Processo de fabricação

O processamento utilizado para a fabricação de revestimentos cerâmicos corresponde a um conjunto de operações sequenciais capazes de conferir as características desejadas ao produto obtido ao final do processo de fabricação. Tais características devem atender todos os requisitos de qualidade definidos pela norma NBR 13.818 (ou NBR 15.463, no caso dos porcelanatos) e, dessa forma, garantir que os produtos fabricados tenham condições de desempenhar as suas funções, de acordo com as necessidades do consumidor.

A Figura 2.2 apresenta o fluxograma de fabricação de revestimentos cerâmicos, de maneira esquemática [25]. Existem diversas rotas distintas de fabricação possíveis, as quais basicamente diferem entre si pelos seguintes fatores:

• Método de conformação utilizado: prensagem, extrusão ou colagem de barbotina;

• Método de moagem, mistura e granulação das matérias-primas: via úmida ou via seca;

• Acabamento superficial: com a utilização de esmaltes, com polimento superficial ou com aspecto rústico (sem polimento e sem esmaltes); • Número de tratamentos térmicos: monoqueima (queima simultânea do

suporte e dos esmaltes) ou biqueima (queima individual do suporte e posteriormente do esmalte).

A opção de fabricação por meio dos distintos métodos conduz a processos de fabricação e, às vezes, a produtos diferentes, conforme representado no diagrama da Figura 2.2.

Após a definição das matérias-primas, as mesmas são dosadas, moídas, homogeneizadas e granuladas para que sejam convenientemente preparadas

para a etapa seguinte, onde as peças serão conformadas. As particularidades dos métodos de preparação de massas por meio das tecnologias via úmida e via seca descritas na literatura serão tratadas no item 2.3.2.

Figura 2.2 Representação do processo de fabricação de revestimentos cerâmicos [25].

Os métodos de conformação utilizados para a fabricação de revestimentos cerâmicos são a prensagem, a extrusão e a colagem de barbotina. A prensagem é o método utilizado com grande predominância para a produção em escala industrial de porcelanatos. A extrusão é utilizada apenas em algumas linhas de produtos de acabamentos rústicos, ao passo que a colagem de barbotina é utilizada apenas em processos artesanais.

A conformação do suporte por prensagem se dá por meio da aplicação de pressões elevadas sobre o material granulado, fazendo-se uso de prensas hidráulicas. Os moldes das prensas definem as características geométricas do compacto verde. Nesta etapa, almeja-se a obtenção de um compacto com elevado grau de empacotamento das partículas. Para o sucesso desta operação, desempenham papel fundamental a distribuição de tamanhos de partículas obtida durante a moagem, as características morfológicas e a

umidade dos grânulos atomizados, bem como a pressão de compactação utilizada.

A compactação se desenvolve mediante três estágios pré-definidos [26]: • Estágio I: sob baixas pressões, os grânulos ainda conseguem fluir e rearranjam-se no interior das cavidades das prensas;

• Estágio II: o aumento da pressão de compactação promove a deformação plástica dos grânulos, reduzindo a porosidade intergranular do corpo;

• Estágio III: ocorre apenas sob pressões extremamente elevadas, causando o rearranjo interno das partículas, que assumem uma configuração favorável à densificação do corpo.

A Figura 2.3 apresenta esquematicamente o mecanismo de deformação plástica dos grânulos durante a prensagem, indicando ainda a origem dos poros intergranulares e intragranulares remanescentes no compacto verde obtido [26].

Após a extração da peça do molde [27], o compacto pode ser entendido como um conjunto de partículas justapostas, de elevada porosidade [28], que possui certa resistência mecânica em virtude da presença de argilas em sua composição, que atua como um ligante inorgânico.

A etapa de secagem, que é realizada na sequência do processamento, tem por objetivos eliminar a água utilizada para a conformação do suporte cerâmico e ajustar a temperatura das peças para a etapa posterior que corresponde a esmaltação, no caso dos produtos fabricados por monoqueima. Estes objetivos devem ser cumpridos sem trazer prejuízos para a integridade das peças, visto que, se a secagem não for realizada convenientemente, o material pode apresentar trincas ao final do processo [11].

O engobe e o vidrado são preparados da mesma maneira. Inicialmente, as matérias primas são moídas por via úmida em moinhos de bolas, de modo análogo ao suporte, visando obter partículas suficientemente finas para o desenvolvimento das etapas seguintes da fabricação. A suspensão obtida é controlada quanto ao teor de sólidos e à viscosidade, que irão afetar diretamente a etapa de aplicação. A aplicação ocorre com a deposição de volumes controlados das suspensões de engobe e esmalte sobre o suporte cerâmico, de tal modo que o mesmo absorve a água contida na suspensão em função de sua permeabilidade, originando finas camadas em sua superfície, cujas espessuras podem variar entre 100 e 500 µm.

Basicamente, existem dois métodos principais para se realizar a aplicação das camadas de engobe e esmalte sobre o suporte cerâmico: a pulverização e o método de cortina contínua [29, 30]. No primeiro, a suspensão é pulverizada na forma de pequenas gotas que são impulsionadas em direção à superfície do suporte cerâmico. O aerógrafo e a cabine de discos são dois dos equipamentos mais conhecidos que fazem uso deste método de aplicação. O sistema de aplicação por cortina contínua é, todavia, o sistema de aplicação de esmaltes mais utilizado atualmente. A suspensão, contendo viscosidade elevada permanece em fluxo contínuo formando um véu uniforme, e a passagem das peças sob a cortina de esmalte garante o recobrimento homogêneo de toda a superfície. A campana, a fileira e a cortina sob pressão (vela) são os

equipamentos mais utilizados para a aplicação de esmaltes e engobes por cortina contínua [30]. Normalmente, quando se deseja a obtenção de superfícies menos rugosas, mais brilhantes e com camadas de esmalte mais elevadas, o sistema de aplicação por cortina contínua é indicado. Os sistemas de pulverização são comumente empregados quando se almeja a obtenção de superfícies de maior rugosidade, tipicamente desejadas em produtos de acabamento superficial rústico.

O último estágio da fabricação corresponde à queima do produto, onde ocorrem as reações físico-químicas que geram a microestrutura final e que permitem o desenvolvimento das propriedades de cada um dos distintos elementos dos revestimentos cerâmicos [31]. Após a queima, o suporte cerâmico torna-se resistente ao contato com a água e suas propriedades mecânicas e químicas tornam-se consideravelmente superiores em relação às propriedades exibidas pelo material antes da queima. No caso dos porcelanatos, o mecanismo de sinterização predominante é a sinterização com presença de fases líquidas [32]. A utilização de minerais com baixa temperatura de fusão na composição das massas garante a formação de fases líquidas [33] em temperaturas relativamente baixas e potencializa a redução da porosidade do material cerâmico. O tamanho médio, a distribuição de tamanhos e a morfologia das partículas desempenham papel determinante sobre a reatividade das matérias-primas entre si durante a queima, de modo que se espera que a tecnologia de preparação de massas empregada exerça considerável influência sobre esta etapa da fabricação.

Durante a queima, nos produtos esmaltados também ocorre a vitrificação do esmalte, que torna a superfície do revestimento cerâmico impermeável após a queima. Além disso, as características estéticas (cor, brilho e rugosidade), mecânicas e químicas da superfície são definidas durante a queima. A interação das camadas de esmalte e engobe com o suporte durante a queima, bem como as tensões desenvolvidas nas interfaces entre essas camadas, definem também a natureza e a intensidade da curvatura do produto acabado. A contração durante o resfriamento dos elementos constituintes do produto final (esmalte, engobe e suporte) desempenha papel fundamental sobre as

tensões desenvolvidas, e consequentemente, sobre a curvatura do produto [34, 35].

A queima simultânea do suporte, do engobe e do esmalte, constitui o processo denominado monoqueima. De um modo geral, atualmente predomina a monoqueima rápida [36] nas indústrias nacionais, onde a peça é aquecida em alta velocidade até uma temperatura compreendida entre 1100 e 1250oC e depois resfriada rapidamente até a temperatura ambiente. Em geral, o ciclo total de queima dos porcelanatos está compreendido atualmente entre 35 e 60 minutos, em função da natureza e da geometria produto a ser obtido, da composição da massa e do processamento utilizado.

O polimento da superfície do produto acabado é realizado em algumas tipologias de produto específicas, com o objetivo de reduzir a rugosidade superficial do material queimado e aumentar o brilho, conferindo características estéticas bastante valorizadas ao produto. Normalmente é realizado sobre produtos não esmaltados, mas também pode ser realizado sobre esmaltes aplicados na forma de granilhas, que após a queima originam uma grossa camada de esmalte apta para o polimento. A operação é realizada mediante o uso de discos rotativos contendo abrasivos de elevada dureza e granulometrias diversas e um sistema de refrigeração com água. Nos equipamentos existentes, há uma seqüência de abrasivos, que permite o desgaste da superfície original do produto queimado até a obtenção da rugosidade superficial desejada para o produto a ser comercializado. Em estudo recente, realizado para simular a etapa de polimento em laboratório, Hutchings e colaboradores [37] indicaram que a rugosidade superficial e o brilho são as duas variáveis mais importantes que permitem o acompanhamento da etapa de polimento dos porcelanatos.

A literatura [38] também indica que a operação de polimento pode afetar as propriedades mecânicas dos porcelanatos. Comparações entre os módulos de ruptura à flexão e o módulo de Young de produtos polidos e não polidos indicaram que a dispersão dos resultados é maior no caso dos produtos polidos. A interpretação dos resultados, mediante análises microestruturais,

indicou que os primeiros estágios do polimento podem causar danos severos à superfície do produto e afetar suas propriedades mecânicas.