Desenvolvimento e otimização da tecnologia "solid surface"

Abstract

Esta dissertação teve como objetivo principal analisar a implementação da tecnologia solid surface (SS) à base de resinas de poliéster híbridas na unidade fabril Sanitana e propor medidas corretivas de modo a otimizar o processo industrial. Inicialmente procedeu-se ao levantamento bibliográfico sobre a tecnologia SS nomeadamente ao nível da reação de cura e dos parâmetros que a influenciam incluindo a análise de estudos prévios realizados na empresa, assim como sobre a ferramenta de qualidade análise do modo e efeito de falha FMEA (do inglês - Failure Mode and Effect Analysis) com vista a delinear metodologias de análise de falha no processo atual e consequente prevenção. Seguidamente procedeu-se à identificação das principais zonas de melhoria e possíveis falhas, para posterior implementação no método de análise FMEA. A partir desta análise identificaram-se como principais causas para falhas: (i) a concentração de iniciador utilizado e (ii) as condições de pós-cura, nomeadamente a temperatura. Com base nos resultados de amostras preparadas e submetidas a vários testes-tipo de controlo de qualidade, a análises por DMA e colorimetria, concluiu-se que a percentagem de iniciador utilizada não tem um efeito significativo sobre a qualidade das peças finais. Porém, identificou-se como a temperatura ideal de pós-cura os 75ºC. Numa fase seguinte avaliou-se o efeito de outros parâmetros do processo: a) a velocidade da reação e b) o tempo de pós-cura. Tendo em conta que a concentração de iniciador não afeta significativamente a qualidade das peças finais, avaliou-se o seu efeito sobre a velocidade de reação de modo a obter uma velocidade de reação adequada para o total enchimento dos moldes, já que a velocidade de injeção e a viscosidade da mistura não devem de ser alteradas. No que concerne ao tempo de pós-cura verificou-se que este não deve ultrapassar as 3 horas uma vez que não se registam melhorias nas propriedades e pelo contrário, foi detetada uma variação negativa na cor. Apesar dos resultados de controlo de qualidade serem genericamente promissores, o teste de manchamento apontou ainda para a necessidade de melhorias tendo sido avaliado nesse sentido o efeito da pressão de vácuo e da natureza da superfície das cargas. Estes estudos permitiram verificar que o aumento da força de vácuo permite reduzir significativamente a porosidade do material e consequentemente aumentar a resistência ao manchamento. Tendo verificado que os resultados obtidos estão de acordo com a bibliografia, procedeu-se à fase final do projeto considerando na análise FMEA possíveis cenários de melhoria que permitiriam melhorar significativamente o processo de produção através da tecnologia Solid Surface. Atualmente a maioria das soluções sugeridas já estão implementadas, confirmando assim a exequibilidade deste estudo.

The main objective of this thesis is to assess the implementation of the Solid Surface technology based on hybrid polyester resins at Sanitana and suggest corrective measures in order to optimize this industrial process using the Failure Model and Effect Analysis method (FMEA). Initially a literature regarding the S.S. technology and the curing reaction of unsaturated polyester resins was carried out with particular emphasis on the kinetics of the curing reaction. This literature review also included previous reports on studies carried out at Sanitana as well as on FMEA and other quality tools in order to use it to indentify and thus prevent failures in the existing process. Having collected a reasonable amount of information about the process potential areas of failure were identified in order to apply the FMEA. With this analysis it was determined that the main failure areas would be (i) the concentration of initiator used and (ii) the post-curing conditions, namely the temperature. Thus a series of samples have been prepared varying these two parameters. Based on the sample results obtained from quality control tests, DMA analysis and colorimetric tests, it was concluded that the percentage of initiator used does not affect significantly the quality of the final product. However, the post-cure temperature does and as a result of this study the best temperature value indentified to carried out the post-cure was 75ºC. In a second stage of this study, two other process variables were analyzed: a) the curing rate and b) the post-curing time. Considering that the initial results had shown that the initiator concentration does not affect the final product quality, and that the viscosity of the reaction mixture and the injection rate were unchangeable, the effect of the initiator concentration on the curing rate was studied in order to find adequate reaction conditions that allow filling the moulds completely. With this study it was determined that percentages equal or smaller than 1,5 w/w % of initiator are required to achieve complete filling of the existing moulds. As regards the post-cure times, it was observed that periods longer than 3 hours do not bring any improvements and tend to show color degradation. Despite the fact that all the quality control tests gave good results, the dyeing tests showed room for improvements. Hence, a complementary study was carried out to evaluate the effect of the vacuum pressure and the nature of the fillers surface. The results obtained showed that increasing the vacuum force led to the best dyeing resistance due to the reduction of porosity. As the results obtained were coherent with the literature survey, the final phase of this thesis consisted in using the FMEA method by generating plausible scenarios that would allow a significant improvement in the production process. At the moment, the majority of these solutions is already applied and confirming the usefulness of FMEA as a quality tool.