UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAS

PROCESSAMENTO CERÂMICO

PROFESSORA: Dr. Rosane Maria Pessoa Betânio Oliveira

ALUNOS: Andre Filipe Barreto Rocha OliveiraBruno Souza FernandesDaniel Santos SantanaJhonatas Augusto Rocha VieiraRebeca Conceição Da Silva Reis

CONFORMAÇÃO POR EXTRUSÃOConfecção de blocos de cerâmica caulinítica

São Cristóvão, Janeiro de 2015

CONFORMAÇÃO POR EXTRUSÃOConfecção de blocos de cerâmica caulinítica

Relatório da 2ª unidade, referente à disciplina de Processamento Cerâmico, como parte de avaliação para formação do Curso de Graduação de Engenharia de Materiais.

Docente: Prof. Dr. Rosane Maria Pessoa Betânio Oliveira

São Cristóvão, Janeiro de 2015

PÓ MASSA PLÁSTICA BARBOTINA

IPLP LL

Teor de água

1 Introdução

Extrusão em cerâmica é o processo de conformação de um produto através

da passagem de massa plástica, pela abertura na seção transversal do objeto

extrudador (maromba).

A massa plástica é colocada numa extrusora, também conhecida como

maromba, onde é compactada e forçada por um pistão através da boquilha (molde)

que, de maneira orientada, dá formato às peças. A maromba tem a função de

homogeneizar, desagregar e compactar as massas cerâmicas dando forma ao

produto desejado. Como resultado obtém-se um perfil contínuo extrudado, com

seção transversal com o formato e dimensões, que dependente do molde, esse perfil

contínuo é cortado, obtendo-se desse modo peças como tijolos, elementos vazados,

blocos, telhas, lajes, tubos e outros produtos de formato regular.[1]

Na extrusão de uma argila temos uma série de variáveis das quais se

estabelecem princípios e normas de extrusão. Para controlar essas variáveis é

preciso realizar alguns ensaios preliminares, e assim determinar algumas

características cerâmicas do material, visando seu processo e uso industrial.

Características estas, que serão discutidas logo a seguir.

O comportamento de uma argila durante a moldagem é determinado pela sua

plasticidade obtendo-se precisamente os melhores resultados com as argilas de

plasticidade média. Segundo estudos realizados por Atterberg e Casagrande, a

plasticidade pode ser avaliada pelo índice de plasticidade: IP = LL – LP (Eq.1), isto

é, o limite líquido menos o limite de plasticidade.[2],[3]

Figura 1: Ilustração da mudança do estado da matéria em função do teor de água

Limite líquido (LL) é o ponto de passagem do estado plástico ao líquido. Já o

limite de plasticidade (LP) é o ponto de passagem do estado plástico ao sólido, no

momento que perde a plasticidade, deixando de ser moldável.

Na determinação da retração linear, após secagem e queima é avaliado o

encolhimento das massas argilosas quando perdem águas durante o processo de

secagem e queima. Este ensaio é regido pelo Método Brasileiro MB-305 da ABNT. A

retração linear é calculada em porcentagem pela formula:

(Eq .2 )R1c (% )=Ci−C fC i

x100

O índice de retração percentual após queima à temperatura de 850°C, onde

Ci é o comprimento inicial do corpo de prova medido após a secagem à 110°C antes

da queima e Cf é o comprimento final do corpo de prova medido após queima.

O ensaio de absorção de água refere-se ao quociente da massa de água

absorvida pelo corpo de prova, saturado de água, pela massa do corpo de prova

seco. A absorção de água é calculada em porcentagem pela formula:

(Eq .3 ) A (% )=M u−M s

M s

x100

O porcentual após a umidificação. » Mu = massa úmida.» Ms= massa seca.

É importante notar que, para o tratamento da matéria prima a argila passe por

beneficiamento e após a extrusão a peça é seca e sintetizada. Esses processos não

serão aprofundados, pois distancia do fico do tema processamento.

2 Objetivos

Beneficiamento da matéria prima;

Obtenção do limite de liquidez e limite de plasticidade através do ensaio de

determinação da umidade (%), para a análise do índice de plasticidade;

Realizar a conformação por extrusão, seguida da secagem e sinterização;

Determinar da retração linear após à queima;

Realizar o ensaio de absorção de água.

3 Metodologia

3.1Beneficiamento da matéria prima

Para a realização desse trabalho foi escolhida a argila Ventinha, que é uma

argila caulinita proveniente do estado de Sergipe. O primeiro passo do

beneficiamento foi à moagem, com o uso do moinho de martelo, cuja trituração é

feita por golpes ou impactos. Desta forma, foi possível a desintegração e redução do

tamanho do solo. Assim como também obteve maior superfície de contato entre os

grãos, para facilitar a reação química e homogeneização.

O próximo passo foi o peneiramento com malha de 48 mach, com a

finalidade de atribuir melhor distribuição granulométrica, facilitando a sinterização

durante a queima para se obter um produto mais denso, tendo em vista que o

empacotamento é mais completo devido essa distribuição de grãos.

3.2Obtenção do limite de liquidez.

A argila beneficiada foi umidificada, em um recipiente, com água destilada em

pequenos acréscimos através de seringas. Esta massa foi homogeneizada, com

movimentos giratórios e amassando continuamente com o auxilio de uma espátula.

A consistência obtida é para que seja necessário até no máximo 50 golpes a 2Hz

para fechar a ranhura.

Transferiu-se 2/3 da mistura para a concha do aparelho Casagrande

moldando-a com o cinzel, de tal forma que a parte central tenha 1,0 cm de

espessura (evitando bolhas de ar no interior da mistura) e o excesso de massa foi

retornado para o recipiente. No sentido do maior comprimento do aparelho, com o

cinzel foi feito uma ranhura no meio da massa, dividindo a massa em duas partes.

Feita a acomodação da argila, o aparelho foi acionado dando início a

sequência de golpes. Com o fechamento da ranhura num comprimento no sentido

divisão de 1,0 cm, a sequência de golpes foi interrompida. Uma pequena quantidade

do material, na região de encontro foi removida e colocada em cápsulas

enumeradas. Logo após, essas cápsulas foram pesadas, obtendo assim, o peso da

massa úmida. Ressaltando que as mesmas cápsulas enumeradas foram pesadas

vazias, para subtrair a diferença.

Após a pesagem, as capsulas com argila foram levadas para a estufa, a fim

de secar por 24h a 105ºC. Já secas as cápsulas enumeradas (cinco amostras) foram

pesadas, obtendo assim, o peso da massa seca. Ressaltando que as mesmas

cápsulas enumeradas (cinco amostras) foram pesadas vazias, para subtrair a

diferença.

Um gráfico foi plotado para relacionar os teores de umidade (nas ordenadas)

com o número de golpes (nas abscissas). Uma reta obtida por interpolação linear foi

construída, a fim de saber o teor de umidade (WL) correspondente a 25 golpes, este

teor é o limite de liquidez (LL) do material cerâmico. [2]

3.3: Obtenção do limite de plasticidade.

Uma quantidade de 20 g da argila beneficiada foi umidificada, em um

recipiente, com água destilada em pequenos acréscimos através de seringas até a

obtenção de uma massa plástica. Pequena quantidade dessa massa foi moldada em

forma helicoidal. Posteriormente, sobre a face de um placa de vidro esmerilhada, foi

plastificada para dar a forma de cilindro com diâmetro de cerca de 3mm.

Quebrando o cilindro em seis partes, e amassando novamente para obter a

forma helicoidal e repetir o processo. Até que, em um momento essa massa plástica

apresentou fissuras, estas foram armazenadas em cápsulas enumeradas (cinco

amostras) e pesadas antes e depois da secagem em estufa há 105°C por 24h.

Ressaltando que as mesmas cápsulas enumeradas (cinco amostras) foram pesadas

vazias, para subtrair a diferença.[3]

3.4 Extrusão e Sinterização

A umidificação da argila foi controlada a partir do limite de liquidez, foi usado o

valor menor para a massa ter boa plasticidade e ser extrudada. Em seguida foi

realizada a extrusão propriamente dita, originando o perfil contínuo de blocos. Com a

ajuda de um laminador, controlando a dimensão, foram confeccionados trinta blocos.

Esses trinta blocos foram usados como amostras, para as análises de retração e

absorção de água.

Foi realizada a secagem à 105°C por 24 horas e a sinterização desses blocos

à 850°C por 2 horas de queima, com resfriamento lento em forno.

3.5Retração linear

Antes e após a sinterização foram mensurados os comprimentos das peças,

com o uso de um paquímetro. Obtendo assim, o valor de retração através da formula

da Eq.2.

3.6Ensaio de absorção de água

Após a sinterização as amostras foram pesadas e postas submersas em água

por 48 horas. For fim, logo em seguida, foram pesadas novamente. Assim, obtendo

a massa úmida e consequentemente através da formula Eq 3 a absorção de água.

4 Resultados e Discussões

A partir da análise de Fluorescência de Raios X (FRX), foi possível obter o

percentual de óxidos presente na composição deste tipo de argila. A fim de

caracterizar a amostra selecionada para o processo.

SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 K2O MgO TiO2 Na2O P2O5 BaO MnO ZnO0

10

20

30

40

50

60

7060.63

16.91

8.875.79 3.46 2.65 0.73 0.63 0.21 0.07 0.05 0.01

Percentual de óxidos

Composição química em óxidos da argila caulinita, Ventinha.

A tabela abaixo apresenta os dados para a obtenção do limite de liquides.

Quadro de Dados-1:Limite de Liquidez:

Nº de amostras

Massa(g)Nº de

golpes

Teor de água usado no ensaio

(mL)

Cápsula

Cápsulacom amostra

úmida

Cápsulacom

amostra seca

1 11,06 19,69 17,00 27 45,292 12,55 21,12 18,40 23 46,503 12,47 21,10 18,20 18 50,614 11,03 18,89 16,80 45 36,225 10,72 19,26 16,60 31 45,24

10 25 40 30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

55.00

f(x) = − 0.502541952170656 x + 59.2437430930616R² = 0.960437413752474

Teor de água por números de golpes.

Nº de golpes Te

or

de

ág

ua

us

ad

o n

o e

ns

aio

(m

l)

Gráfico-1:Teor de água por números de golpes.

Analisando o gráfico, conforme a norma prevista, valor do limite de liquidez

das amostras é 46,68%. A quantidade de água em que o material apresenta uma

consistência de lama é acima de 46,68 %, ultrapassando, portanto, a faixa de

consistência plástica. Excedendo este limite, o material não poderá ser processado

na extrusora, pela falta de plasticidade. Por este motivo, o teor de á água para

plastificar a argila foi de 25%, possibilitando deste modo a conformação.

A tabela abaixo apresenta os dados para a obtenção do limite de plasticidade

do material analisado, que é 28,96%.

Quadro de dados 2:Limite de Plasticidade(LP)

Nº de amostra

sMassa(g)

Teor de água

usado no ensaio (mL)

Cápsula

Cápsulacom amostra

úmida

Cápsulacom

amostra seca

LP em %

1 11,29 13,16 12,80 23,842 12,28 14,02 13,60 31,823 11,22 13,33 12,80 33,544 9,89 12,01 11,60 23,985 10,54 12,33 11,90 31,62

Média 28,96

A partir do teor de água de 28,96 %, o material tem o mínimo de umidade para ser

moldável. Abaixo desse teor de água a argila tende para o estado sólido, faltando

fluidez, desta forma não pode ser extrudado.

Conferindo às amostras o índices de plasticidade (IP) é 15,81% indicando que a

amostra analisada pode ser classificada como altamente plástica (índice de

plasticidade superior à 15%) [4]

Quadro 3:Índide de plasticidade

LL(%) LP(%) IP(%)45,29 23,84 21,4546,50 31,82 14,6850,61 33,54 17,0736,22 23,98 12,2545,24 31,62 13,62

Médias44,77 28,96 15,81

A consistência plástica é alta, o material é mais compressível. A plasticidade,

é a capacidade de o material armazenar energia ao ser solicitado e liberar quando a

carga for retirada. Ao receber uma carga o material se deforma, como o IP é elevado

ele resiste mais a esta carga sem fraturar. Desta forma, o material é capaz de resistir

às solicitações que surgem na maromba para a sua conformação.

As tabelas abaixo são referentes aos dados para a análise de retração.

Tabela-4: Medidas das amostras secas.

Amostras

Comprimento (mm)

Altura (mm) Largura (mm)

1 55,25 27,6 54,32 55,1 27,6 54,33 55,2 27,4 53,854 55,3 27,7 545 55,35 27,6 53,46 55,35 26,9 547 55,2 27,65 53,258 55,12 27,75 53,159 55,05 27,5 53,4510 55,2 27,5 53,9511 54,9 27,5 54,2512 54,4 27,45 54,1513 55,35 27,8 5414 55,3 27,7 53,1515 55,1 27,55 54,116 55,25 27,7 53,4517 55 27,7 52,2518 55 27,7 53,719 55 27,7 53,620 55,4 27,7 53,421 55 27,8 53,422 55,05 27,7 53,1523 55,05 27,5 53,924 55,1 27,7 53,2525 55,1 27,7 53,226 55,25 27,8 53,1527 55,15 27,7 53,128 55,1 27,7 53,129 55,15 27,75 52,930 55,15 27,7 52,5

Média 55,13066667 27,625 53,51167Desv.Pad 0,186823415 0,173577966 0,52155

σ1 0,034109133 0,031690856 0,095222

σ2 0,05 0,05 0,05

σ3 0,0605263 0,059197216 0,107551

Tabela-5:Medidas das amostras sinterizadas.

Amostras Comprimento (mm) Altura(mm) Largura(mm)1 55,1 27,65 53,92 54,9 27,5 53,93 55 27,5 544 55 27,6 53,95 54,9 27,5 53,356 55,3 27,65 53,87 55,25 27,8 52,58 55,2 27,7 53,159 54,8 27,45 53,2

10 54,6 27,45 53,811 54,9 27,45 54,0512 54,6 27,45 53,8513 55,1 27,8 53,514 55,15 27,55 52,715 54,95 27,6 5416 55,2 27,65 53,2517 55,1 27,6 52,2518 55 27,7 53,2519 55,4 27,7 53,420 55,25 27,6 53,1521 55,2 27,65 53,222 55,1 27,7 52,923 54,55 27,65 54,0524 54,9 27,6 52,525 55,2 27,6 52,8526 55 27,7 52,8527 54,85 27,65 5328 55,25 27,65 52,5529 54,7 27,6 52,4530 55,25 27,75 52,35

Média 55,02333333 27,615 53,25333Desv.Pad 0,221567042 0,099265 0,576244

σ1 0,040452422 0,018123 0,105207

σ2 0,05 0,05 0,05

σ3 0,064314839 0,053183 0,116484

Quadro-6: Retração linear após a sinterização.RETRAÇÃO (%)

Amostras Comprimento Altura LarguraMédia 0,194061 0,033134 0,482987

Desv.Pad 0,420232 0,607808 0,413737

σ1 0,076724 0,11097 0,075538

σ2 0,05 0,05 0,05

σ3 0,091578 0,121714 0,090587

Assim, o índice de retração linear é de 0,19% (referente ao comprimento), o

material apresentou pouca perda de água. A menor contração pode indicar

granulometria muito grossa que, por sua vez, exige menos água para o

amassamento. Pouca contração pode significar não densificação efetiva na

sinterização, no entanto o próximo ensaio é que irá confirmar esta afirmação ou não.

4.3 Índice de absorção de água

De acordo com a NBR-15270-3, o índice de absorção deverá se enquadrar

entre 8% e 22%.

Quadro-7: Ensaio de absorção de água.

Amostras Massa seca(g) Massa úmida(g)Índice de absorção

de água (%)Média 86,19067 97,22333 12,80052

Desv.Pad 0,699206 0,842117 0,411004

σ1 0,127657 0,153749 0,075039

σ2 0,05 0,05 0,05

σ3 0,1371 0,161675 0,090171

O índice de absorção para este ensaio foi de 12,8%, este resultado significa a

realização de sinterização considerável. Quanto menor o índice mais efetiva foi a

queima, apresentando uma quantidade mínima de poros. Considerando que este

material, em sua aplicação, não estará em constante contato com a água, este é um

bom resultado.

5 Conclusão

Com base nos resultados mostrados neste trabalho foi possível adquirir

conhecimentos práticos sobre o processamento de extrusão em argilas. O produto

obtido apresentou boa plasticidade para ser conformado. Dentro das especificações,

através dos ensaios de retração e absorção de água, constata-se que há uma

porosidade adequada para a aplicabilidade do produto e bom desequilíbrio nas

dimensões, após a sinterização.

6 Referências

[1]ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA. Informações Técnicas. Disponível em: http://www.abceram.org.br Acesso em: 28 nov. 2013.

[2]ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 7180:

Determinação do limite de liquidez de solos, Rio de Janeiro (1984b).

[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459:

Determinação do limite de plasticidade de solos, Rio de Janeiro (1984c).

[4] C. A. S. Pérez, C. Paduani, J. D. Ardisson, D. Gobbi, A. Thomé, Cerâmica

Industrial 15, 1 (2010) 38.