FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA CENTRO UNIVERSITÁRIO DE …sites.unifoa.edu.br/portal_ensino/mestrado/memat/... · 2017. 10. 17. · Validação do uso de resíduos dos ... utilização

TÍTULO: DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE PEAD REFORÇADOS POR RESÍDUOS DE ELETRODOS REVESTIDOS ALUNA: AMANDA THAIS LOUREIRO ORIENTADOR: BRUNO CHABOLI GAMBARATO APRESENTAÇÃO: 15/09/2017

FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO PROGRAMA DE MESTRADO PROFISSIONAL EM MATERIAIS

DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE PEAD REFORÇADOS POR RESÍDUOS DE ELETRODOS REVESTIDOS

ALUNA: AMANDA THAIS LOUREIRO ORIENTADOR: PROF. DR. BRUNO CHABOLI GAMBARATO

SUMÁRIO

• Produto

• Objetivo

• Justificativa

• Revisão Bibliográfica

• Procedimento Experimental

• Resultados e Discussões

• Conclusão

PRODUTO

RESÍDUOS DOS REVESTIMENTOS DE ELETRODOS

PEAD

CORPOS DE PROVA DE MATERIAL COMPÓSITO

OBJETIVO

Validação do uso de resíduos dos revestimentos dos eletrodos como carga de reforço no desenvolvimento de compósitos poliméricos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Preparar diferenciados compósitos promovidos pela utilização da matriz de PEAD com reforço de resíduos de revestimento de eletrodos classificados como E6013 e E7018.

• Identificar as propriedades mecânicas através da realização de ensaios de tração, flexão e dureza ShoreD em amostras do compósito.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Realizar a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) dos materiais obtidos, com o intuito de analisar a interação entre a matriz polimérica e o reforço inorgânico.

JUSTIFICATIVA

• Destinação aos resíduos – Aspectos econômicos e ambientais;

• Material didático com propriedades mecânicas distintas;

• Inovação;

• Eficiência na utilização dos recursos;

JUSTIFICATIVA

Volume descartado Senai/VR

mensalmente: 300 l

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

• PEAD • Termoplástico;

• Unido por Ligações Covalentes;

• Produzido a partir do petróleo;

• Facilmente remodelado;

• Propriedades mecânicas influenciadas pelo teor de suas ramificações (cristalinidade);

Fonte: COUTINHO; MELLO; SANTA MARIA, 2003


• Eletrodo Revestido- SMAW

• E7018 – Básico (A)

• E6013 – Rutílico (B)

Fonte: Adaptado de UNITOR SHIPS SERVICE, 1968


• Soldagem a Arco Elétrico com ER- SMAW

• Chapas de 3 a 40 mm

• Revestimento: Formação de gases e escória protetores.

Fonte: Fortes 2005


• E7018- Básico (A)

• Pó de ferro, CaCO3, CaF2, ferro-manganês e silicato de potássio;

• Alta penetração;

• Utilizados em aços baixo carbono;

• Escória básica refinando o metal de solda e reduzindo inclusões não metálicas;


• E6013- Rutílico (B)

• TiO2,, celulose, ferro-manganês e silicato de potássio

• Arco de baixa penetração;

• Utilizados em metais de baixa espessura;

• Poucos respingos e uniformidade do cordão de solda;


• Disponibilidade do Revestimento

CLASSE

EFICIÊNCIA DE

DEPOSIÇÃO MÉDIA (%)

E 6010 63,8

E 6011 68,5

E 6012 66,9

E 6013 66,8

E 6014 64,6

E 6016 62,8

E 6018 69,5

E 7024 66,8

E 7027 68,6

Nota: inclui perda de ponta de 50mm Fonte: Fortes 2005

• 30 a 35% perdas: - Falta de conhecimento;

- Desleixo;

- Comodidade;

- Transporte;

- Estocagem.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

• Produtividade dos Eletrodos

Antes Solda

ELETRODOS A (E7018)

g

B (E6013)

g %

23

%

100 29 100

Após Solda 12 52,17 07 24,13

Consumido 11 47,83 22 75,86


• Compósito Polimérico Reforçado

Matriz

PEAD

Fase Dispersa

Revestimento do ER

Compósito Polimérico Reforçado


• FLUXOGRAMA ENTRADAS ETAPAS SAÍDAS

Revestimento do Eletrodo

PEAD

OBTENÇÃO DO REFORÇO

MISTURA DA CARGA

GRANULAÇÃO DA CARGA

OBTENÇÃO DO COMPÓSITO

CARACTERIZAÇÃO -PEAD -COMPÓSITO

Revestimento Triturado Peneirado e seco (Aprox.100°C )

Carga Homogênea

Carga Moída -Moinho Granulador

Compósito Moldado -Moldagem por Injeção

Prop. Mecânicas -Tração -Flexão -Dureza

Morfologia e Distribuição do Reforço -MEV


• Configuração do Compósito

CP0

CP5A0B

CP10A0B

CP0A5B

CP0A10B

CORPO DE PROVA

PEAD

%

A (E7018)

% g

B (E6013)

% g

100

95

95

90

g

150

142,5

135

142,5

135

CP5A5B

CP10A10B

90

80

135

120

90

0

5

0

0

0

7,5

15

0

0

5

10

7,5

15

10

0

0

5

10

0

0

0

7,5

15

5

10

7,5

15

0


• Ensaio de Tração

• Emic- DL 10000 kgf / Célula de Carga: 5kN

• Velocidade de 5 mm/min;

• Software TESC Versão 3.4;

• Norma ASTM D638-03 ;


• Ensaio de Flexão

• Célula de Carga: 100kN

• Carregamento em 3 pontos;

• Distância entre os suportes fixos: 80 mm;

• Limite máx. dobramento de 5% deformação máxima

• Norma ASTM D790-03;


• Ensaio de Dureza Shore D

• Durômetro portátil Digimess

• Capacidade de 0 a 100 Shore D (+/-1);

• Agulha aço, ângulo 90°, leitura direta;

• Cinco pontos equidistantes;

• HD = 100 – L /0,25

RESULTADOS E DISCUSSÕES


AMOSTRA

TEN

SÃ

O D

E ES

CO

AM

ENTO

(M

Pa

)

987654321

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

_X=11

UCL=14,989

LCL=7,011

CP0 CP5A5B CP10A10B

TENSÃO DE ESCOAMENTO - ENSAIO DE TRAÇÃO

Considerando apenas a variação no percentual do

revestimento



AMOSTRA

TEN

SÃ

O M

ÁX

IMA

(M

Pa

)

987654321

21

20

19

18

17

16

_X=17,667

UCL=18,996

LCL=16,337

CP0 CP5A5B CP10A10B

RESISTÊNCIA A TRAÇÃO



AMOSTRA

MÓ

DU

LO D

E EL

AS

TIC

IDA

DE (

MP

a)

987654321

220

200

180

160

140

120

100

_X=173,7

UCL=212,2

LCL=135,1

CP0 CP5A5B CP10A10B

MÓDULO DE ELASTICIDADE - ENSAIO DE TRAÇÃO


• Ensaio de Tração – Verificação de Tendência

% RESIDUO (A + B)

TEN

SÃ

O M

ÁX

IMA

(M

Pa

)

20151050

20,5

20,0

19,5

19,0

18,5

18,0

17,5

17,0

S 0,471405

R-Sq 87,8%

R-Sq(adj) 83,7%

REGRESSÃO QUADRÁTICA PARA ANÁLISE DE TENDÊNCIATENSÃO MÁXIMA = 19,67 + 0,1667 * (% RESÍDUO (%A + %B))

- 0,01333 * (% RESÍDUO (%A + %B))**2


• Ensaio de Tração – Verificação de Tendência

% RESÍDUO (A + B)

MÓ

DU

LO D

E EL

AS

TIC

IDA

DE

(MP

a)

20151050

190

180

170

160

150

140

130

S 13,2162

R-Sq 51,5%

R-Sq(adj) 35,3%

REGRESSÃO QUADRÁTICA PARA ANÁLISE DE TENDÊNCIA EM TRAÇÃOME = 148,3 + 3,000 * (% RESÍDUO (%A + %B))

- 0,08667 * (% RESÍDUO (%A + %B))**2


• Ensaio de Tração – Influência dos Revestimentos TE

NS

ÃO

MÁ

XIM

A (

MP

a)

100

19,75

19,50

19,25

19,00

18,75

18,50

100

A B

DOE - RESISTÊNCIA A TRAÇÃO

Avaliando a influência de cada tipo de revestimento


• Curva Tensão x Deformação na Tração



AMOSTRA

TEN

SÃ

O M

ÁX

IMA

A F

LEX

ÃO

(M

Pa

)

987654321

40

35

30

25

20

15

10

_X=23,33

UCL=36,63

LCL=10,04

CP0 CP5A5B CP10A10B

RESISTÊNCIA A FLEXÃO

Considerando apenas a variação no percentual do

revestimento



AMOSTRA

MÓ

DU

LO D

E EL

AS

TIC

IDA

DE

(MP

a)

987654321

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

_X=1009

UCL=1296,2

LCL=721,8

CP0 CP5A5B CP10A10B

MÓDULO DE ELASTICIDADE A FLEXÃO


• Ensaio de Flexão – Verificação de Tendência

% RESÍDUO (A + B)

TEN

SÃ

O M

ÁX

IMA

(M

Pa

)

20151050

27

26

25

24

23

22

21

20

S 2,35702

R-Sq 24,6%

R-Sq(adj) 0,0%

REGRESSÃO QUADRÁTICA PARA ANÁLISE DE TENDÊNCIATENSÃO MÁXIMA = 22,33 + 0,4833 * (%RESÍDUO (%A + %B))

- 0,02167 * (% RESÍDUO (%A + %B))**2


• Ensaio de Flexão – Verificação de Tendência

% RESÍDUO (A + B)

MÓ

DU

LO D

E EL

AS

TIC

IDA

DE

(MP

a)

20151050

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

S 73,1171

R-Sq 90,0%

R-Sq(adj) 86,7%

REGRESSÃO QUADRÁTICA PARA ANÁLISE DE TENDÊNCIA EM FLEXÃOMÓDULO DE ELASTICIDADE= 601,7 + 48,70 * (% RESÍDUO(%A + %B))

- 1,417 * (% RESÍDUO (%A + %B))**2


• Ensaio de Flexão – Influência dos Revestimentos

MÓ

DU

LO

DE E

LA

STIC

IDA

DE (

MP

a)

100

1050

1000

950

900

850

800

750

700

100

A B

DOE - MÓDULO DE ELASTICIDADE E FLEXÃO

Avaliando a influência de cada tipo de revestimento


• Ensaio de Flexão – Histograma

Neste caso o revestimento A

apresentou aumento do MEF e

menor variabilidade


• Curva Tensão x Deformação na Flexão

CP 10A0B

CP 0A10B


• Ensaio de Dureza

HD

CP10A10BCP5A5BCP0A10BCP10A0BCP0A5BCP5A0BCP0

67,5

65,0

62,5

60,0

57,5

55,0

COMPORTAMENTO MÉDIO PARA DUREZA SHORE D95% INTERVALOS DE CONFIANÇA

AMOSTRAS

HD

3330272421181512963

70

65

60

55

_X=58,46

UCL=63,38

LCL=53,54

0 5 10 20

DUREZA SHORE D SEGREGADO POR % DE RESÍDUO DE ELETRODO (A + B)

% RESÍDUOS DO REVESTIMENTO DE ELETRODOS


• Ensaio de Dureza

% RESÍDUOS DE REVESTIMENTO DE ELETRODO

HD

20151050

65,0

62,5

60,0

57,5

55,0

S 2,20983

R-Sq 26,3%

R-Sq(adj) 21,7%

REGRESSÃO QUADRÁTICA ENTRE

C11 = 61,07 - 0,6480 C12 + 0,02677 C12**2

A DUREZA SHORE D E O % DE RESÍDUO DE ELETRODOS


• MEV

MEV dos compósitos ampliados 25X com os seguintes percentuais de resíduos (a) 5%; (b) 10% e (c) CB20% (b) (c) (a)


• MEV

MEV dos compósitos com os seguintes percentuais de resíduos e ampliações respectivamente (a) 5% - 500X; (b) 10% - 1000X e (c) 20% - 500X

(a) (b) (c)

CONCLUSÃO GERAL

MEF

RT

Shore D Desvio Padrão

% RESÍDUOS

Boa homogeneidade e Baixa aderência

CONCLUSÃO ESPECÍFICA

Maior Influência no aumento do MEF;

Maior disponibilidade

Resíduo A

Menor Influência na redução da RT;

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

• Avaliar a utilização de outros tipos de plásticos como matriz (Polipropileno – PP, Policloreto de Vinila – PVC e Poliestireno de Alto Impacto -HIPS);

• Avaliar a utilização do polietileno graftizado com anidrido maleico como agente compatibilizante;

• Avaliar a utilização de outros tipos de revestimentos de eletrodos;

• Verificar a influência da adição do reforço nas propriedades térmicas e estruturais do material, por meio de Calorimetria Diferencial Exploratória.

Documents

FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA CENTRO UNIVERSITÁRIO DE …sites.unifoa.edu.br/portal_ensino/mestrado/memat/... · 2017. 10. 17. · Validação do uso de resíduos dos ... utilização