Estudo das propriedades mecânicas em cerâmica porcelanato submetidas à queima rápida Piccoli, Rosaura (1); Rofrigues Neto, João Batista (2); Hotza, Dachamir (2) (1) Senai; (2) UFSC rosaura@sc.senai.br RESUMO O uso racional da energia está cada vez mais importante para a sustentabilidade dos processos industriais. Na indústria cerâmica a energia ( térmica e eléctrica) é um componente importante do processo. Como tal, a sua contribuição para os custos de produção industrial desempenha um papel importante, no entanto, a evolução contínua da tecnologia utilizada e da implementação de medidas de economia de energia têm reduzido o impacto desse fator no custo final do produto. Espera-se que com o desenvolvimento deste trabalho desenvolver uma composição para a produção de revestimento cerâmico tipo de porcelanato técnico que apresente propriedades físicas, térmicas e estruturais otimizadas em relação aos fabricados atualmente, adequados para serem sinterizados a uma temperatura de queima a partir de 1150 C a 1.230 C e ciclos de queima ultrarrápidos. Estudos preliminares mostraram que é possível obter revestimento tipo grés com características otimizadas a ciclos de queima de 2 minutos. Palavras chave: queima ultra rápida, gres porcelânico, economia de energia. 1. INTRODUÇÃO Após o desenvolvimento da queima rápida (monoqueima), que caracterizou o final dos anos 70 e boa parte dos anos 80, a segunda grande revolução no setor cerâmico deu-se com a concepção do porcelanato, produto este que se difere dos demais tipos de revestimentos devido ao elevado nível tecnológico envolvido em seu processo produtivo, o qual envolve uma queima em ciclos rápidos a temperaturas compreendidas entre 1.200 e 1.250 C e, sobretudo, pelas suas notáveis características técnicas e estéticas, o que o coloca em posição forte e altamente rentável (MENEGAZZO et al., 2001). 431
A crescente exigência de qualidade do produto acabado e o desenvolvimento de novos processos tecnológicos conduzem à necessidade de matérias-primas cada vez mais específicas para um determinado processo. A busca de novas matérias-primas mais adequadas à conveniência global da produção se converte em um processo dinâmico permanente (NAVARRO & AMORÓS, 1981). A produção de porcelanato a ciclos de queima inferiores aos praticados atualmente é um grande desafio com que os técnicos têm-se deparado. Para as composições de massa utilizadas atualmente, são empregados ciclos de queima da ordem de 60 a 90 minutos, dependendo da tipologia do produto que estiver sendo produzido. O desenvolvimento de composições de massa que possam ser sinterizadas a ciclos de queima da ordem de 30 a 40 minutos apresenta-se como uma importante contribuição para a indústria de revestimentos cerâmicos, pois a economia energética envolvida neste processo colocará este tipo de produto em condições mercadológicas mais favoráveis. O maior desafio encontrado é garantir a estabilidade dimensional, porosidade, absorção de água, retração térmica linear e resistência mecânica desse tipo de produto. A motivação para essa pesquisa é, portanto estabelecer uma correlação entre as características das argilas (fases mineralógicas presentes) e suas interferências nas propriedades térmicas e mecânicas de composições de massa de porcelanato sinterizadas a ciclos de queima reduzidos. O presente trabalho tem como objetivo principal a aplicação do conceito de queima ultra-rápida na produção de porcelanato, determinando suas limitações técnicas, avaliando a formação da microestrutura e o desenvolvimento de propriedades mecânicas desse tipo de composição de massa, avaliando a possibilidade de utilização industrial de ciclos de queima mais rápidos e conseqüentemente mais econômicos. 2. Materiais e Métodos Básicamente este experimento se dividirá en tres etapas: 2.1. Etapa 1: Caracterização Química da composição de massa A composição de massa utilizada neste experimento foi caracterizada pela técnica dee fluorescência de raios X, em um equipamento Philips modelo PW 2400 com tubo de 3 kw e alvo de ródio. O resultado é mostrado na Tabela 1. 432
Tabela 1: Caracterização química da composição estudada Composto % em peso SiO 2 66,24 Al 2 O 3 17,45 Fe 2 O 3 0,47 CaO 0,85 Na 2 O 2,39 K 2 O 1,52 MgO 0,45 MnO 0,04 TiO 2 0,08 P 2 O 5 0,07 LiO 2 0,27 ZrO 2 + HfO 2 6,22 P.F. 3,94 2.2 Etapa 2: Preparação dos corpos de prova Depois de compactadas os corpos de prova foram conformados e uma pressão de compactação de 400 kgf/cm², e submetidos a ciclos de secagem de 200 C y 650 C durante 24 horas. A queima foi realizada em um forno tubular coa capacidade de alcançar temperaturas de até 1400 ºC, como mostrado na Figura 01. Figura 01: Forno tubular. 433
2.3 Etapa 3: Caracterização dos corpos de prova Depois de queimados, os corpos de prova foram submetidos à caracterização com a determinação da retração térmica, determinação da perda ao fogo, avaliação da densidade aparente, determinação da absorção de água, da resistência à flexão e a determinação do índice de piroplasticidade. 3. RESULTADOS PRELIMINARES 3.1 Considerando secagem prévia dos corpos de prova a 200 C Retração térmica linear de queima (%): Seco a 200ºC Patamar (min) Tempo total de colocação e retirada das peças do forno (s) 1-0,174-0,137-0,236 3 0,244 0,796 0,821 6 4,937 5,656 6,377 Perda ao fogo (%): Seco 200ºC Patamar (min) Tempo total de colocação e retirada das peças do forno (s) 1 2,287 2,422 2,872 3 3,444 3,690 3,706 6 3,429 3,981 3,899 Absorção de água (%): Seco 200ºC Patamar (min) Tempo total de colocação e retirada das peças do forno (s) 1 15,264 15,614 14,936 3 14,192 13,570 13,514 6 6,903 6,010 4,708 Módulo de resistência à flexão (Mpa): Seco 200ºC Patamar (min) Tempo total de colocação e retirada das peças do forno (s) 1 2,724 2,624 2,818 3 6,526 13,898 13,938 6 31,562 37,373 8,423 434
Índice de piroplasticidade (cm -1 ) : Seco a 200ºC 1 0,000 0,000 0,000 3 51,778 47,712 67,186 6 170,904 157,907 190,327 3.2 Considerando secagem prévia dos corpos de prova à 650 C Retração de queima (%) : Secagem a 650ºC 1-0,207-0,224-0,261 3 0,279 0,423 1,431 6 4,628 6,864 6,370 Perda ao fogo (%) : Secagem a 650ºC 1 0,357 0,148 0,217 3 0,719 0,857 1,037 6 0,835 0,935 1,096 Absorção de água (%) : Secagem 650ºC 1 14,820 14,871 14,853 3 14,133 14,117 9,088 6 7,339 4,802 4,644 Módulo de flexão (Mpa) : Secagem 650ºC 1 3,405 2,928 3,025 3 7,368 9,056 17.237 6 32,861 42.145 24,092 435
Índice de piroplasticidade (cm -1 ) : 650ºC 1 0,000 0,000 0,000 3 42,266 65,122 70,808 6 165,268 183,087 157,187 3.3 RESULTADOS QUEIMA EM FORNO MUFLA Parâmetros utilizados: TQ = 1.200ºC ; Taxa de aquecimento = 15ºC/min ; Patamar de queima = 10 minutos Retração térmica linear de queima (%) Temperatura de secagem (ºC) Retração de queima (%) Perda ao fogo (%) Absorção de água (%) Média Modulo de flexão (Mpa) Índice de piroplasticidade (cm -1 ) 120 ºC 9,139 3,814 0,051 67,0915 333,158 4. CONCLUSÃO Analisando-se comparativamente os resultados obtidos com a queima rápida dos corpos de prova após a secagem a 200 C por 24 horas indicam que o patamar de queima ideal foi de 3 minutos para a maioria das características. Comparando os resultados obtidos após a secagem a 200 C com a queima em forno mufla nas mesmas condições de produção, indicam que os corpos de prova apresentaram menor retração térmica linear de queima, obteve-se, menor perda ao fogo e menor índice de piroplasticidade, contudo os resultados de absorção de água e módulo de resistência à flexão ficaram prejudicados, indicando que deva ser adotado um patamar de queima um pouco maior, de modo a garantir resultados adequados com as condições de processamento tradicionais. Os corpos de prova secos previamente a 650 C não apresentaram resultados significativos que justifique a doação desta condição de processamento. Observa-se que podem ser conseguidos ganhos significativos nas propriedades mecânicas e térmicas dos produtos cerâmicos, utilizando 436
condições de queima rápida com redução de consumo de energia elétrica e térmica. 5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ABNT, NBR 15463:2007. Placas Cerâmicas para Revestimento - Porcelanato. Rio de Janeiro, 2007. AMORÓS, J. L.; BARBA, A.; BELTRAN, V. Estruturas Cristalinas de Los Silicatos y Oxidos de las Materias Primas Ceramicas, Intituto de Tecnologia Cerâmica, AICE, 1ª edição, Imprenta Sichet, S.L. 1994. AMORÓS, J. L.; BELBA, A. Expansion Térmica de Piezas de Pavimento Cerámico Gresificado. Influencia de las Variables de Prensado y de la Temperatura de Cocción, Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr., 31, 2, 104-114, 1992. BARBA, A.; BELTRÁN, V.; FELIU, C.; et al. Materias Primas para la Fabricación de Soportes de Baldosas Cerámicas, ITC - Instituto de Tecnología Cerámica - AICE, 1997. MENEGAZZO, A P.; LEMOS, F. L. N.; PASCHOAL, J. O. A., ET AL. Gres Porcelanato - Parte I : Uma Abordagem Técnica e Mercadológica, Cerâmica Informação, nº 14, Janeiro/Fevereiro, 2001. NAVARRO, J. E.; AMORÓS ALBARO, J. L. Matérias Primas para la fabricacion de pavimentos y revestimentos ceramicos, Técnica Ceramica, p. 119 a 130, 1981. SÁNCHEZ, E.; GARCIA, J.; SANZ, V.; OCHANDIO, E. Criterios de Seleción de Materias Primas Para La Fabricación de Pavimentos y Revestimentos Cerámicos, Cerámica Información, nº 157 - Julio Agosto, 1990. 437
Study the mechanical properties of ceramic porcelain undergoing rapid burning ABSTRACT Rational use of energy is becoming increasingly important for the sustainability of industrial processes. In the ceramic industry energy (thermal and electrical) is an important component of the process. As such, its contribution to the costs of industrial production plays an important role, however, the continuing evolution of the technology used and the implementation of energy saving measures have reduced the impact of this factor in the final cost of the product. It is expected that the development of this work is to develop a composition for producing ceramic-like coating that presents technical porcelain physical, thermal and structural properties optimized with respect to currently manufactured, suitable for being sintered at a firing temperature from 1150 C to 1230 C and ultra fast firing cycles. Preliminary studies showed that it is possible to obtain coating type stoneware with features optimized the firing cycles of 2 minutes. Keywords: ultra fast firing, gres porcelain, energy saving. 438