ENSAIOS MECÂNICOS EM PAPEL

César Augusto Gonçalves

Jackeline Souto

Larissa Ciro

Maria Thalita Siqueira

Recife, Novembro de 2011

UFPE - Universidade Federal de Pernambuco

Centro de Tecnologia e Geociências

Departamento de Engenharia Química

Curso de Química Industrial

Disciplina: Química Analítica Aplicada

RESUMO

Este mostra a prática realizada no Laboratório de Controle de Qualidade da

Universidade Federal de Pernambuco, onde foram feitas análises da gramatura,

resistência ao estouro, resistência ao rasgo, porosidade e absorção de água.

Palavras-chaves: Papel, Ensaios físico-mecânicos.

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Sumário

1. INTRODUÇÃO.........................................................................................................4

2. OBJETIVOS..............................................................................................................6

2.1 OBJETIVO GERAL...........................................................................................6

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................6

3. MATERIAIS E MÉTODOS......................................................................................7

3.1 Materiais utilizados.............................................................................................7

3.2 Procedimento Experimental................................................................................7

3.2.1 Gramatura....................................................................................................7

3.2.2 Absorção de água (Teste de COBB)...........................................................7

3.2.3 Porosidade...................................................................................................8

3.2.4 Resistência ao rasgo....................................................................................8

3.2.5 Resistência ao estouro.................................................................................8

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES.............................................................................8

4.1 Gramatura...........................................................................................................9

4.2 Absorção de água (Teste de COBB)...................................................................9

4.3 Porosidade.........................................................................................................10

4.4 Resistência a rasgo............................................................................................11

4.5 Resistência a estouro.........................................................................................11

5. CONCLUSÕES.......................................................................................................12

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................12

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1. INTRODUÇÃO

O conhecimento das propriedades físico-químicas do papel faz necessário para

obtenção de resultados que permitam a previsão do comportamento do material ou

produto sujeito a esforços.

A importância desse estudo situa-se na interação dos conhecimentos e aplicação das

leis universais da Física e da Química na explicação dos fenômenos biológicos inerentes

a vida. Por conseguinte a composição do papel, sua estrutura e os vários componentes

que compõe as propriedades físico-mecânicas dos materiais.

Os principais ensaios realizados no controle de qualidade do papel são gramatura,

resistência ao estouro, resistência ao rasgo, porosidade e absorção de água.

A gramatura é a massa do papel expressa em gramas por metro quadrado (g.m -2).

A medição se realiza, em corpos de prova condicionados, por meio de uma

balança analítica ou uma balança na qual é possível ler diretamente a massa em

gramas por metro quadrado, quando se pesa uma folha de área determinada.

A resistência ao rasgo mede o trabalho necessário para rasgar o papel, a uma

distância determinada, depois do rasgo ter sido iniciado por meio de uma faca

adaptada ao aparelho. A resistência é medida em um aparelho tipo pêndulo,

Elmendorf, no qual os corpos de prova de dimensões especificadas são presos

entre duas garras. O pêndulo é solto de forma a completar o rasgo iniciado,

sendo o trabalho despendido nesta operação marcado em uma escala graduada

de 0 a 100 gf, fixada no próprio aparelho. A figura 1 mostra um aparelho de

Elmendorf. A força média necessária para rasgar uma só folha com a distância

fixada é expressa em mN e é calculada da seguinte maneira:

R = 16 x L

n

 

onde:

R = resistência ao rasgo em mN;

L = média das leituras feitas;

n = número de folhas ensaiadas em conjunto

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Figura 1. Aparelho de Elmendorf.

A porosidade é o tempo necessário para um certo volume de ar

atravessar, sob pressão constante, uma determinada área de papel.Tal como a

permeabilidade ao ar, quantifica a capacidade que o papel tem em se deixar

atravessar pelo ar. A figura 2 mostra o aparelho para a determinação da porosidade.

Unidades: s/100 ml (pode ser medido para 50 ml ou 200 ml)

Figura 2. Aparelho para a determinação da porosidade.

A resistência ao estouro é definida como a pressão necessária para produzir o

arrebentamento do material, ao se aplicar uma pressão uniformemente crescente,

transmitida por um diafragma elástico, de área circular. O corpo de prova,

submetido ao ensaio, é preso rigidamente entre dois anéis concêntricos. O

esforço ao qual o material está submetido simula o emprego prático do papel, em

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forma de sacos, papel de embrulho e outros. A pressão limite no momento da

ruptura, chamada de resistência ao arrebentamento, é expressa em kPa. Para sua

determinação utiliza-se o aparelho Mullen (figura 3).

Figura 3. Aparelho de Mullen.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Esta prática tem como objetivo aprender as análises físico-mecânicos do papel.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Esta prática tem como objetivos específicos a realização dos seguintes

parâmetros do controle da qualidade em papeis:

Gramatura

Resistência ao estouro

Resistência ao rasgo

Porosidade

Absorção de água.

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3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Materiais utilizados

Tesoura

Régua

Balança semi-analítica

Aparelho de COBB

Cronômetro

Balança com precisão de 0,01g

Papel toalha

Porosímetro tipo Gurley

Aparelhagem tipo Müller

3.2 Procedimento Experimental

3.2.1 Gramatura

Preparou-se 4 amostras de forma retangular com área de 10000 mm². Os corpos de

prova foram pesados em balança semi-analítca com uma casa decimal.

3.2.2 Absorção de água (Teste de COBB)

Cortou-se 10 corpos de prova, 5 para cada lado de amostra, com 125 x 125 mm.

Cada um dos corpos de prova foi pesado em precisão de 0,01g (m1). Colocou-se sobre a

base, o pedaço de borracha seco e sobre este, o corpo de prova com face a ser ensaiada

para cima, montando a seguir o anel sobre o conjunto e pressionou-se por meio de duas

porcas. Adicionou-se 100 mL de água dentro do anel (até alcançar o nível interno do

anel), acionando ao mesmo tempo o cronômetro. A água foi deixada entrar em contato

com o corpo de prova durante 2 minutos. Cerca de 10 segundos antes de terminar o

tempo de ensaio, encheu-se rapidamente com água o interior do anel, evitando que a

mesma respingue sobre o corpo de prova. Após os 2 minutos, retirou-se o corpo de

prova e eliminou-se o excesso de água da superfície do papel, colocando-o entre duas

folhas de papel mata-borrão e pressionou-se rapidamente com a mão. Pesou-se

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imediatamente o corpo de prova com precisão de 0,01g (m2). Executou-se 3 ensaios

para cada lado da amostra.

3.2.3 Porosidade

Cortou-se dez corpos de provas com dimensões de 7,0 X 7,0 cm. Suspendeu-se o

cilindro móvel sustentando-o pela haste. A amostra foi colocada entre os discos de

vedação e baixou-se o cilindro móvel suavemente até que flutue. Cronometrou-se o

tempo necessário para que 200 para 100 mL de ar atravessasse o corpo de prova. Após o

ensaio, retirou-se a amostra e o cilindro móvel voltou para o suporte da haste.

3.2.4 Resistência ao rasgo

Deslocou-se o sistema pendular em sua posição inicial (100g) fixando a trava.

Centrou-se a amostra nos encaixes com o lado inferior cuidadosamente ajustado na base

da garra. Fixou-se as folhas nas garras de modo que a largura do corpo de prova de 63

mm fique na vertical. Utilizou-se a mesma pressão em ambas as garras. Realizou-se o

corte inicial de 20 mm. Adicionou-se a navalha do aparelho. O pêndulo foi solto tão

rápido quanto possível e anotou-se a leitura e o prendeu no retorno sem alterar a posição

do ponteiro.

3.2.5 Resistência ao estouro

Cortou-se 10 corpos de prova de 65 mm X 65 mm. Certificou-se que o aparelho

estivesse totalmente descarregado e que o ponteiro carregador do manômetro indicasse

zero. Fixou-se o corpo de prova no aparelho e aplicou-se pressão hidráulica até ocorrer

o estouro. Realizou-se a leitura da resistência ao estouro pelo ponteiro indicador,

voltando o mesmo a seguira parar a carga zero. Executou-se mais 4 ensaios para o

mesmo lado do papel.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

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4.1 Gramatura

No ensaio de gramatura, com o papel na dimensão de 10 x 10 cm,

obtivemos os seguintes dados:

Tabela 1 – Gramatura do papel

Amostra P A G

1 11.3 10000 1130

2 11.5 10000 9988.5

3 11.4 10000 9988.6

4 12.2 10000 9987.8

média 11.6 10000 7773.725

Onde:

P é o peso do papel em g.

A é a área em mm²

G é a gramatura em g/m², calculada por G = 10 6 * P

A

4.2 Absorção de água (Teste de COBB)

No teste de COBB (Absorção de água) construíram-se as tabelas

abaixo com os dados obtidos:

Tabela 2 – Absorção de água (Parte porosa para cima)

Amostra m1 m2 m2-m1 A

1 1.92 2.35 0.43 43

2 1.93 2.34 0.41 41

3 1.95 2.32 0.37 37

média 1.933333 2.336667 0.403333 40.33333

Tabela 3 – Absorção de água (Parte porosa para baixo)

Amostra m1 m2 m2-m1 A

1 1.94 2.33 0.39 39

2 1.93 2.32 0.39 39

3 1.95 2.32 0.37 37

9

média 1.94 2.323333 0.383333 38.33333

Onde:

m1 é a massa inicial do papel

m2 é a massa após a absorção de água

A é a absorção da água, calculado por (m2-m1)*100

4.3 Porosidade

Assim como no teste de COBB, o teste de porosidade foi feito

considerando ambos os lados do papel, obtendo as seguintes tabelas.

Tabela 4 – Porosidade (Parte porosa para cima)

Amostra t

1 19.67

2 21.21

3 21.69

4 20.29

5 17,40

média 20.715

Tabela 5 – Porosidade (Parte porosa para baixo)

Amostra t

1 20.08

2 21.01

3 20.70

4 19.48

5 18.43

média 19.94

Onde:

t é o tempo necessário para que a coluna desça de 200 a 100.

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4.4 Resistência a rasgo

Devido à falta de papel, o teste foi feito considerando apenas um dos

lados.

Tabela 6 – Resistência a rasgo

n x E

3 19 156.000

4 23 117.000

5 32 93.600

6 43 78.000

L 29.25

E = 16 x L onde: E - Resistência ao rasgo em gf

n L - Média das leituras obtida

n - Número de folhas ensaiadas

de cada vez

4.5 Resistência a estouro

Tabela 7 – Resistência ao estouro

Provas x M

1 3.3 3.520

2 3.5

3 3.5

4 3.7

5 3.6

Soma 17.6

Onde:

x é a leitura feita no experimento

M é a resistência ao estouro

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5. CONCLUSÕES

O presente experimento foi bastante enriquecedor, pois proporcionou o

conhecimento de uma ferramenta muito utilizada no dia-a-dia, o papel. Mas não se pode

esquecer a presença de algumas imprecisões durante o experimento que deixaram o

mesmo impreciso, como por exemplo, erros do analista e de equipamento.

Através das análises realizadas, pode-se conhecer os processos de determinação

das propriedades do papel como sua gramatura, absorção e porosidade, alem de testes

de qualidade como resistência a rasgo e resistência a estouro.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

M.A.M. Brasil. VARIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS E DAS

PROPRIEDADE FÍSICO-MECÂNICAS COM REFINAÇÃO DA

CELULOSE SULFATO DE MADEIRA DE Eucalyptus saligna SMITH.

IPEF n.5, p.33-45, 1972.

Polpa e Papel. Disponível em:

<www.madeira.ufpr.br/.../polpaepapel/introdprocessos.ppt> Acesso em 20 de

novembro de 2011.

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