Maior valor 11,73 40,33 49,12
Menor valor 8,24 35,02 41,63
Resistência a ruptura (média)(N) ---- 17,27 36,30
Maior valor ---- 18,66 40,41
Tratados os resultados e retirada a informação relevante, ver tabela 4, estas são as conclusões a reter deste ensaio:
A força de adesão obtida para as etiquetas dos Label A e B são sempre significativamente maiores do que a força necessária para o picotado rasgar, o que leva a concluir que as etiquetas irão romper e não descolar;
A resistência do picotado das etiquetas é superior à força de adesão das etiquetas de série, mas só com os ensaios de estallido é que se poderá registar se isto tem efeito no rebentamento da membrana;
Os resultados não devem ser conclusivos só por si, uma vez que não existiu uma amostragem adequada.
Uma vez caracterizado o material realizaram-se os ensaios de estallido.
Características:
Øventing=35
Membrana -> PH55193120 (ver anexo 2) PTO =320±50 mbar
Dos resultados dos ensaios de estallido, ver tabela 5 e fig. 52, podemos reter:
Em todos os casos os valores de pressão máxima atingida se encontram dentro dos limites (320±50 mbar);
O caso em que o valor médio de pressão de rebentamento se aproxima mais do caso da etiqueta de série é o Label A, obtendo neste caso melhor dispersão de valores que a etiqueta de série. No entanto, observa-se uma ligeira tendência para valores ligeiramente mais altos, podendo ser uma circunstância a melhorar com a alteração das dimensões da etiqueta, ou mesmo mudando o tipo de corte;
As etiquetas do Label B são de todas as que possuem melhor dispersão;
Com estes resultados já podemos dizer que é uma solução com viabilidade, mas com necessidade de aperfeiçoamento.
Assim sendo tomou-se como próximo passo do estudo a melhor caracterização das nossas necessidades em termos de resistência mecânica e adesão das etiquetas. Para tal utilizou-se material usado em série com pré-cortes realizados na máquina de corte laser. Este novo estudo servirá para definir melhor o produto que se pretende do fornecedor.
Embora o material que se vai utilizar esteja bem caracterizado (ver anexo 3), optou-se por realizar ensaios de tracção do material com diferentes tamanhos de pré-cortes a fim de avaliar a sua resistência. Isto porque o tipo de corte que se vai realizar para elaboração das etiquetas, com máquina de corte laser, pode alterar as características iniciais do material, principalmente na zona afectada pelo calor.
Nota: entende-se l resistente como sendo a zona
que não é cortada, ou seja, a zona resistente do material, fig.53.
Figura 53: Planificação etiqueta.
Tabela 6 – Resultados dos ensaios de tracção às etiquetas.
Uma vez caracterizado o material tentou-se caracterizar a força crítica a partir da qual existe a possibilidade de afectar a prestação da membrana.
Para tal, e uma vez que já temos uma ideia da resistência que o material possui, realizaram-se ensaios de estallido com os vários tamanhos de corte nas etiquetas.
Tabela 7 – Resultados dos ensaios de estallido dos provetes com etiqueta.
Pressão [mbar] AA BB CC DD EE 001 241 260 247 275 266 002 268 280 278 279 276 003 269 258 273 270 276 004 249 272 288 285 294 005 255 288 278 275 280 PTO 256,4 271,6 272,8 276,8 278,4 ±3σ 36 39 46 17 30
Figura 55: Representação dos resultados de estallido.
Destes ensaios deve reter-se:
l
l resistente AA 9 BB 13 CC 16 DD 19 EE 22Retiradas as ilações, chegou o momento de tomar o seguinte passo. Uma vez que já temos uma ideia suficientemente concreta do limite de resistência que se deveria ter para a etiqueta, resta-nos tentar estabelecer um limite mínimo que nos garanta os resultados pretendidos da protecção. Para tal realizou-se um ensaio que consistiu em voltear o saco na fábrica, na máquina utilizada em série, com várias dimensões de pré-cortes a fim de tentar determinar a partir de que ponto a etiqueta rebentava. Este foi o ensaio realizado porque consideramos que será a operação onde a protecção será mais solicitada, tornando-se assim crítica.
Tabela 8 – Resultados dos ensaios no volteador dos provetes com etiqueta.
Designação
l
resistente (mm)Resistência estimada (N)
Nº
ensaios Resultado Observações
Etiqueta A 9 21 3 Rebentou Rebentaram todas
Etiqueta B 13 30 3 Resistiu Resistiram todas
Etiqueta C 16 37 3 Resistiu Resistiram todas
Etiqueta D 19 44 3 Resistiu Resistiram todas
Etiqueta E 21 49 3 Resistiu Resistiram todas
Assim sendo a força mínima necessária que se determinou necessária para manter a protecção em posição é aproximadamente 30N, contudo este valor necessita ser confirmado com uma amostragem maior para assim se inferir correctamente. De notar ainda que para se ser mais preciso seria necessário avaliar a resistência das etiquetas de uma maneira mais aprofundada para se ter mais certezas quanto à resistência real da etiqueta. Destaca-se ainda que apesar de as etiquetas resistirem sofrem bastante com o processo e apresentam alguns indícios de desgaste.
Uma vez determinado um valor de referência para a resistência que será necessária para garantir o posicionamento, definiu-se então a dimensão dos pré-cortes a realizar nas etiquetas. Assim sendo falta então realizar a validação da solução com a etiqueta definida anteriormente.
Para se realizar a validação da solução em questão realizaram-se ensaios de estallido e no
volteador. Para isso ensaiaram-se 60 amostras, das quais 30 provetes para estallido e 30
sacos para o volteador. Utilizaram-se estas quantidades de amostras porque se está a falar de ensaios destrutivos, logo, para que se possa realizar uma previsão estatística válida e realista implica que se tenha uma base amostral suficientemente grande.
A configuração de etiqueta utilizada para os ensaios de validação foi a B, com um
l
resistente de 13 mm e uma resistência à tracção de aproximadamente 30 N.Para se obter uma base de comparação mais real realizaram-se também ensaios de
estallido a 30 provetes sem protecção, podendo então definir o seu PTO e utiliza-lo como
Figura 56: PTO dos provetes sem protecção.
O resultado obtido para o PTO da fixação por etiquetas com pré-cortes foi PTOetiqcortes=277±53 mbar, fig. 57.
De seguida temos então os resultados obtidos no volteador para os sacos equipados com protecção fixada por etiqueta com pré-cortes.
Tabela 9 – Descrição dos resultados obtidos no volteador para etiqueta com pré-cortes.
Resultados Descrição Imagem
Rompeu A etiqueta rompe completamente comprometendo o funcionamento da membrana Rompeu ligeiramente A etiqueta rompe ligeiramente, mas não
compromete o funcionamento da
membrana
Resistiu
A etiqueta não rompe, fixando perfeitamente
Tabela 10 – Resumo dos resultados obtidos no volteador para etiqueta com pré-cortes.
Figura 58: Gráfico tabela10.
Da tabela 10 retém-se um elevado número de sacos danificados. Destaca-se que se consideram sacos com integridade de protecção todos os casos em que não se compromete o funcionamento da protecção. Embora os resultados não tenham sido os pretendidos para a validação da opção de etiqueta, este resultado permite-nos saber que a resistência de etiqueta necessária para garantir a integridade da protecção terá um valor próximo do que temos na etiqueta utilizada.
Após uma análise mais cuidada detectou-se uma razão para os resultados obtidos. Essa razão foi uma redução da resistência por parte das etiquetas devido ao processo de colagem das mesmas. A diferença no processo do primeiro ensaio no volteador para este foi a temperatura do tecido aquando da colagem, ou seja, no primeiro as etiquetas foram coladas com o tecido à temperatura ambiente (“colada a frio”) enquanto no segundo as etiquetas foram coladas com o tecido quente (“colada a quente”), logo a seguir à prensagem para cura do calandrado.
De seguida mostra-se um pequeno estudo realizado que veio comprovar o que se descreveu anteriormente. O estudo baseou-se no ensaio de tracção a etiquetas coladas a quente e coladas a frio.
Tabela 11 – Resultados obtidos no estudo de etiquetas coladas a frio e a quente.
Colada a frio Colada a quente 54,73 35,39 45,39 32,8 Rm (N) 47,54 48,36 Média 49,22 38,85 nº sacos 30 % nº sacos intactos 11 36,67 nº sacos danificados 19 63,33 Rasgou parte 3 10
nº sacos com integridade da
protecção 14 46,67 0 5 10 15 20 nº sacos intactos nº sacos danificados nº sacos com integirdade da protecção
Como complemento realizou-se ainda um estudo relativamente ao envelhecimento das etiquetas. O ciclo de envelhecimento usado está descriminado no anexo 4.
Este ensaio foi realizado a 10 amostras de etiquetas tal e qual (TQ) e 10 amostras com ciclo de envelhecimento (CE). Os resultados obtidos foram:
Figura 59: Ensaio de tracção de etiquetas TQ e CE.
Como se pode observar ocorreu uma ligeira redução da resistência à tracção, mas não de forma a comprometer o seu desempenho.
Embora o objectivo do estudo fosse realizar os vários ensaios às etiquetas, TQ e CE, devido a um problema durante o ciclo de envelhecimento apenas foi possível realizar os ensaios de tracção.
Outro dos parâmetros que se considerou importante estudar foi a função módulo airbag. Tem-se como função módulo airbag a área protegida pela protecção durante todo o processo módulo, ou seja, a área que se consegue resguardar mesmo que a protecção não esteja na posição correcta, como dobrada, mas não tendo a fixação nenhum problema, sem ter rompido ou descolado. Este pode ser um detalhe importante na hora de comparar as diferentes soluções. Existem dois parâmetros a ser avaliados, a área protegida (fig. 60) e a distância que a protecção levanta (fig. 61).
Figura 61: Levantamento da pétala na fixação de protecção com etiqueta.
Este estudo permitirá avaliar qual a percentagem da membrana que a protecção protege em cada uma das soluções. Para o caso em questão a área protegida seria 55,4%, e um levantamento da pétala de 14 mm. Para o cálculo da área protegida consideramos que teria os dois lados da pétala levantados, o que seria o pior dos casos, ver fig.62.
Figura 62: Esquema exemplificativo da área protegida.
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OSSTTUURRAADDAAA solução que se vai falar em seguida assenta, tal como já se falou anteriormente, nos mesmos princípios que a solução tratada anteriormente, ou seja, apenas se vai desenvolver a fixação da protecção e não a protecção em concreto.
Esta solução já tinha sido estudada anteriormente, o que permitiu avançar alguns dos paços iniciais. Embora o objectivo desse estudo fosse diferente do que se está a estudar os resultados que já existiam permitiram avançar algumas etapas. A seguir mostra-se um gráfico com alguns dos resultados desse estudo, nomeadamente os que trazem relevância para o projecto.
Figura 63: Resultados de estallido de estudo já existente.
Pode-se ver pelo gráfico da fig. 63 que os resultados obtidos são bastante animadores numa perspectiva de substituir a etiqueta pelas costuras. Visto isto, iniciou-se o trabalho por tentar industrializar o processo de costura, ou seja, durante o estudo referido anteriormente o processo de costura utilizado foi sempre manual, mas isto não seria aplicável em produção, logo é necessário realizar a ou as costuras em causa numa das máquinas de costuras industriais.
Assim sendo começou-se por realizar provetes com as costuras em questão, mas realizadas nas máquinas industriais. Neste caso os provetes serão realizados na “Mitsubishi grande”, pois consideramos que seria a mais representativa do processo industrial. Mas antes foi necessário realizar a respectiva programação das costuras e a plantilla de fixação, fig. 64.
Figura 64: Detalhes da plantilla para a Mitsubishi grande.
Tampa costurada TQ Tampa etiqueta TQ Tampa sem nada a prender
Contudo este processo teve alguns problemas, nomeadamente existiram problemas com a fixação dos provetes à plantilla, o que provocava um deslizamento do tecido e consequentemente costuras defeituosas, fig. 65. Isto aconteceu não só devido à velocidade de funcionamento da máquina, mas também ao mau funcionamento de um dos parâmetros da máquina. Uma vez que a reparação da máquina seria provavelmente morosa optou-se por fazer os provetes na “Mitsbubishi pequena”, pois seria a seguinte opção mais lógica para a função que se pretende.
Figura 65: Provetes obtidos na “Mitsubishi grande”.
Para se trabalhar nesta máquina foi necessário realizar uma nova plantilla tendo o cuidado de colocar posicionadores que ajudassem a fixação dos provetes e melhorassem o processo de costura, fig.66.
Estes foram os resultados obtidos:
Tabela 12 – Resultados dos ensaios de estallido dos provetes costurados.
Figura 67: Representação gráfica dos resultados de protecção costurada.
Com os resultados apresentados, Fig. 67 e tabela 12, podemos ver que a protecção em causa exerce um grande efeito sobre a pressão de rebentamento da membrana. Além dos valores de pressão obtidos estarem muito acima do que se pretende em cada uma das opções, tem-se ainda valores de desvio padrão muito elevados o que induz uma fraca robustez da fixação. Além disto ainda temos os problemas, já mencionados antes, na industrialização do processo de costura da protecção.
Assim sendo optou-se por abandonar esta opção, uma vez que seria muito complicado ter uma solução viável em tão curto espaço de tempo.
Pressão (mbar)
Provete Ø vent. Fio Pontada Nr Cost. A B C D PTO ±3σ PTO
série 1 30 5001 20 1 529 520 514 592 538 108 376 2 30 5009 25 2 765 735 748 537 696 321 376 3 30 5011 30 3 945 732 829 914 855 287 376 4 50 5001 25 3 750 765 717 803 759 107 256 5 50 5009 30 1 238 391 352 382 341 212 256 6 50 5011 20 2 240 282 276 289 272 65 256 7 70 5001 30 2 313 208 225 230 244 141 204 8 70 5009 20 3 201 211 189 214 204 34 204 9 70 5011 25 1 208 205 209 168 197 59 204
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ONNWWOOVVEENN CCOOMMCOC
ORRTTEESSDesta feita o conceito é completamente diferente que os casos anteriores, uma vez que a ideia neste caso seria utilizar um material diferente do que se usa no saco para realizar a protecção. Isto permite-nos que se opte por um material com menor resistência mecânica, possibilitando que rebente por cortes realizados de forma a delimitar o venting.
Tal como já foi referido anteriormente, o material seleccionado para esta opção foi o
Nonwoven, não só por corresponder às características mecânicas pretendidas, mas também
porque este material já é utilizado pela empresa para outras aplicações.
A ficha técnica dos materiais sobre os quais se vai debruçar o estudo encontra-se no anexo 5. Apesar de já existirem estes dados técnicos do material realizaram-se alguns ensaios com o objectivo de melhor caracterizar as características mecânicas, uma vez que vão ser as características mais relevantes para a determinação das geometrias a utilizar. De salientar que estes materiais possuem resistências mecânicas diferentes para cada uma das direcções principais. No anexo 6 encontra-se também um estudo das alterações das propriedades do material com os ciclos de envelhecimento.
Para tal realizaram-se ensaios de tracção simples de provetes dos dois materiais, usando várias dimensões dos cortes e várias orientações do material.
Tabela 14 – Resultados dos ensaios de tracção dos provetes de MMK2001.
Uma vez caracterizado o material já se pode ter uma ideia aproximada das dimensões dos cortes a realizar nos diferentes materiais. Assim definiram-se algumas geometrias para os primeiros ensaios de estallido utilizando os dois tecidos. A intenção com estes ensaios é ter uma primeira perspectiva do funcionamento deste tipo de protecção e do comportamento do material. Na figura 68 mostra-se as configurações utilizadas para os cortes do Nonwoven. Todos os valores de PTO são comparados com provetes sem protecção, PTOsérie=264 ±24 mbar.
Figura 68: Configurações utilizadas para os cortes do Nonwoven.
comparação por configurações
240 260 280 300 320 1 2 3 4 5 Nr configuração p re s s ã o ( m b a r)
Tabela 15 – Resultados dos ensaios de estallido dos dois materiais.
Figura 70: Gráfico comparativo das 5 configurações do material T 050.
Figura 71: Gráfico comparativo das 5 configurações do material MMK2001.
Uma vez analisados estes resultados seleccionaram-se as configurações que se consideraram mais relevantes, sublinhadas a azul na tabela 15. Esta selecção teve como parâmetros principais não só os valores de PTO e de desvio padrão mas também a simplicidade do corte da configuração uma vez que vai ter influência directa no custo da peça. Apresenta-se ainda a comparação dos resultados de cada uma das configurações anteriormente faladas com os valores de série.
T 050 MMK2001
conf. PTO ± 3σ conf. PTO ± 3σ
1 270 20 1 270 31
2 269 24 2 260 32
3 261 35 3 264 22
4 273 56 4 271 22
Figura 73: Gráfico comparativo da configuração 3 dos dois materiais.
Figura 74: Gráfico comparativo da configuração 5 dos dois materiais.
Figura 75: Gráfico comparativo entre os dois materiais.
Da análise deste comparativo entre os dois materiais e entre as diferentes configurações deve reter-se:
Com excepção de dois provetes do material 1 (T050) - configuração 5 em que obtiveram valores de PTO acima dos limites da especificação, em todos os restantes se obtiveram-se valores dentro da especificação (264±24mbar);
De destacar que obtivemos boas dispersões para os dois materiais, especialmente para as algumas configurações;
Uma das grandes limitações encontradas é que apenas um dos materiais (o MMK2001) suporta a temperatura atingida (180 ºC) na prensa onde se realiza a cura do calandrado;
Tal como no caso da protecção utilizando etiquetas com pré-cortes também desta feita se realizaram os ensaios para validação da solução, usando igualmente as 30 amostras para cada um dos ensaios.
Assim sendo o resultado obtido nos ensaios de estallido para o PTO da protecção utilizando o Nonwoven foi PTONonwoven=284±52 mbar, fig. 76. No entanto existe um dos resultados obtidos que se considerou um pouco descabido e que deve estar relacionado com defeito não detectado. Se se ignorar esse valor o PTO seria então PTONonwoven=282±44 mbar, fig.77.
Figura 76: PTO do Nonwoven.
Figura 77: PTO do Nonwoven com correcção. Tabela 16 – Descrição dos resultados obtidos no volteador a protecção com Nonwoven.
Resultados Descrição Imagem
Não danificado ou intacto
A protecção não apresenta qualquer
Tabela 17 – Resumo dos resultados obtidos no volteador para Nonwoven com cortes.
nº sacos 30 %
nº sacos intactos 29 96,67
nº sacos danificados 1 3,33
Rompeu 1 ponto 1 3,33
nº sacos com integridade da
protecção 30 100
Figura 78: Gráfico tabela 17.
A observação dos resultados, descriminados na tabela 17, depreende-se que este tipo de protecção tem uma elevada robustez. Isto porque se obteve uma fiabilidade de 100% no que respeita a integridade da protecção da membrana.
Tal como no caso da protecção utilizando etiqueta com pré-cortes, estudou-se a função módulo airbag desta solução. Registou-se, tal como já se havia feito antes, a área protegida (fig. 79), contudo não se mediu o levantamento porque considerou-se não ser um parâmetro aplicável nesta solução uma vez que o material é demasiado macio e dobra facilmente.
.
Figura 79: Avaliação da área na função módulo airbag para protecção com Nonwoven.
Para este caso obteve-se uma área protegida de 69,4%. Para o cálculo da área protegida consideramos que teria os dois lados com o corte maior levantados, o que seria o pior dos casos. Isto corresponderia a ter como área desprotegida o dobro da área que se observa desprotegida na figura 79. 0 5 10 15 20 25 30 nº sacos intactos nº sacos danificados nº sacos com integirdade da protecção
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ORRTTEESSO conceito desta ideia seria então utilizar o próprio tecido utilizado no saco para proteger a membrana, tal como já acontecia em soluções descritas anteriormente, mas desta feita a fixação da porção de tecido é feita por pequenas porções de tecido que não são cortadas.
Se observarmos as características do tecido, para o caso estudou-se um tecido em específico embora se pretenda que a solução seja para aplicar em qualquer dos tecidos utilizados (ver anexo 7), rapidamente nos apercebemos que a resistência do tecido é demasiado elevada para rebentar apenas com a expansão da membrana. Assim sendo a opção passaria por não ser os fios em si que realizam a fixação mas a força realizada pela teia dos fios, ou seja, os fios estarão na realidade cortados mas a força exercida pelo entrelaçado dos fios é que o segura passando assim a “deslizarem”, fig.80.
Figura 80: Exemplificação do funcionamento dos pontos de fixação da protecção.
Posto isto a primeira abordagem consistiu então em realizar provetes com várias geometrias de cortes a fim de tentar avaliar qual a geometria potencialmente mais favorável. Assim sendo as primeiras geometrias que se utilizaram foram:
Tabela 18 – Resultados de estallido das primeiras 3 geometrias de tecido com cortes.
Analisados os resultados e os provetes detectaram-se os primeiros problemas que seriam garantir que os fios à teia e à trama se encontravam realmente cortados, caso que não acontecia nos provetes anteriores. Isso levou então a que se realizassem alguns ajustes nas geometrias para assim se poder voltar a ensaiar, nomeadamente optou-se por uma das configurações para se realizar os ajustes. Na fig. 82 podemos ver, a vermelho, a configuração 2 e os ajustes realizados, a verde.
Figura 82: Configuração 4 – conf.2 com os ajustes.
A fim de precaver futuros problemas optou-se por cortar já provetes com várias orientações e assim analisar a influência deste parâmetro (neste caso 0, 10, 22.5, 30 e 45 graus).
Embora os resultados obtidos fossem desta feita satisfatórios, mesmo quando se utilizou uma orientação diferente de 0º, tentou-se encontrar uma geometria aplicável em qualquer orientação e que esta fosse menos complexa que a anterior pois, como já se viu anteriormente, isto implica um aumento considerável no tempo de corte e consequentemente