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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
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DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE PEAD REFORÇADOS POR RESÍDUOS DE ELETRODOS REVESTIDOS
ALUNA: AMANDA THAIS LOUREIRO ORIENTADOR: PROF. DR. BRUNO CHABOLI GAMBARATO
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SUMÁRIO
• Produto
• Objetivo
• Justificativa
• Revisão Bibliográfica
• Procedimento Experimental
• Resultados e Discussões
• Conclusão
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PRODUTO
RESÍDUOS DOS REVESTIMENTOS DE ELETRODOS
PEAD
CORPOS DE PROVA DE MATERIAL COMPÓSITO
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OBJETIVO
Validação do uso de resíduos dos revestimentos dos eletrodos como carga de reforço no desenvolvimento de compósitos poliméricos.
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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.
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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.
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JUSTIFICATIVA
• Destinação aos resíduos – Aspectos econômicos e ambientais;
• Material didático com propriedades mecânicas distintas;
• Inovação;
• Eficiência na utilização dos recursos;
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JUSTIFICATIVA
Volume descartado Senai/VR
mensalmente: 300 l
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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
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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• Eletrodo Revestido- SMAW
• E7018 – Básico (A)
• E6013 – Rutílico (B)
Fonte: Adaptado de UNITOR SHIPS SERVICE, 1968
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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• Soldagem a Arco Elétrico com ER- SMAW
• Chapas de 3 a 40 mm
• Revestimento: Formação de gases e escória protetores.
Fonte: Fortes 2005
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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• 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;
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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• 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;
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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• 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.
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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
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
• Compósito Polimérico Reforçado
Matriz
PEAD
Fase Dispersa
Revestimento do ER
Compósito Polimérico Reforçado
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
• 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
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
• 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
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
• 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 ;
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
• 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;
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Ensaio de Tração
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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Ensaio de Tração
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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Ensaio de 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Curva Tensão x Deformação na Tração
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Ensaio de Flexão
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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Ensaio de Flexão
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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Ensaio de Flexão – Histograma
Neste caso o revestimento A
apresentou aumento do MEF e
menor variabilidade
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• Curva Tensão x Deformação na Flexão
CP 10A0B
CP 0A10B
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• MEV
MEV dos compósitos ampliados 25X com os seguintes percentuais de resíduos (a) 5%; (b) 10% e (c) CB20% (b) (c) (a)
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 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)
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CONCLUSÃO GERAL
MEF
RT
Shore D Desvio Padrão
% RESÍDUOS
Boa homogeneidade e Baixa aderência
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CONCLUSÃO ESPECÍFICA
Maior Influência no aumento do MEF;
Maior disponibilidade
Resíduo A
Menor Influência na redução da RT;
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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.