Resistência mecânica de grés porcelânico extrudido

Abstract

O presente relatório é o resultado do estágio curricular realizado em duas unidades fabris da empresa Aleluia Cerâmicas, S.A., a Keratec, situada no concelho de Vagos, e a Aleluia, situada no concelho de Avei-ro, que produzem grés porcelânico pelos processos de extrusão e pren-sagem, respetivamente. Durante o estágio foi possível acompanhar dia-riamente o processo produtivo das empresas, assim como o controlo de qualidade associado ao mesmo. O trabalho de investigação associado ao estágio foi o de identificar a origem da diminuição da resistência mecânica de peças conformadas por extrusão, um problema com que a empresa se deparou numa pro-dução do ano anterior. Efetuou-se um conjunto de análises a dois lotes de grés porcelânico cozido (lote de referência com boa resistência mecânica e lote proble-mático com má resistência mecânica) e às pastas atomizadas utilizadas na sua fabricação, para identificar quais as variáveis que poderiam estar na origem da diminuição da resistência mecânica no lote problemático. Foram, ainda, ensaiadas no forno do laboratório da universidade, quatro curvas de cozedura para se observar o efeito do tempo e da temperatu-ra de cozedura em provetes de material seco do lote problemático, para se compreender quais os impactos sobre as microestruturas e conse-quentemente no desempenho mecânico das peças. A difração de raios X e as análises térmicas efetuadas às pastas dos dois lotes não evidenciaram diferenças significativas que justifiquem a variação na resistência mecânica dos produtos cozidos. Foi, contudo, observado nas análises granulométricas efetuadas, a presença de mate-riais mais finos na pasta do lote problemático. As microestruturas dos produtos cozidos dos dois lotes foram observa-das por SEM e comparadas entre si. No lote problemático, observou-se um alinhamento preferencial da porosidade, indicando para a possibili-dade de ter ocorrido algum problema aquando da extrusão. Foi também possível constatar a presença de uma maior quantidade de mulite se-cundária neste lote. A literatura sugere que a percentagem de mulite secundária aumenta com a temperatura e o tempo de cozedura, tendo-se observado neste trabalho que este aumento prejudicou a resistência mecânica dos provetes cozidos no laboratório. Uma vez que a mulite provém da decomposição da argila, uma maior quantidade de mulite no lote problemático (determinada por difração de raios X e pelo método semi-quantitativo de Rietveld) poderá ter origem numa maior quantidade de argilas na pasta em verde. Os materiais argilosos tendem a alinhar-se durante o processo de extrusão e normalmente são compostos por partículas muito finas. Tendo em conta estes resultados, é plausível sugerir que a diminuição da resistência mecânica no lote problemático poderá ter sido originada por uma eventual quantidade superior de mine-rais finos de argila, presentes na pasta utilizada na conformação dos produtos deste lote.

This report is about the work developed in two plants, Keratec, located in the municipality of Vagos and producing stoneware porcelain floor tiles by extrusion, and Aleluia, located in the municipality of Aveiro and also producing stoneware porcelain floor tiles but by pressing, both be-longing to the Aleluia Cerâmicas, S.A. holding, within the frame of in-ternship curricular unit. During the internship, the production processes and their associated quality control were daily followed. One of the objectives of the work was to identify the origin of the de-crease of the mechanical strength of extruded tiles, a problem emerged in Keratec a year ago. A set of analyses was carried out on two lots of fired products (a ‘refer-ence lot’, with good mechanical strength, and a ‘problematic lot’, with bad mechanical strength) and on their original pastes (spray dried pow-ders) in order to identify the parameters associated with the decrease of the mechanical strength. For understanding the effect of microstructures on the mechanical strength, four firing curves were tested in the labora-tory, where firing time and temperature were changed. X-ray diffraction and thermal analyses of original pastes did not give significant differences between the two lots. Only thinner materials could be detected in the problematic lot upon the analysis of particle size. After firing, microstructures of the two lots were observed by SEM and compared to each other. In the problematic lot, it was observed an alignment of the porosity, a characteristic issue of defective extrusion. A high amount of large secondary mullite crystals could also be observed in this lot. Following the literature, the amount of secondary mullite in-creases with firing temperature and time and it was observed a match-ing of this behaviour with the mechanical strength of the samples fired in the laboratory. Since mullite is supposed to come from the reactions in the clay minerals, a higher amount of mullite (determined in the prob-lematic lot by XRD semi-quantitative analysis) should come from a higher amount of clays in the original paste. Clay minerals also tend to align during extrusion and are normally composed by very fine particles. In view of these results, it is plausible to suggest that the observed de-crease of the mechanical strength of the problematic lot was originated in a higher amount of fine clay minerals already present in the spray dried powders.