Reologia de Cerâmicas Pdf feito por Carolina Veloso 24 de novembro de 2015

 

Características dos Sistemas Cerâmicos Suspensões Cerâmicas - As partículas estarão bem dispersas se houver um equilíbrio entre as forças

(cinética, van de Waals, hidrodinâmica....) que estão submetidas

- Aglomeração das partículas pode ser evitada se interferir no Movimento

Browniano (atração e repulsão) das moléculas líquidas e sólidas,

aumentando a repulsão entre as partículas, melhorando a dispersão e

garantindo a estabilidade da suspensão

- Essa estabilização pode ser dada pela adição de Agentes Defloculantes

(dispersantes, que modificam a interação dessas forças por diferentes

mecanismos).

- O agente defloculante pode ser:

• Inorgânico: (sais eletrolíticos que por hidrólise geram bases monovalentes,

portanto aumentam o PH). Resultando na estabilização eletrostática:

• Orgânico: compostos poliméricos que repelem as partículas devido ao seu

tamanho molecular, por impedimento estérico

Importância da Reologia no Processamento dos Materiais Cerâmicos As propriedades reológicas são importantes para o projeto e para a seleção

de equipamentos para:

1. Armazenamento;

2. Bombeamento;

3. Moagem;

4. Homogeneização;

5. Atomização;

6. Compactação

Dos materiais cerâmicos

Propriedades Reológicas de Suspensões Cerâmicas As propriedades reológicas de suspensões são fortemente

influenciadas pelas características da fase sólida:

1. Concentração volumétrica de sólidos;

2. Distribuição de tamanho de partículas;

3. Tipos de interação (atração e repulsão) entre as partículas

Fluxo em suspensões cerâmicas

O comportamento do fluxo de uma suspensão cerâmica é função das

relações entre os movimentos de translação e rotação das partículas sólidas

no interior do líquido e as interações interpartículas.

O movimento das partículas durante o fluxo é dependente da concentração,

do tamanho, da forma e da carga das partículas da suspensão.

Podemos pensar na suspensão como tendo um comportamento entre

viscoelástico e pseudoplástico.

Tamanho da partícula Em geral, quanto maior o tamanho da partícula, menor é a viscosidade.

Quanto maior o tamanho da partícula, menor será o número de interações

partícula-partícula e, devido à natureza fraca desta interação, o efeito da

redução da viscosidade é notado de forma mais nítida em baixas taxas de

cisalhamento.

Em geral, quando menor o tamanho da partícula maior é a viscosidade. Para

uma fração volumétrica constante, quando o tamanho das partículas é

diminuído, o número de partículas aumenta. Portanto o número de interações

partícula-partícula aumenta ,de modo que a viscosidade da amostra

tipicamente aumenta. Como as interações partícula-partícula são forças

fracas, o efeito é mais nítido a baixas taxas de cisalhamento.

Combinação dos efeitos de tamanho e distribuição de tamanho da partícula sobre a viscosidade

Para manter a mesma fração volumétrica, uma amostra de partículas

relativamente grandes com uma pequena proporção de partículas pequenas

terá uma viscosidade menor do que uma amostra com apenas partículas

pequenas ou apenas partículas grandes. Isso é devido à concorrência entre

os efeitos.

Número de partículas (concentração) No caso de partículas de tamanho constante, observa-se que:

Suspensões diluídas, baixa fração de volume de partículas. É pequena <

0,05. Fluxo é newtoniano, pois as partículas não interagem umas com as

outras. Baixa probabilidade de contato.

Se ∅ > 0,05  (𝑒  𝑜𝑢  𝑑𝑖â𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜  𝑚é𝑑𝑖𝑜) o fluxo é viscoelástico, as partículas

interagem, mas as forças de interação são pequenas e podem ser quebradas

com o aumento da taxa de cisalhamento.

Efeito da taxa de cisalhamento em suspensão de barbotina

Curvas medidas no modo CS – tensão controlada

Curvas medidas no modo CR – Taxa de cisalhamento controlada

Forma das partículas Partículas lisas geram dispersões menos viscosas a baixas taxas de

cisalhamento se comparadas com partículas não lisas (menor convexidade).

Partículas lisas podem fluir mais facilmente umas em relação as outras em

comparação com partículas não lisas, para as quais a resistência ao fluxo é

maior. Assim partículas não lisas apresentam maiores viscosidades a baixas

taxas de cisalhamento em relação as partículas lisas.

Partículas mais alongadas tendem a apresentar maior viscosidade a baixas

taxas de cisalhamento e menor viscosidade a altas taxas de cisalhamento em

relação às partículas esféricas equivalentes em tamanho. Com partículas

esféricas, normalmente há interações entre as partículas que se desfazem

sob ação do cisalhamento, resultando em um comportamento

pseudoplástico.

A viscosidade da suspensão em repouso é maior quanto menos eférica for a

partícula. Barnes (1981) descreveu a viscosidade em função do fator forma

da partícula:

Discos: 𝜂 =!!"!"

Cilindros: 𝜂 = 7.𝐹𝑡! !  𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑖𝑑𝑜  𝑝𝑜𝑟  100

Rigidez da partícula Com partículas do mesmo tamanho, as partículas passíveis de deformação

tendem a apresentar menor viscosidade com o aumento da taxa de

cisalhamento em relação as partículas mais rígidas ou duras. A taxa de

cisalhamento pode alterar a forma da partícula deformável tornando-a

alongada e alinhada sob ação do cisalhamento.

Influência do pH na viscosidade da suspensão cerâmica

Influência do agente aglomerante na viscosidade da suspensão de alumina

Influência do dispersante na viscosidade

QUESTÕES

1. A influência da forma das partículas nas propriedades reológicas de

suspensões cerâmicas foi avaliada para partículas esféricas lisas,

partículas aongadas lisas e partículas não lisas (menor convexidade).

Baseado nos seus conhecimentos, correlacione as partículas das

curvas A, B e C. Justifique sua resposta.

Resposta: Partículas de tamanho equivalente: A baixas taxas de cisalhamento: partículas alongadas com orientação ao

acaso conduz a uma elevada barreira para iniciar o fluxo, assim a

viscosidade é maior em relação as partículas não lisas as quais interagem

devido a maior área de contato, que por sua vez apresentam maior

viscosidade que as partículas lisas as quais podem deslizar mais facilmente

umas sobre as outras e portanto apresentam menor resistência ao fluxo.

A altas taxas de cisalhamento: Sob ação do cisalhamento as interações entre

as partículas esféricas lisas e entre as não lisas se desfazem, resultando em

um comportamento pseudoplástico. As partículas alongadas se orientam em

direção ao fluxo o que reduz em maior grau a resistência ao fluxo.

2. As etapas de manufatura de materiais a partir de suspensões

cerâmicas são função direta da estabilidade das suspensões. Cite dois

diferentes métodos através dos quais a estabilização pode ser dada.

Justifique sua resposta.

Resposta: M1: Químico, uso de defloculante, orgânico ou M2: Inorgânico

I: Sais eletrolíticos que por hidrólise geram bases monovalentes, portanto

aumentando o pH e resultando em uma estabilização eletrostática.

O: Compostos poliméricos que repelem as partículas devido ao seu tamanho

molecular por impedimento estérico.

M3: Mecânico, como controle do tamanho da partícula, pois quanto maior o

tamanho da partícula, menor será o número de interações partícula-partícula

(menor será a área superficial) assim será menor a variação da viscosidade

com a taxa de cisalhamento.

M4: Mecânico, como controle da distribuição de tamanho das partículas.

Quando menor a DTP, mais estável é o sistema, porque o empacotamente é

maior e a variação na viscosidade será menor.