INFLUÊNCIA DA ABERTURA ENTRE ROLOS LAMINADORES SOBRE A COMPACTAÇÃO DE PLACAS CERÂMICAS

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1 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 1 INFLUÊNCIA DA ABERTURA ENTRE ROLOS LAMINADORES SOBRE A COMPACTAÇÃO DE PLACAS CERÂMICAS V.M, Sudério 1, R.L.S. Nunes 2 ; G.A. Neves 3, L.N.L,Santana 3 e H.L, Lira 3 Rua: Estelita Cruz, 537 Alto Branco, Campina Grande/PB, CEP: suderio@zipmail.com.br 1 Instituto Centro de Ensino Tecnológico-CENTEC/UD.JN/CE 2 Bolsista de Iniciação Científica - DEMa/UFCG/PIBIC/CNPq 3 Universidade Federal de Campina Grande - UFCG/DEMa RESUMO As principais técnicas de processamento, utilizadas na fabricação de revestimentos cerâmicos são prensagem e extrusão. Estas apresentam limitações quanto à espessura das placas produzidas. O processo de laminação permite a conformação de placas cerâmicas com espessura na faixa de,5 a 1,mm. O uso desta técnica vem sendo estudado como uma possibilidade para a fabricação de placas cerâmicas para revestimento com paredes finas. Este trabalho tem como objetivo estudar a influência da abertura entre rolos laminadores sobre a compactação de placas cerâmicas. Uma massa cerâmica típica para revestimento foi preparada de modo que apresentasse consistência adequada para o processo de laminação. Foram avaliadas três aberturas de laminação (3,5mm, 3,mm e 2,5mm). As placas laminadas foram secas e queimadas em forno elétrico. Em seguida foram determinadas as propriedades físicas e mecânicas. As placas obtidas com a menor abertura de laminação apresentaram resultados de acordo com as especificações da ABNT NBR Palavras-chave: Placas cerâmicas, compactação, propriedades INTRODUÇÃO A pesquisa e o desenvolvimento tecnológico têm gerado profundas modificações nos processos produtivos. Este desenvolvimento tem sido alcançado devido ao controle nos processos de fabricação e parâmetros de processamento.

2 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 2 A indústria brasileira de revestimentos cerâmicos vem incorporando mudanças significativas nos processos de produção e no desenvolvimento de produtos e tem contribuído significativamente para a melhoria da qualidade dos produtos (1). A técnica de conformação por rolos (laminação), vem sendo estudada como uma possibilidade de fabricação de placas cerâmicas com espessura reduzida, com grandes vantagens sobre outros processos convencionais, sobretudo no custo e produtividade (2). É um processo contínuo e permite elevada capacidade de produção, tendo como objetivo principal economia de energia e matéria-prima, sem comprometer o desempenho dos produtos (3). Neste processo a massa cerâmica é introduzida través de uma abertura de laminação formada por dois cilindros posicionados um contra outro. O espaçamento entre os rolos geralmente é dividido em três regiões em que mecanismos diferentes acontecem: a região de alimentação onde as tensões são pequenas e a densificação é devido ao rearranjo de partículas; a região de compactação, onde as partículas se deformam plasticamente, e a região de release, muito pequena e começa no ponto de maior pressão aplicada pelos rolos (4). Peças com diferentes espessuras podem ser produzidas com o mesmo conjunto de rolos variando-se a taxa de alimentação e o espaçamento entre os rolos laminadores (5). Durante o processamento, a taxa de alimentação deve permanecer uniforme e contínua de modo a preenche suficientemente a abertura entre os rolos, para a obtenção de uma compactação homogênea (6). O processo permite também, um modo de operação em vários estágios, de maneira que várias etapas de laminação são programadas, uma após a outra, aumentando-se o grau de densificação (7). Neste sentido, este trabalho tem como objetivo estudar a influência da abertura entre rolos laminadores sobre a compactação de placas cerâmicas. MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS Para o desenvolvimento deste trabalho utilizou-se uma massa adequada para a produção de placas cerâmicas para revestimento, fornecida pela Indústria Cerâmica Cordeiro S.A., João Pessoa PB. A massa obtida através do processo via úmida possuía umidade de 6,5%. Esta foi corrigida para que apresentasse consistência adequada para o processo de laminação.

3 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 3 MÉTODOS Preparação da massa A massa cerâmica foi submetida à etapa de homogeneização. Nesta etapa foi utilizado um misturador do tipo planetário para a realização da mistura a frio com velocidade de 12rpm por 3 minutos. As massas foram acondicionadas em sacos plásticos por 24 horas para uma melhor distribuição da umidade. Preparação dos corpos de prova Após a etapa de mistura, a massa foi conformada em um cilindro laminador. Os corpos de prova foram laminados com espessuras de 3,5mm, 3,mm e 2,5mm. Os compactos recém-laminados foram secos em estufa (11 C/24h) e posteriormente sinterizados nas temperaturas de 1 C, 15 C, 11 C e 115 C em forno elétrico com taxa de aquecimento de 12 C/min. O resfriamento foi realizado dentro do forno até temperatura ambiente. Após a queima as amostras foram submetidas aos seguintes ensaios: retração linear, módulo de ruptura à flexão, absorção de água, massa específica aparente e porosidade aparente. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 1 são mostrados os valores da retração linear de queima em função da temperatura para as aberturas estudadas. Não foi observada variação significativa na retração linear para as placas obtidas a partir das diferentes aberturas de laminação. Provavelmente, a faixa de abertura estudada não exerceu influência sobre a estabilidade dimensional das placas. Retração Linear (%),5,4,3,2, Temperatura ( C) E-3,5mm E-3,mm E-2,5mm Figura 1 Retração linear dos corpos de provas laminados com espessura de 3,5mm, 3,mm e 2,5mm.

4 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 4 Na Figura 2 são mostrados os resultados da absorção de água em função da temperatura para as aberturas estudadas. Como esperado, observa-se uma diminuição da absorção de água com o aumento da temperatura. Esta diminuição foi mais pronunciada após queima a 115 C. Este comportamento pode estar relacionado com a formação da fase vítrea, a qual tende a diminuir a porosidade. Para espessuras de 2,5mm e 3,mm foi observada uma diminuição na absorção de água, que pode ser atribuída a uma maior pressão aplicada pelos rolos, o que provavelmente favoreceu uma maior compactação. Comparando esses resultados com as especificações da ABNT NBR 13818, observa-se que as placas laminadas podem ser classificadas para a temperatura de 115 C como sendo um material semi-poroso (Grupo CII), por apresentarem absorção de água entre 6% e 1%. Absorção de Água (%) Temperatura ( C) E-3,5mm E-3,mm E-2,5mm Figura 2 Absorção de água dos corpos de provas laminados com espessura de 3,5mm, 3,mm e 2,5mm. Na Figura 3 são apresentados os resultados da porosidade aparente em função da temperatura de queima para as aberturas estudadas. As placas produzidas com a massa, submetida a menor abertura de laminação apresentaram uma diminuição na porosidade. Isto pode ser atribuído ao aumento da pressão aplicada pelos rolos, o que favoreceu maior área de contato entre as partículas e provocou a diminuição do volume e tamanho dos poros tornando a peça mais compacta. Na Figura 4 são apresentados os valores da massa específica aparente em função da temperatura para as aberturas estudadas. As placas obtidas com a menor abertura de laminação e sinterizadas na temperatura de 115 C apresentaram uma maior densificação. Isto pode ser explicado pelo fato de que nesta temperatura, deve estar ocorrendo à formação da fase líquida, aumentando o grau de sinterabilidade do material.

5 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 5 Porosidade Aparente (%) Temperatura ( C) E-3,5mm E-3,mm E-2,5mm Figura 3 Porosidade aparente dos corpos de provas laminados com espessura de 3,5mm, 3,mm e 2,5mm. Massa Específica Aparente (g/cm 3 ) 2,5 2 1,5 1, Temperatura ( C) E-3,5mm E-3,mm E-2,5mm Figura 4 Massa específica aparente dos corpos de provas laminados com espessura de 3,5mm, 3,mm e 2,5mm. Na Figura 5 estão apresentados os resultados da tensão de ruptura à flexão em função da temperatura para as aberturas estudadas. Observa-se um aumento da resistência mecânica com o acréscimo da temperatura. A diminuição da porosidade e a ligação mais forte entre as partículas favoreceram o aumento na resistência mecânica. As placas laminadas com abertura de laminação de 3,mm e 2,5mm apresentaram resistências mais elevadas. Este comportamento pode estar relacionado a uma maior densificação causada pela maior pressão aplicada aos rolos. À medida que se aumenta a compacidade com o aumento da pressão, aumenta-se também a coesão entre as partículas, fato que se traduz em um

6 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 6 aumento da resistência mecânica da peça. Comparando esses resultados com as especificações da ABNT NBR 13818, observa-se que as placas laminadas podem ser classificadas para a temperatura de 115 C como sendo um material semiporoso (Grupo CII), por apresentarem comportamento mecânico entre 18MPa e 3MPa. Tensão de ruptura à flexão (MPa) Temperatura ( C) E-3,5mm E-3,mm E-2,5mm Figura 5 Tensão de ruptura à flexão (TRF) dos corpos de provas laminados com espessura de 3,5mm, 3,mm e 2,5mm. CONCLUSÕES Através do estudo da influência da abertura entre rolos laminadores sobre a compactação de placas cerâmicas, podemos concluir que: ] À redução da abertura de laminação, provocou uma melhoria nas propriedades das placas laminadas. Este fato provavelmente está relacionado com uma maior pressão aplicada aos rolos o que favoreceu uma melhor compactação e densificação durante o processamento; À medida que se aumenta a compacidade com o aumento da pressão aplicada pelos rolos, aumenta-se também a coesão entre as partículas, fato que se traduz em um aumento da resistência mecânica; As placas submetidas à temperatura de queima de 115 C apresentaram comportamento de material semi-poroso (Grupo CII), por apresentarem comportamento mecânico entre 18MPa e 3MPa e absorção de água entre 6% e 1%.

7 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 7 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq pelo auxilio financeiro para a realização da pesquisa e a Cerâmica Cordeiro do Nordeste S.A-PB pelo fornecimento da matériaprima para a realização deste trabalho. REFERÊNCIAS 1. A.P.N.Oliveira,Tecnologia de Fabricação de Revestimentos Cerâmicos. Cerâmica Industrial, 5 (6) Novembro/Dezembro, L.N.L. Santana. Aplicação do Processamento Viscoplástico para a Obtenção de Placas Cerâmicas Lamibadas, Florianópolis, Santa Catarina, 22. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica). Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UFSC. 3. J.Balzereit, T.Rymon-Lipinski, I.Rass, Roll-Pressing: A New Variation for Shaping Tiles. Ceramic Forum International, 75 (3), , J.R. Johanson, Feeding Rool Presses. For Stable roll Operation. Procedings of the Biennial Conference, T.P.Hyatt, Eletronics: Tape- Casting, Roll Compaction. The American Ceramic Society Bulletin, O.Simon, P.Guigon, Roll Press Design Influence of Force Feed Systems on Compaction. Powder Technology 13, 41-48, E. Goerenz, T. Rymon-Lipinski. Euroepean Patent B1, ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 13818, INFLUENCE OF THE OPENING AMONG LAMINATING ROLLS ON THE COMPACTING OF CERAMIC PLATES ABSTRACT The main processing techniques used to produce ceramic tiles are pressing and extrusion. These forming process present limitations related to the thickness of the produced plates. The rolling process produce ceramic plates with thickness relatively thin (,5-1mm). The use of this technique has being studied to fabricate ceramic

8 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 8 plates for tile wall with with thin thickness. The aim of this is to study the influence of the opening between the rolls on the compaction of ceramic plates. Typical mass for ceramic tiles was prepared and the consistency was controlled to produce a satisfactory rolling process system. I was studied three opening size between the rolls (3.5, 3. and 2.5 mm). The laminated plates were dry and sintering in an electric oven. After it was measured the physical and mechanical properties. The plates obtained with the smallest opening size between the rolls presented results in agreement with the specifications of ABNT NBR Key-words: Ceramic plates, compacting, properties