Influência da composição química na permeabilidade em massas de porcelanato esmaltado

Transcrição

1 Influência da composição química na permeabilidade em massas de porcelanato esmaltado Ana Virgínia Lot*, Vanessa L. Gallo*, Leidy J. J. Nieves*, Suelen Nastri*, Murilo Inocentinni***, Vitor Malaguti***, Fábio Gomes Melchiades**, Anselmo Ortega Boschi* *Laboratório de Revestimentos Cerâmicos LaRC, DEMa/UFSCar ** Centro Revestimentos Cerâmicos CRC *** Universidade de Ribeirão Preto - UNAERP Junho/2017

2 Introdução e Justificativa Coração negro Furos no esmalte

3 Introdução e Justificativa Faixa de T C Reações e transformações <200 C Evaporação da umidade residual, água higroscópica e substancias orgânicas Oxidação de piritas (liberação de SO2) Combustão de substancias orgânicas (liberação de CO2) Evaporação da água estrutural e destruição da estrutura cristalina Transformação do quartzo Oxidação do sulfeto de ferro (liberação de SO2) Calcinação do carbonato liberação de CO2 Eliminação da água de argilas ilíticas Início da reação entre silicatos e alumina >1000 Fusão parcial e formação de eutéticos * Esmaltes brilhantes = baixo ponto de amolecimento

4 Permeabilidade propriedade de um material relacionada à maior ou menor dificuldade que o mesmo oferece à circulação de um fluido através dele. Poros FECHADOS Poros ABERTOS Poros CONECTADOS Fluido não penetra Fluido penetra mas fica estagnado próximo à superfície Fluido percorre os canais

5 Volume de poros Arranjo = CONEXÃO Tamanho de poros

6 Volume de poros Arranjo = CONEXÃO Tamanho de poros Gás Formato

7 Volume de poros Arranjo = CONEXÃO Tamanho de poros Formato

8 Objetivo Medir a permeabilidade a cru e avaliar sua evolução com a temperatura - para massas de porcelanato a fim de identificar variáveis que influenciam nessa característica e que poderiam ser controladas na indústria para otimizar o processo de produção e evitar defeitos

9 Metodologia Massas de porcelanato comparadas: Massa padrão (MP) de um porcelanato esmaltado Massa similar modificada para ser mais fundente (MF) Argila 1 Composição das massas em porcentagem (%) das matérias primas utilizadas Argila 2 Argila 3 Argila 4 Filito 1 Filito 2 Talco Calcário Albita Feldspato MP 15,0 16,5 6,0 5,0 35,0 15,0 6,0 1,5 - - MF 12,0 16,5 6,0 5,0 30,0 13,0 6,0 1,5 5,0 5,0 Queimas para curva de gresificação 1170, 1185, 1200, 1215, 1230 C Absorção de água Retração linear de queima

10 AA (%) Curva Gresificação MF AA (%) MF RLq (%) MP AA (%) MP RLq (%) RLq (%) Temperatura de queima ( C)

11 Procedimento Experimental AMOSTRAS CRUAS Massas de porcelanato comparadas: Massa padrão (MP) Massa fundente (MF) Variáveis fixas: Resíduo moagem: 2 a 5% - 63µm Umidade: 6,5% Pressão: 380 Kgf/cm 2 Densidade aparente a cru Módulo de ruptura a flexão Permeabilidade Porosimetria de mercúrio

12 Medida da permeabilidade P saída 50mm AMOSTRA P entrada 5mm

13 Medida da permeabilidade Equação de Forchheimer P saída (P entrada )² - (P saída )² 2. e. (P saída ) μ ρ = v + v² k 1 k 2 AMOSTRA P entrada e = espessura da amostra μ = viscosidade do ar ρ = densidade do ar v = velocidade do ar k 1 = constante de permeabilidade Darcyana k 2 = constante de permeabilidade NÃO Darcyana

14 Resultados AMOSTRAS CRUAS Argila 1 Composição das massas em porcentagem (%) das matérias primas utilizadas Argila 2 Argila 3 Massa Padrão (MP) Massa Fundente (MF) Densidade Aparente (g/cm³) 1,88 1,91 Desvio 0,02 0,01 Módulo de Ruptura Flexão (MPa) 1,6 1,8 Desvio 0,2 0,2 Constante de permeabilidade k 1 (10-15 m 2 ) 1,34 1,67 Desvio 0,09 0,24 Constante de permeabilidade k 2 (10-13 m) Argila 4 Filito 1 Filito 2 Talco Calcário Albita Feldspato MP 15,0 16,5 6,0 5,0 35,0 15,0 6,0 1,5 - - MF 12,0 16,5 6,0 5,0 30,0 13,0 6,0 1,5 5,0 5,0 0,85 1,14 Desvio 0,17 0,17

15 Volume de penetração (cm³/g) Resultados AMOSTRAS CRUAS 0,8 0,7 0,6 MP MF 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 D 50 = 0,3μ D 50 = 0,32μ 0 0,01 0, Diâmetro de intrusão (μ)

16 Características das Matérias Primas Condições de Prensagem Compacto Verde ESTRUTURA DE POROS PERMEABILIDADE A CRU Desenvolvimento das reações

17 Permeabilidade em ALTAS TEMPERATURAS PRENSAGEM Variáveis fixas: Resíduo moagem: 2 a 5% - 63µm Umidade: 6,5% Pressão: 380 Kgf/cm 2 50mm 5mm QUEIMA 750 C 850 C 950 C 1050 C 1100 C 1150 C Permeabilidade Absorção de água Porosimetria de mercúrio

18 Resultados Permeabilidade X Temperatura de queima k 1 (10-15 m 2 ) 10,0 9,0 MP 8,0 MF 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Temperatura de tratamento térmico ( C) k 2 (10-13 m) 35,0 30,0 MP 25,0 MF 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Temperatura de tratamento térmico ( C)

19 AA(%) Resultados Absorção de água 25,0 20,0 15,0 MP MF 10,0 5,0 0, Temperatura de tratamento térmico ( C)

20 Volume de intrusão (cm³/g) Diâmetro médio de intrusão (µ) Volume de penetração (cm³/g) 1,7 1,4 1,2 850 C MP 1 1,4 1,2 MF 0,8 0,6 0,4 0,2 950 C 750 C 1050 C 1100 C 1150 C MF 1,2 1 0,7 950 C 0 0,01 0, Diâmetro de intrusão (μ) 0,8 0,6 0,4 0,2 850 C 750 C 0,2 MP 1050 C C 1150 C Temperatura de tratamento térmico ( C) 0 0,01 0, Diâmetro de intrusão (μ)

21 k 1 (10-15 m 2 ) Diâmetro médio de intrusão (µ) AA(%) 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 MP MF Temperatura de tratamento térmico ( C) 1,7 1,2 MP MF MP MF 0,7 0, Temperatura de tratamento térmico ( C) Temperatura de tratamento térmico ( C)

22 Conclusões Para as massas avaliadas: Antes da queima apesar da maior densidade, a massa fundente apresentou permeabilidade mais elevada. Provavelmente houve contribuição do maior tamanho de poros na estrutura devido à maior fração de partículas grosseiras. A permeabilidade das massas aumentou até uma dada temperatura, o que pode ser atribuído ao aumento do tamanho dos poros com a sinterização. Nas temperaturas em que a absorção de água começou a atingir níveis mais baixos, esse fator passou a ser mais relevante na determinação da permeabilidade da peça, que começou a diminuir.

23 Conclusões A medida da permeabilidade se mostrou uma importante ferramenta para o estudo da microestrutura a verde da peça e da evolução dessa microestrutura na queima. Os resultados auxiliam a identificar variáveis importantes na determinação da permeabilidade das massas em diferentes faixas de temperatura. Tais resultados podem auxiliar no controle/ajuste dessas variáveis no processo de produção dos revestimentos na indústria de forma a evitar defeitos e otimizar a produtividade

24 Obrigada