica. A microestrutura é ajustável e, através dos típicos movimentos de laminação, podem ser obtidas texturas nas massas cerâmicas, que tem efeito positivo sobre as propriedades mecânicas e/ou térmicas e/ou elétricas dos produtos a serem fabricados (5). A aplicação do novo processo resulta em custos de conformação especialmente baixos, porque os cilindros empregados são em regra mutuamente ajustáveis através da modificação da abertura de laminação, com a finalidade de obter a seção transversal desejada. Este trabalho teve como objetivo comparar as propriedades físicas e mecânicas apresentadas por placas cerâmicas produzidas através dos processos de prensagem e laminação. MATERIAIS E MÉTODOS Neste trabalho foi utilizada uma massa cerâmica adequada para a produção de placas cerâmicas para revestimento de parede. A umidade e o teor de aditivos foram adequados para que as massas apresentassem as consistências exigidas pelos processos de prensagem e laminação. O amido foi utilizado como aditivo orgânico. As placas foram produzidas com massas misturadas em dois tipos de misturadores. As massas foram misturadas a frio, durante 30 minutos, por agitação mecânica em um sistema de mistura Haake (rotor sigma R-600) e em um misturador planetário. Após a etapa de mistura, as massas foram compactadas em um cilindro laminador e, posteriormente foram secas (0ºC/2h) e sinterizadas em um forno elétrico com temperatura máxima de 200ºC Schally, utilizando-se taxa de aquecimento de 0 ºC/min. Os corpos de prova permaneceram na temperatura máxima (050, 00, 50 e 70ºC) por 30 minutos, sendo o resfriamento feito dentro do forno. Para a caracterização dos corpos de prova após a queima determinou-se a retração linear, a absorção de água (AA), a densidade aparente (ρ ap ) e a resistência mecânica. As características físicas das placas, como absorção de água e densidade aparente, foram determinadas através da Norma ISO 055/NBR 388 e pelo método de imersão em mercúrio. A retração linear foi avaliada mediante a variação dimensional com a temperatura. Os módulos de resistência à flexão foram determinados pelo ensaio de flexão em três pontos. As mudanças de propriedades relevantes do produto após secagem e queima, foram acompanhadas como uma função do tipo de misturador e do processo de conformação empregado. As placas serão identificadas pelas seguintes simbologias: PL5 - placas laminadas, produzidas com a massa preparada no misturador planetário, apresentando espessura de 5,0 mm; PL3 - placas laminadas, produzidas com a massa preparada no misturador planetário, apresentando espessura de 3,0 mm; PLH placas laminadas, produzidas com a massa preparada no sistema de mistura Haake e submetida a velocidade de 90 rpm, apresentando espessura de 5,0mm; PP placas prensadas produzidas com o pó atomizado. 9
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Visualiza-se na Figura as curvas de resistência mecânica em função da temperatura de queima das placas cerâmicas prensadas e laminadas. As placas laminadas, produzidas com as massas preparadas no misturador Haake e submetidas à velocidade de 90 rpm, apresentam maior resistência à flexão em toda a faixa de temperatura. Esses resultados são provavelmente devido à melhoria na qualidade e consistência da massa submetida a maior taxa de cisalhamento e também a ligação mais rígida entre as camadas durante a conformação. Segundo GOERENZ (5), os típicos movimentos de laminação exercem influência sobre a formação da microestrutura na massa cerâmica, e mediante estes podem ser obtidas texturas, que tem efeito positivo sobre as propriedades mecânicas e físicas dos produtos a serem fabricados. Para as placas laminadas, produzidas com as massas preparadas no misturador planetário e possuindo espessura na faixa de 5,0 mm, observa-se que elas apresentam valores de resistência parecidos com os obtidos para as placas prensadas. Comparando-se os valores de resistência apresentados para as placas laminadas com espessura de 3,0 mm e 5,0 mm, produzidas com as massas preparadas no misturador planetário, observa-se que as placas menos espessas apresentam maior resistência. Este fato provavelmente está relacionado com a melhor densificação obtida, pois as placas foram submetidas a um número maior de estágios de laminação e à pressão aplicada durante a conformação foi mais alta. Fica evidenciado, também, que a temperatura de queima afeta a resistência à flexão. A resistência mecânica é inversamente proporcional à porosidade e ao tamanho de grão; com o aumento da temperatura de queima reduz -se a porosidade. Resistência à flexão (N/mm 2 ) Temperatura ( 0 C) PL3 PLH PL5 PP Figura Efeito da temperatura na resistência à flexão de placas cerâmicas laminadas e prensadas Absorção de água e retração linear A absorção de água de um material cerâmico queimado é um parâmetro utilizado para medir a porosidade aberta, e a retração linear define a estabilidade dimensional do material quando este é queimado. Visualiza-se na Figura 2 as curvas de absorção de água em função da temperatura de queima. Observa-se uma redução da absorção de água com o aumento da temperatura para todas as placas. Quando as peças são queimadas a temperaturas elevadas ocorre a formação de fase líquida viscosa, que diminui as forças de tensão superficial, preenche os vazios entre as partículas e as aproximam, aumentando a retração e diminuindo a absorção (6). Observa-se, também, que as placas prensadas 95
4 apresentam maiores valores de absorção, quando comparadas com as placas laminadas, para todas as temperaturas de queima. As placas laminadas foram produzidas com massas submetidas a altas taxas de cisalhamento. Provavelmente, estas apresentaram uma melhor distribuição de poros e, portanto, menor absorção de água. Todas as peças apresentaram uma diminuição acentuada na absorção de água após 00 o C, este fato pode estar relacionado com a formação da fase líquida, a qual tende a diminuir a porosidade e aumentar a densificação da peça. Absorção de água (%) Temperatura ( o C) PL3 PLH PL5 PP Figura 2 Efeito da temperatura sobre a absorção de água de placas cerâmicas laminadas e prensadas A retração linear após queima varia com a distribuição do tamanho de partícul a, tendendo a aumentar quando o tamanho de partícula diminui para uma dada pressão de compactação. A retração também varia com a composição química, presença de uma considerável quantidade de quartzo pode ser importante na redução da retração. Na Figura 3, observa-se às curvas de retração linear em função da temperatura de queima. Um aumento na retração linear é observado quando se aumenta a temperatura, o que indica uma densificação da peça, em decorrência do coalescimento das partículas e formação de fase líquida na queima. As placas prensadas apresentaram melhor estabilidade dimensional, quando comparadas com as placas laminadas. Isso pode ser atribuído a menor quantidade de aditivos de processamento presente nas placas prensadas. 96
5 Retração linear (%) PL3 PLH PL5 PP Temperatura ( o C) Figura 3 Efeito da temperatura sobre a retração linear de placas cerâmicas laminadas e prensadas CONCLUSÃO O uso de diferentes tipos de misturadores interferiu no processo de mistura. As placas produzidas com as massas misturadas no sistema Haake apresentaram melhores propriedades quando comparadas com as placas obtidas com as massas preparadas no misturador planetário. As placas obtidas pelo processo de laminação apresentaram propriedades físicas e mecânicas comparáveis às produzidas pelo processo de prensagem. A laminação de placas cerâmicas representa, por fim, uma técnica de conformação promissora na fabricação de placas cerâmicas. A principal característica desta técnica é a produção de placas com espessura mais fina quando comparadas com as produzidas pelos processos convencionais, sem que haja comprometimento das propriedades do produto. REFERÊNCIAS. J. BALZEREIT, T. RYMON-LIPINSKI, I. RASS, Roll-Pressing : A New Variation for Shaping Tiles. Journal Ceramic Forum International, 75 (3), -, A. BARBA, V. BELTRÁN, C. FELIU, J. GARCÍA, F. GINÉS, E. SÁNCHEZ, V. SANZ, Materias Primas para la Fabricación de Soportes de Baldosas Cerámicas. AICE, Castellón, E. GOERENZ, T. RYMON-LIPINSKI, European Patent B, T. P. HYATT, Electronics: Tape Casting, Roll Compaction. The American Ceramic Society Bulletin. 7 (0), 56-59, R. E. MISTLER, Tape Casting. Ceramic and Glasses, Engineered Materials Handbook. ASM International, T. RYMON-LIPINSKI, F. GEBHARDT, Roll-Pressing of Ceramic Bodies. Journal Info Ceramic Forum International, 7 (8), 67-69, 99. COMPARISON OF THE MECHANICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF LAMINATED AND PRESSED CERAMIC PLATES Lisiane Navarro de Lima Santana, 2 Juliano Jackson Nadal, 3 Francisco Guimarães Rosa, Márcio Celso Fredel, Orestes Estevam Alarcon. Depto. de Engenharia de Materiais, Universidade Federal da Paraíba, Campina Grande PB. lisiane@dema.ufpb.br 97
6 2 Aluno de Iniciação Científica/UFSC 3 Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais/UFSC Depto. de Engenharia Mecânica, LABMAT, Universidade Federal de Santa Catarina ABSTRACT Due to the satisfactory experience already accumulated in the lamination technology by the refractories and advanced ceramic industries, together with the interest expressed by the tile industries, researches using the lamination technic for obtaining ceramic plates for tiles are being developed in laboratorial scale. In this work pressed and laminated ceramic plates were produced. Appropriate ceramic raw materials for the production of ceramic tiles were used. The samples were compacted by hydraulic press. The ceramic mixture used for the obtaining of the laminated plates were prepared in a planetary mixer. After the mixture stage, the feedstocks were compacted in a cylinder roller and, later on, dried (0ºC/2h) and sintered at 050 C, 00 C, 50 C and 70 C for 30min. The pressed plates presented better dimensional stability, when compared with the laminated plates. The laminated plates produced with the masses developed for such purpose presented larger bending strength and a smaller water absorption in the analyzed temperatures. The results indicate an interesting and promising alternative fabrication route for the production of ceramic plates. Key-words: Lamination process, ceramic plates, pressing process. 98
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