Estabilidade das Dimensões e do Formato de Revestimentos ...

Estabilidade das Dimensões e do Formato deRevestimentos Cerâmicos. Parte II: Formato.Fábio G. Melchiades, Carolina Del Roveri, Jairo Sotério,Luciano L. Silva e Anselmo O. BoschiUniversidade Federal de São Carlos (UFSCar)Departamento de Engenharia de Materiais (DEMa)Laboratório de Revestimentos Cerâmicos (LaRC)Rodovia Washington Luiz, Km 235 - 13565-905 São Carlos - SPe-mail: daob@power.ufscar.brResumo: O controle das dimensões e formato dos revestimentos cerâmicos é fundamentalpara se garantir a qualidade do produto. Produtos que apresentam significativas variaçõesdimensionais e/ou desvios da forma podem prejudicar os efeitos estéticos obtidos com aspeças assentadas. Os parâmetros dimensionais também influenciam a seleção, estocagem edistribuição dos produtos, aumentando os custos operacionais quando se tem de trabalharcom várias bitolas. A obtenção de produtos capazes de atender os requisitos geométricos estádiretamente ligada às características do processo de fabricação e com a estabilidade da massautilizada. O presente trabalho procura identificar algumas das principais variáveis que influenciamas características geométricas das peças assim como os controles que contribuem parareduzir os desvios indesejados. Na primeira parte, foram discutidos os aspectos relacionadoscom a estabilidade dimensional dos produtos, enfocando-se a composição da massa, sua sensibilidadeà temperatura e os efeitos da compactação. Na segunda parte, a mesma análise érealizada para algumas das variáveis que afetam o formato das peças.Palavras-chaves: defeitos, normas, deformação piroplástica, curvaturaIntroduçãoConforme mencionado na primeira parte deste trabalho,as normas ISO 13006 / NBR 13818 estabelecem umasérie de exigências para a certificação de revestimentoscerâmicos. Dentro do conjunto de características necessárias,estão as propriedades geométricas. As consideraçõesreferentes às dimensões do produto foram abordadas naprimeira parte deste estudo.A forma dos revestimentos cerâmicos é determinadaatravés da ortogonalidade, da retitude lateral e daplanaridade. A ortogonalidade diz respeito aos ângulos noscantos das peças, enquanto que a retitude lateral se refereao alinhamento dos lados das peças. Industrialmente osproblemas de retitude dos lados são conhecidos como “barril”ou “luneta”.A planaridade é avaliada através da curvatura central,da curvatura lateral e do empeno. É importante distinguiras diferentes características que definem a forma dos revestimentoscerâmicos, visto que existe uma certa confusãoentre as mesmas e as medidas necessárias para a correçãodos problemas advindos dos desvios destas característicassão consideravelmente diferentes. A Figura 1representa de maneira esquemática as diferentes característicasque determinam a forma dos revestimentoscerâmicos.Os limites de tolerância admitidos para cada uma dascaracterísticas geométricas variam em função do tamanhodas peças, da classe de absorção de água e do método deconformação. Na Tabela I são representados os limites estabelecidospor norma 1 para a variação de cada uma dascaracterísticas que determinam a forma de revestimentosconformados por prensagem (grupo B). Verifica-se que oslimites são ligeiramente mais tolerantes para os produtosde pequenos formatos (Área inferior a 90 cm 2 ) e mais estreitospara os produtos da classe BIII, onde se almeja umaprecisão dimensional maior que nos demais produtos. Convémlembrar, no entanto, que atender as especificações dasCerâmica Industrial, 6 (6) Novembro/Dezembro, 2001 11

Tabela I. Especificações para as características geométricas, relativas ao formato, de revestimentos conformados por prensagem,segundo as normas ISO 13006 / NBR 13818.Características Classes BIa, BIb, BIIa e BIIb Classe BIIIGeométricas S < 90 cm 2 S > 90 cm 2 Sem espaçador Com espaçadorRetitude dos lados ± 0,75% ± 0,5% ± 0,3% ± 0,3%Ortogonalidade ± 1,0% ± 0,6% ± 0,5% ± 0,3%Curvatura central ± 1,0% ± 0,5% + 0,5% / -0,3% + 0,8% / - 0,2%Curvatura lateral ± 1,0% ± 0,5% + 0,5% / -0,3% + 0,8% / - 0,2%Empeno ± 1,0% ± 0,5% ± 0,5% S< 250 : 0,50%S> 250 : 0,75%Figura 1. Representação das características geométricas que determinam a forma do produto.normas constitui apenas um ponto de partida para a fabricaçãode um produto de qualidade.O Controle do FormatoLevando em consideração que os estampos das prensasestejam perfeitamente ajustados e que não tenham sofridodesgastes, as peças recém conformadas possuem oformato mais regular possível. A partir de então, as sucessivasetapas do processo de fabricação não devem alterarde maneira significativa o formato das peças para que oproduto acabado continue apresentando o formato desejado.De maneira análoga, se alguma das etapas do processode fabricação altera o formato das peças de maneiramarcante, é conveniente que em alguma das etapas sucessivasocorra a reversão da alteração de formato produzida,de tal maneira que o produto acabado continue apresen-12 Cerâmica Industrial, 6 (6) Novembro/Dezembro, 2001

Figura 3. Efeitos da temperatura de queima sobre a deformaçãopiroplástica.Figura 4. Relação entre a absorção de água do produto e a deformaçãopiroplástica.Figura 5. Efeitos da densidade aparente antes da queima sobre adeformação piroplástica.Deformações Causadas porRetrações DiferenciaisDurante a etapa de queima, as peças estão constantementesubmetidas a variações de tamanho, que ocorrem emconseqüência das reações que se processam em seu interior.Se uma mesma peça apresenta retrações de diferentes magnitudesao longo de sua extensão, o produto acabado podeapresentar desvios de seu formato original, gerando problelizado.Além da temperatura na zona de queima, a velocidadede aquecimento e o tempo de permanência das peçasna temperatura máxima são variáveis que também podemexercer influência sobre a deformação piroplástica, poisesta depende do trabalho térmico a que a peça é submetida5 .Considerando o processo de vitrificação que ocorredurante a queima, observa-se que a deformação piroplásticasó começa a se manifestar de maneira pronunciada quandose atinge elevados graus de vitrificação. A Figura 4exemplifica este efeito, através da avaliação da deformaçãopiroplástica em função da absorção de água de umamassa de semi-grês. Enquanto a absorção de água do produtoé superior a 2,0%, ocorre um aumento lento e gradualda deformação piroplástica à medida que se reduz a absorçãode água do produto. No entanto, quando o grau devitrificação torna-se elevado (absorção de água inferior a2,0%) ocorre um aumento drástico da deformaçãopiroplástica. Produtos que apresentam este grau devitrificação requerem um cuidado especial na fabricaçãopara se evitar a distorção do formato das peças. Em produtosde absorção de água mais elevada, a preocupação émenor, visto que a deformação piroplástica se manifestade maneira mais branda, entretanto também pode ocorrer.Na fabricação de produtos de baixa porosidade (grêsporcelanato, semi-grês), o aumento da compactação da massaé uma alternativa interessante para a minimização da deformaçãopiroplástica. Conforme se verifica através da Figura5, as peças que apresentam densidade mais elevada antesda queima favorecem a obtenção de um produto de mesmaabsorção de água, porém com uma deformação piroplásticainferior. As peças de maior densidade aparente possuem ummenor volume de poros antes da queima e, portanto, necessitamde uma quantidade menor de fases líquidas para atingira absorção de água desejada. Neste sentido, em produtosgresificados, deve-se objetivar a obtenção da densidadeaparente mais elevada possível durante a conformação e estabelecerum controle rigoroso do processo para se evitarvariações da compactação da massa, visto que o formato doproduto pode ser altamente comprometido.De maneira análoga, a distribuição de tamanho de partículas5,6 da massa também influencia o desenvolvimentoda deformação piroplástica. Seus efeitos afetam a velocidadede vitrificação do produto e podem influenciar tambéma viscosidade das fases líquidas formadas. Assim, asconseqüências da variação da granulometria da massa sobrea deformação piroplástica estão diretamente ligadas àsparticularidades de cada composição. De qualquer forma,o controle do teor de resíduo da massa assume particularrelevância na fabricação de produtos gresificados paraimpedir a descaracterização de seu formato.14 Cerâmica Industrial, 6 (6) Novembro/Dezembro, 2001

mas de ortogonalidade e retitude dos lados.Existem duas causas relevantes que podem fazer comque uma peça apresente retrações diferenciais entre as regiõesque a constituem:• Gradientes de temperatura no interior do forno / secador;• Heterogeneidades no corpo prensado (variações dedensidade nas diferentes regiões de uma mesmapeça).No primeiro caso, o problema pode ser minimizado oueliminado pela regulagem do forno 3 . De uma maneira geral,pode-se dizer que é possível minimizar as variaçõesde formato através da minimização dos gradientes de temperaturano interior do forno.O mesmo tipo de problema pode se manifestar em umforno perfeitamente regulado, quando ocorrem heterogeneidadesna compactação das peças durante a prensagem.Deve-se almejar a obtenção de peças que apresentam omesmo grau de compactação em todas as suas regiões. Noentanto, em virtude dos ajustes mecânicos da prensa ouem decorrência das características dos grânulos da massa,gradientes de densidade nas peças prensadas podem ocorrer.A identificação deste problema pode ser feita atravésda instalação de um controle periódico no processo de fabricação,fazendo-se uso de um penetrômetro, ou se possível,determinando-se a densidade aparente de partes daspeças através do uso de um sistema apropriado (imersãoem mercúrio) 7 .Com relação às características das prensas, é fundamentalque a pressão aplicada seja a mesma ao longo detoda a superfície da peça. Além disso, a sincronia entre ocarregamento, a movimentação da grelha e a aplicação dapressão de compactação, afetam a uniformidade do preenchimentodos estampos e podem determinar a homogeneidadeda peça conformada. Com relação à massa, énecessário que em sua preparação, a granulação seja suficientementeefetiva para gerar grânulos que apresentema maior fluidez possível.A fluidez dos grânulos pode ser medida diretamenteatravés do método do funil, ou indiretamente através doÍndice de Hausner 8 . Para maximizar a fluidez dos grânulos,deve-se reduzir ao máximo o atrito entre os mesmos.Este resultado se obtém através do uso de grânulos de formatoregular (o mais esférico possível) e com uma altaparticipação de grânulos grossos.Na Tabela II são apresentados os resultados do Índicede Hausner de massas granuladas por meio de dois procedimentosdiferentes. A fluidez dos grânulos aumenta à medidaem que o Índice de Hausner se aproxima de 1,0. Comparandoa fluidez de uma massa atomizada com outra granuladapor via seca, nota-se uma grande diferença entre afluidez dos pós obtidos. A maior fluidez dos grânulosatomizados permite um preenchimento mais uniforme dosestampos e a prensagem de peças mais uniformes. Em decorrênciadas limitações dos granuladores utilizados noprocesso via seca, a fabricação de produtos de grandesformatos torna-se mais difícil.A intensidade das deformações provocadas por variaçõesda densidade aparente resultantes do preenchimentonão uniforme dos estampos dependem do grau degresificação das peças durante a queima. Visando ilustraros efeitos dos gradientes de compactação sobre o formatodo produto, realizou-se um experimento em que foram produzidosintencionalmente gradientes severos de densidadedurante a prensagem de peças no formato de (17 x 15)cm. O estudo foi realizado com uma massa de grês e outrautilizada para a fabricação de revestimentos semi-porosos.A queima foi realizada em forno de laboratório nascondições específicas de cada produto.Na figura 6 são apresentadas as densidades em diferentesregiões das peças e fotos das mesmas após a queima.Nota-se uma grande descaracterização do formato daspeças, especialmente na massa de grês.Os resultados podem ser melhor analisados através daTabela III, onde se representam as características relativasao formato das peças produzidas nas condições acima descritas.A análise foi realizada em um dataplucômetro, porcomparação com um padrão metálico apropriado. Observa-seque as peças apresentaram desvios consideráveis emrelação aos limites estabelecidos pela norma, sendo quena massa de grês a imprecisão de formato foi muito maiordo que na massa de revestimento semi-poroso. Os maioresTabela II. Índice de Hausner de massas preparadas por métodosdiferentes.MassasÍndice de HausnerAtomizada 1,14 ± 0,01Granulada (via seca) 1,47 ± 0,02Figura 6. Relação entre o gradiente de compactação e o formatodo produto queimado para duas massas distintas.Cerâmica Industrial, 6 (6) Novembro/Dezembro, 2001 15

desvios aconteceram na ortogonalidade e na retitude doslados. As características que determinam a planaridade doproduto (curvatura central, curvatura lateral e empeno)apresentaram desvios de menor magnitude.Com base nestes resultados, é possível dizer que o controleda uniformidade da compactação das peças é fundamentalpara assegurar a fabricação de um produto de formatodefinido. A falta de controle sobre a homogeneidadedas peças prensadas pode causar defeitos no produto acabado,sobretudo aqueles denominados “barril”, “luneta” e“esquadro”. Os produtos altamente vitrificados (de baixaabsorção de água) são mais sensíveis à manifestação destesdefeitos em virtude da maior retração linear que apresentamna queima e, principalmente, do efeito mais pronunciadoque a densidade a verde exerce sobre estapropriedade.Curvaturas Geradas noAcoplamento Massa-EsmalteA planaridade dos revestimentos cerâmicos é especificadapelas normas ISO 13006/NBR 13818 através doempeno e das curvaturas central e lateral. O empeno, conformemencionado anteriormente, pode se tornar mais pronunciadoquando surgem problemas de deformaçãopiroplástica.Para ajustar as curvaturas central e lateral, além dosrecursos disponíveis no forno, o ajuste do acoplamentodas camadas de esmalte e engobe com o suporte cerâmicopode ser uma alternativa interessante. Este assunto já foiabordado com maior riqueza de detalhes em outras ocasiões9 e será tratado apenas superficialmente neste trabalho.Na própria aplicação das camadas de engobe e esmaltejá são geradas tensões na interface com o suporte cerâmico,causadas pela perda de água das camadas aplicadas a úmido2 . No entanto, é durante a queima que se manifestam ascurvaturas de maior relevância para o formato do produtofinal. A maior parte dos trabalhos publicados 10 envolveapenas o acoplamento massa-esmalte, cuja teoria é bastanteconhecida.Durante o aquecimento da peça no forno, o suporte e ovidrado podem sofrer dilatações incompatíveis, pois nessaetapa o vidrado amolece sobre o suporte e passa a comportar-secomo um líquido que acompanha as variaçõesdimensionais que o suporte apresenta. Este estado permaneceaté uma determinada etapa do resfriamento do forno,onde o vidrado volta a comportar-se como um sólido eapresenta a sua própria retração. A partir deste instante, seo suporte e o vidrado apresentarem retrações incompatíveis,serão geradas tensões na interface das camadas. Acurvatura se desenvolve a partir de então, visando aliviaras tensões desenvolvidas.A temperatura em que o vidrado volta a comportar-secomo um sólido é denominada temperatura de acoplamentoefetivo. Tal temperatura pode ser determinada como amédia entre a temperatura de transformação vítrea (Tg) ea temperatura de amolecimento do vidrado (Tr).A Figura 7 representa o acoplamento de um vidrado aum suporte, onde se acompanham as variações dimensionaissofridas pelos dois elementos abaixo da temperaturade acoplamento efetivo. Se o vidrado retrai mais que osuporte a partir desta temperatura, surge uma tensão decompressão sobre o suporte e de tração sobre o vidrado.Conseqüentemente a peça adquire uma curvatura convexa.Para a situação oposta, quando o suporte retrai mais doque o vidrado, o primeiro permanece sob tração e o segundosob compressão, gerando curvatura côncava nas peças.Deste modo, o acordo esmalte-suporte pode ser avaliadoexperimentalmente através da comparação das curvasdilatométricas do suporte e do vidrado. Nesse ponto considera-seque a expansão sofrida por um material no aquecimentoé numericamente igual à retração sofrida pelomesmo no resfriamento para uma dada faixa de temperatura.Neste sentido, o controle da expansão térmica do suportee do vidrado assume particular importância para ocontrole da curvatura e para evitar o gretamento da camadade vidrado.No entanto, na maior parte dos revestimentos cerâmicos,utiliza-se uma camada de engobe intermediária entrea massa e o esmalte. Os estudos 9 realizados até o momentodemonstraram que há uma relação direta entre as característicasda camada de engobe e a curvatura desenvolvida,pois peças produzidas com a mesma massa e o mesmo es-Tabela III. Caracterização do formato dos revestimentos semiporosose gresificados testados.Características Especificações Semi-poroso GrêsRetitude dos lados ± 0,5% 0,4 % 0,9%Ortogonalidade ± 0,6% 0,9% 3,5%Curvatura central ± 0,5% 0,2% 0,6%Curvatura lateral ± 0,5% 0,6% -0,4 %Empeno ± 0,5% 0,2% 0,4%Figura 7. Acoplamento esmalte-suporte.16 Cerâmica Industrial, 6 (6) Novembro/Dezembro, 2001

Tabela IV. Medidas de curvaturas centrais em produtos fabricadoscom diferentes engobes.Produtos Curvatura central (%)Engobe I 0,11 / 0,05Engobe II 0,18 / 0,11Engobe III 0,28 / 0,22Figura 8. Análise dilatométrica dos engobes utilizados.malte podem apresentar curvaturas radicalmente diferentesquando se alteram as características do engobe utilizado.Na Tabela IV apresentam-se alguns resultados de testesefetuados em um produto obtido a partir da mesmamassa e do mesmo esmalte, porém com engobes diferentes.As curvas dilatométricas dos três engobes utilizadosencontram-se representadas na Figura 8, onde se verificaque não existiam diferenças consideráveis entre os mesmos.Observa-se que os produtos apresentaram curvaturascentrais consideravelmente diferentes, mesmo fazendo-seuso de engobes com a mesma dilatação térmica. Este resultadocomprova a importância do engobe para o controleda curvatura dos revestimentos cerâmicos e ainda evidenciaque o controle de sua dilatação térmica não ésuficiente para garantir a planaridade das peças. Os estudosmais recentes têm indicado que a fusibilidade dosengobes também pode afetar de maneira significativa odesenvolvimento de curvaturas nos revestimentoscerâmicos.Comentários FinaisComo demonstrado nesta série de artigos há vários fatoresque influenciam as dimensões e o formato dos revestimentoscerâmicos. Assim sendo, para se manter essascaracterísticas dentro dos limites desejados em primeirolugar é preciso conhecer todas as causas possíveis. A partirdesse conhecimento e das peculiaridades da ocorrênciapode-se então procurar identificar quais as causas maisprováveis. Identificadas as prováveis causas dos desviosobservados é preciso que se compreenda como a distorçãoocorre para que se possa identificar as possíveis soluções.Nesse sentido esta série de trabalhos procurou resumidamenteesclarecer como algumas das principais causas dasvariações dimensionais e de formato levam a essasdistorções. Espera-se que através de um melhor entendimentodesses fenômenos os técnicos responsáveis possammais facilmente identificar as maneiras mais eficazes decontrolar essas características.Para finalizar cabe ainda salientar que os limites estabelecidospor norma são relativamente brandos e que asempresas que realmente se preocupam com a qualidadedos seus produtos adotam internamente limites consideravelmentemais rígidos.Referências Bibliográficas1. DRAFT 13006 – “Ceramic Tiles. The InternationalStandards” – Ed. Int. CERLabs, 1992.2. Rodrigo, J.L.; Sanmiguel, F.; et al. – “Estudio del origeny variables de las que depende el retirado em baldosasceramicas de monococcion para pavimento y monococcionporosa” – Anais do 38 o Congresso Brasileirode Cerâmica, Blumenau, SC, 1994.3. Técnicos do Centro Experimental SACMI-IMOLA –“Defeitos de revestimentos cerâmicos como uma conseqüênciada regulagem errada do forno” – CerâmicaIndustrial, vol.02, n o 1/2, 17-22. 1997.4. Navarro, J.E.; Negre, F.; Blasco, A.; Beltrán, V. – “Controlesde fabricación de pavimentos y revestimentosceramicos” – Ed. AICE-ITC, Castellón, España, 1996.5. Del Roveri, C.; Silva, L.L.; Melchiades, F.G.; Boschi,A.O. – “Estudo da deformação piroplástica em revestimentoscerâmicos gresificados” – Anais do 44 o CongressoBrasileiro de Cerâmica, publicação eletrônica,São Pedro, 2000.6. Escardino, A.; Amorós, J.L.; Negre, F.; Feliú, C. –“Influence of process parameters on the planarity offloor tiles” – Interbrick, 5, n o 5, 26-31, 1989.7. Amorós, J.L.; Beltrán, V.; Blasco, A.; Feliú, C.; Sancho-Tello, M. – “Técnica experimentales del control de lacompactación de pavimentos y revestimentos cerámicos”– Técnica Cerámica, n o 116, 1234-1246.8. Quinteiro, E. - “Efeito das características de pósatomizados sobre as características e qualidade de revestimentoscerâmicos” - Dissertação de mestrado,UFSCar, São Carlos (1996).9. Melchiades, F.G.; Barbosa, A.R.D.; Boschi, A.O. – “Relaçãoentre a curvatura de revestimentos cerâmicos eas características da camada de engobe” – CerâmicaIndustrial, vol.5, n o 2, 29-33, 2000.10. Amorós, J.L; Negre, F.; Belda, A.; Sánchez, E, - “Acordoesmalte suporte I, A falta de acordo como causa doempenamento” – Cerâmica Industrial, vol.1, n o 4/5, 06-13, 1996.Cerâmica Industrial, 6 (6) Novembro/Dezembro, 2001 17