Otimização da deposição em abrasivos flexíveis de elevado desempenho

Abstract

O presente trabalho é um projeto curricular no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia de Materiais da Universidade de Aveiro e realizado em colaboração com a INDASA - Indústria de Abrasivos, SA, situada em Aveiro, produtora de abrasivos flexíveis de alto desempenho. O objetivo principal deste trabalho é contribuir para a otimização da deposição de pós abrasivos. A produção dos abrasivos inclui várias etapas de fabricação, desde os rolos de substrato inicial até ao produto final pronto a ser expedido, passando pela deposição das resinas e do abrasivo no respetivo substrato. Etapa que se reveste de importância fundamental, até à maquinação destes na forma desejada. O foco do presente estudo está na etapa de deposição do pó abrasivo no substrato (neste caso papel), que é industrialmente realizada no eletroestato. Por deposição electroestática, na qual um campo elétrico entre placas metálicas garante que as partículas do abrasivo são defletidas para as placas, ocorre a sua deposição sobre o referido substrato. Para a otimização do processo, é essencial conhecer as variáveis que influenciam a deposição, designadamente, as características químico físicas de abrasivos de alumina (Al2O3) e carboneto de silício (SiC), as suas propriedades de superfície e o efeito das condições de operação (por exemplo humidade e campo elétrico), que condicionam a qualidade da deposição. Aspetos estes não sistematicamente conhecidos pela INDASA SA. Assim, para a quantificação das cargas superficiais dos abrasivos foi especificamente desenvolvido neste trabalho um equipamento de Copos de Faraday. Juntamente com o conhecimento da resistividade elétrica e cargas superficiais dos referidos pós, verificou-se que a alteração do meio em que as partículas são inseridas afeta marcadamente as características elétricas dos referidos pós abrasivos. A carga elétrica de superfície e a resistividade destes pós abrasivos é dependente da granulometria média do pó, da humidade e da polarização, no entanto esta variação não é linear. A presença da humidade afeta marcadamente o seu comportamento elétrico, em alguns casos com efeito mais relevante do que a polarização por descarga elétrica. Para ambos os abrasivos SiC e Al2O3, o tamanho médio de partícula intermédio (60-63 μm) revela, de um modo geral, valores de carga superficial mais elevados e a maior dependência da humidade e campo elétrico. A resistividade elétrica dos pós de Al2O3 é várias ordens de grandeza superior à dos pós de SiC, no entanto as cargas elétricas superficiais na Al2O3 são pelos menos duas vezes superiores às dos pós de SiC e muito mais dependentes da humidade. Estes resultados irão permitir otimizar o processo de deposição por sua adequação ao abrasivo em causa, sua granulometria e condições ambientais. Paralelamente, demonstrou-se também que o comportamento dielétrico do material utilizado como isolador do cilindro terra não é influenciado pelo campo elétrico ao longo do tempo, ou seja, não sofre envelhecimento notório das suas propriedades. Porém, em relação ao tapete transportador, a presença de pó abrasivo na sua matriz mostra que, com o tempo de utilização, ocorre uma degradação física do mesmo, que vai influenciar a qualidade da deposição do abrasivo.

The present work is a curricular project within the scope of the Integrated Master in Materials Engineering at the University of Aveiro and carried out in collaboration with INDASA - Indústria de Abrasivos, SA, based in Aveiro, producer of high-performance flexible abrasives. The main objective of this work is to contribute to the optimization of the deposition of abrasive powders. The production of abrasives comprises several manufacturing steps, from the initial rolls of the substrate to the final product ready for shipment, through the deposition of resins and abrasives on the respective substrate. This step is of fundamental importance, until its machining in the desired form. The focus of the present study is on the deposition of abrasive dust on the substrate (in the case of paper), which is done industrially in the electrostat. By electrostatic deposition, in which an electric field between the metal plates ensures that the abrasive particles are deflected on the plates, it is deposited on the said substrate. In order to optimize the process, it is essential to know the variables that influence deposition, namely, the physical and chemical characteristics of the alumina (Al2O3) and silicon carbide (SiC) abrasives, their surface properties, and the effect of operating conditions (for example, humidity and electric field), which affect the quality of deposition. These aspects are not systematically known to INDASA SA. Thus, for the quantification of surface abrasive loads, a Faraday Cup equipment was developed, specifically in this work. Together with the knowledge of the electrical resistivity and the surface charges of said powders, it was found that the change in the medium in which the particles are inserted markedly affects the electrical characteristics of said abrasive powders. The surface electrical charge and resistivity of these abrasive powders depend on the average particle size of the powder, humidity and polarization, but this variation is not linear. The presence of humidity has a marked effect on its electrical behavior, in some cases with a more relevant effect than polarization by electrical discharge. For SiC and Al2O3 abrasives, the average intermediate particle size (60-63 μm) reveals, in general, higher surface load values and greater dependence on moisture and the electric field. The electrical resistivity of Al2O3 powders is several orders of magnitude greater than that of SiC powders, however, the electrical surface charges greater than that of SiC powders, however, the electrical surface charges in Al2O3 are at least two times higher than those of SiC powders and much more dependent on moisture. These results will allow to optimize the deposition process due to its suitability for the abrasive in question, its granulometry and environmental conditions. At the same time, it was also demonstrated that the dielectric behavior of the material used as an insulator for the earth cylinder is not influenced by the electric field over time, that is, it does not suffer a noticeable aging of its properties. However, in relation to the conveyor belt, the presence of abrasive powder in its matrix shows that, over time, its physical degradation occurs, which will influence the quality of the abrasive deposition.