COMPÓSITO INORGÂNICO, USO, FERRAMENTA DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA, MOLDE, PROCESSO DE FABRICAÇÃO

Campo da Criação e Invenção

[0001] A presente invenção apresenta um compósito inorgânico, o uso de compósito inorgânico em ferramentas e moldes, uma ferramenta de conformação mecânica, um molde, e um processo de fabricação de ferramentas e moldes em compósito inorgânico. Em uma concretização, a invenção proporciona um molde e/ou ferramenta de conformação mecânica de materiais compósitos, conformação de metais, molde para fundição ou para injeção, referidos moldes ou ferramentas tendo propriedades físico-químicas peculiares. Em uma concretização, o processo de fabricação proporciona fabricação rápida, com baixo custo, com alta qualidade e redução do consumo de energia e matéria-prima, viabilizando economicamente a produção industrial por conformação de materiais compósitos estruturais e trazendo vantagens ambientais. A presente invenção se situa nos campos da engenharia mecânica, engenharia de materiais, ferramentaria e preservação do meio-ambiente através da redução do consumo de energia e de matéria-prima. A tecnologia definida na presente invenção pode ser considerada uma tecnologia verde visto que envolve gerenciamento de resíduos incluindo tratamento de resíduos e reutilização de materiais usados. Dentre os ingredientes que compõem a matriz do compósito da presente invenção, podem ser utilizados resíduos de diversos setores industriais como pode ser visto em maiores detalhes a seguir.

Antecedentes da Invenção

[0002] Materiais compósitos estruturais têm mostrado excelentes resultados frente aos materiais metálicos, muitas vezes apresentando propriedades físico-químicas superiores. Contudo, os materiais compósitos estruturais ainda não apresentam participação expressiva na produção industrial, principalmente pela complexidade e elevado custo de seu ferramental. [0003] Na conformação de materiais compósitos estruturais, a inviabilidade industrial encontra-se na fabricação das ferramentas metálicas devido ao seu alto custo e peso extremamente elevado, as ferramentas da técnica sendo de matriz metálica feita em aço especial.

[0004] As peças de material compósito possuem características muito específicas, razão pela qual existe uma grande diversidade de processos de fabricação de materiais compósitos, como SMC, high pressure, HP-RTM, infusão, entre outros. Um desses processos é o processamento de tapes, uma técnica que traz uma demanda grande por conta de sua praticidade. No referido processo, uma fibra pré-impregnada, embebida com PP, é conformada em um molde a quente, onde age como uma chapa fina ao ser colocada em uma prensa, se moldando no formato da prensa em um molde macho-fêmea aquecido para promover a reação química dos componentes do compósito. A partir disto, é formada a peça final, assim como se forma uma chapa de metal por estampagem em uma ferramenta padrão. Contudo, esta técnica traz um grande problema à indústria, pois os materiais compósitos requerem ferramentas específicas - e cada tipo de geometria de peça tem uma geometria de ferramenta distinta ou ainda cada ferramenta precisa sofrer edições entre uma peça e outra. Além disso, deve-se considerar também o desgaste da ferramenta, o aço utilizado nessas ferramentas sendo um aço especial de elevado custo.

[0005] A manufatura convencional dos moldes e ferramentas de aço é uma manufatura extrativa, na qual parte-se de um bloco e desse bloco deve ser extraído material até alcançar a geometria/cavidade no formato final da peça. Isso ocorre tanto para moldes macho quanto para fêmea da ferramenta. Dessa forma, muito material se perde e é desperdiçado a partir do bloco original de aço, sendo esse material um aço para ferramenta de custo elevado, que ademais precisa de tratamento térmico para prevenir o desgaste prematuro da ferramenta. Além do indesejável desperdício de material inerente à sua usinagem, há ainda o elevado consumo energético para sua remoção e para os tratamentos térmicos do aço. Dessa forma, o custo elevado para produção de moldes convencionais em aço muitas vezes inviabiliza a produção industrial.

[0006] Os materiais compósitos ainda não alcançaram uma escala produtiva e importância no mercado devido a dificuldades relacionadas aos processos ou às propriedades exigidas. A presente invenção provê uma solução a estes problemas.

[0007] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui, aos olhos dos inventores, novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica. A maior parte dos documentos com alguma semelhança em termos de composição é relacionada a materiais cimentícios usados na construção civil, que em nada se relaciona com a presente invenção.

[0008] O documento WO 2020/053201 , intitulado “Inorganic Binder System Comprising Blast Furnace Slag and Solid Alkali Metal Silicate”, revela urn sistema cimentício inorgânico e uma argamassa ou concreto usando o mesmo. O produto é distinado a aplicações na construção civil e compreende pelo menos (i) escória de alto forno; e (ii) um silicato de metal alcalino sólido de fórmula SiC.2- 2 M2), onde M é selecionado dentre Li, Na, K ou misturas dos mesmos, sendo que o sistema cimentício é obtido por co-cominuição da mistura dos ingredientes. [0009] O documento CN 104098281 A, intitulado “Geopolymer composition, geopolymer material and preparation method thereof”, revela urn geopolímero que tem características de materiais orgânicos, cerâmicos, e cimentícios. O geopolímero do referido documento compreende: (i) 100 partes em peso de materiais sólidos em pó contendo silício, que por sua vez compreende 50 a 95% em peso de material alumino silicato e 5 a 50% em peso de material cálcio-silício; e (ii) de 30 a 100 partes em peso de um estimulante alcalino, que pode ser um vidro.

[0010] O documento CN108751762A, intitulado” High-performance additive for cement fiberboard and preparation method thereof”, revela soluções para placas de cimento para uso em construção civil. As placas de cimento são usadas em paredes externas e compreendem materiais contendo silício e cálcio, sendo reforçadas com fibras naturais e outros materiais auxiliares. No referido documento, é provido um aditivo de alto desempenho para placas cimentícias que compreende (em partes em peso): 22 a 26 partes de cinza de casca de arroz, 6 a 10 partes de um compósito inorgânico ultrafino de preenchimento ativo, 3 a 6 partes de areia residual, 9 a 13 partes de escória de sulfato em pó dopado com escória de aço, 2 a 5 partes de pó de microsílica, e 1 a 3 partes de fibras.

[0011] O documento KR101315371 B1 , intitulado “High-strength concrete composition using fly ash geopolymer and method for manufacturing the concrete product”, revela uma composição geopolimérica cimentícia para uso em construção civil. A composição cimentícia de alta resistência do referido documento compreende (partes em peso): 20 a 30 partes de um silicato alcalino solúvel em água, 15 a 20 partes de um sal alcalino solúvel em água, 0,1 a 1 parte de um agente redutor de água, e uma argamassa geopolimérica misturada com 1 a 3 de um material de reforço e 100 a 450 partes de um agregado grosso com diâmetro partícula de 2,5 a 15 mm, 50 a 200 partes de um agregado fino com diâmetro de partícula de 1 a 2,5 mm, baseado em 100 partes de cinzas volantes. [0012] O pedido de patente BR 1 12013014685-0, intitulado “Mistura de Compósito de Concreto Geopolimérico de Ultras-alto Desempenho (GCUAD) e Método de Fabricação da referida Mistura”, revela um compósito geopolimérico ligante para concreto de ultra-alto desempenho e seu uso em construção civil. A referida composição compreende: (A) um ligante compreendendo um ou mais selecionados a partir do grupo que consiste em aluminossilicato reativos e aluminosilicato de alcalinos-terrosos reativo; em que o ligante compreende 10 a 50% em peso da mistura GCUAD; (B) um ativador alcalino compreendendo uma solução aquosa de hidróxido de metal e silicato de metal; (C) um ou mais agregados; e (D) um ou mais enchimentos com um tamanho de partícula até 75 pm, em que o conteúdo de enchimento combinado é até 35% em peso de uma mistura de GCUAD; em que um tipo de um ou mais enchimentos tem um tamanho de partícula entre 0,05 e 1 pm, e é selecionado a partir do grupo que consiste em sílica ativa, sílica precipitada, carbonato de cálcio ultrafino, alumina micron, e as partículas submicrométricas de óxidos de metal; e em que o outro tipo de um ou mais enchimentos tem um tamanho de partícula entre 1 e 75 pm, e é selecionado a partir do grupo que consiste em quartzo moído, zeólito e vidro moído.

[0013] Apenas dois documentos parcialmente relacionados a compósitos para moldes e ferramentas como o da presente invenção foram encontrados, porém sendo bastantes distintos.

[0014] O documento CN107199466A, intitulado “Numerical control processing machine tool”, revela uma ferramenta de maquinaria dotada de um sistema de controle numérico e o foco do referido pedido de patente é o sistema de controle numérico em si, ou seja, em nada se relaciona com a presente invenção. O referido documento descreve que a ferramenta inclui vários componentes, incluindo um leito de ferramenta que é feito de concreto polimérico dotado de dureza estática, elevada frequência natural do leito e bom desempenho dinâmico. Entretanto, não são providos detalhes da composição do referido concreto polimérico.

[0015] O documento JP2020104445A, intitulado “Resin Mold”, revela um molde de resina usado em substituição a um molde metálico. O foco do referido documento é dotar o molde de resina de eficiência de condutividade térmica e durabilidade. O meio para atingir o referido objetivo é o uso de um molde multicamadas com ao menos três camadas, nas quais é feito o ajuste das proporções de pós inorgânicos. O teor de pó inorgânico na camada mais interna é A%, o da camada intermediária é B% e o da camada mais externa é C%, sendo a relação de proporções A>B>C. A referida solução, de incluir uma camada intermediária com teor intermediário de pó inorgânico, altera as propriedades físicas entre as camadas e evita ou minimiza a ocorrência de quebras ou trincas. A resina preferida no referido documento é a chamada “madeira química” e o pó inorgânico (presente entre 10 a 30% em peso) deve aumentar a condutividade, sendo selecionado dentre pós metálicos, óxido de titânio, alumina, nitreto de alumínio e nitreto de boro.

[0016] Do que se depreende da literatura pesquisada, o estado da técnica carece de uma solução que proporcione um molde e/ou ferramenta de conformação mecânica de material compósito estrutural de alto desempenho. O estado da técnica é também carente de um processo que proporcione a produção rápida, de baixo custo, com alta qualidade e redução do consumo de energia e de matéria-prima. A invenção viabiliza técnica e economicamente a produção industrial de um molde e/ou ferramenta de conformação mecânica de material compósito estrutural termoplástico e traz vantagens ambientais substanciais, tanto em economia de energia quanto em uso racional de materiais.

Sumário da Invenção

[0017] A presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir do desenvolvimento de moldes e ferramentas de material inorgânico- cimentício.

[0018] É um dos objetos da invenção prover um molde e/ou ferramenta de conformação mecânica de materiais compósitos.

[0019] É outro dos objetos da invenção prover um molde e/ou ferramenta de conformação mecânica de metais.

[0020] É um dos objetos da invenção prover um molde para fundição.

[0021] É um dos objetos da invenção prover um molde para injeção.

[0022] As ferramentas ou moldes da invenção têm propriedades físico- químicas peculiares, decorrentes da escolha das proporções dos ingredientes do compósito inorgânico cimentício.

[0023] É também um objeto da presente invenção prover um compósito inorgânico para ferramentas de conformação mecânica e moldes que compreende uma combinação de uma matriz cimentícia com uma fibra de reforço. [0024] Em uma concretização do compósito, a matriz cimenticia do compósito da presente invenção é resultante da combinação de ao menos um precursor sólido com ao menos uma solução ativadora alcalina.

[0025] Na presente invenção, os precursores sólidos dos polímeros inorgânicos podem ser matérias-primas naturais e minerais, tais como metacaulim, rochas e outros argilominerais e minerais encontrados no solo. Os minerais derivados de argilominerais, tais como o caulim, são constituídos basicamente por SÍO2 e AI2O3, contendo apenas alguns traços de outros óxidos metálicos. Já, os minerais derivados de rochas são constituídos principalmente por SÍO2 e AI2O3, mas possuem quantidades significativas de Fe2Ü3, MgO, CaO e K2O, cujos teores variam dependendo do tipo do solo e da localização de onde são extraídos. Estes materiais derivados de argilominerais e rochas são predominantemente cristalinos. Assim, é necessário realizar algum tipo de tratamento térmico ou mecânico (moagem) para torná-los reativos. Comumente, os polímeros inorgânicos derivados destes precursores são chamados de geopolímeros.

[0026] A presente invenção, além de viabilizar 0 uso de compósitos em vários tipos de indústria, também revoluciona toda a indústria de manufatura de conformações, redesenhando 0 modelo de matrizaria existente. Antes da invenção, as máquinas eram extremamente complexas e gastavam muita energia para arrancar aço na usinagem de matrizes, tratamentos térmicos que exigem energia altíssima para os metais. Tudo isso é substituído pela presente invenção, que é mais econômica tanto no sentido financeiro como no sentido de recursos energéticos e ambientais, além de proporcionar benefícios ecológicos/ambientais - sendo enquadrável como tecnologia verde. Neste contexto, a indústria que utiliza moldes e ferramentas pode, com a presente invenção, reduzir consumo energia, reduzir a emissão de gases de efeito estufa e reduzir 0 impacto ambiental, indo na direção de uma indústria aliada ao meio ambiente. A tecnologia definida na presente invenção envolve gerenciamento de resíduos incluindo tratamento de resíduos e reutilização de materiais usados. Dentre os ingredientes que compõem a matriz do compósito da presente invenção, podem ser utilizados resíduos de diversos setores industriais como pode ser visto em maiores detalhes a seguir.

[0027] Na presente invenção cada ferramenta ou molde é feita mediante a escolha das concentrações dos ingredientes, de forma a proporcionar as propriedades físico-químicas desejadas, dentro das faixas de concentração previstas a seguir: (i) na matriz, entre 20 e 50%vol de ingredientes sólidos contendo silicatos e entre 50 e 80% de solução ativadora alcalina; e (ii) como reforço, entre 5 e 25% de fibras.

[0028] Ferramentas e molde da invenção demonstraram resistência à compressão de até 150 MPa, resistência à flexão de até 15 MPa e resistência ao cisalhamento de até 40 MPa. Em uma concretização, uma ferramenta de conformação demonstrou resistência à compressão de 83 MPa, resistência à flexão de 7 MPa e resistência ao cisalhamento de 23 Mpa.

[0029] Em uma concretização, os referidos ingredientes sólidos são selecionados dentre escória de alto forno, cinzas volantes, cinza de casca de arroz, proporcionando baixo custo e diversos benefícios ambientais. Em uma concretização, as referidas fibras são selecionadas dentre lã de rocha, fibra de vidro, fibra de aço.

[0030] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um compósito inorgânico para ferramentas de conformação mecânica e moldes que compreende uma combinação de ao menos uma matriz cimentícia com ao menos uma fibra de reforço.

[0031] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta uma ferramenta de conformação mecânica de material compósito inorgânico.

[0032] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um molde de injeção e/ou estamparia e/ou fundição de material compósito inorgânico.

[0033] Em um quarto objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação de ferramenta de conformação mecânica e/ou molde que compreende ao menos uma entre as etapas de: a. adição de uma solução ativadora alcalina em uma mistura compreendendo um precursor sólido, formando uma matriz cimentícia; b. adição de uma fibra de reforço; c. adição da mistura homogeneizada em um pré-molde com geometria da ferramenta ou molde desejado; e d. cura da mistura, que adquire geometria final da peça.

[0034] Em um quinto objeto, a presente invenção apresenta o uso de compósito inorgânico compreendendo uma combinação de uma matriz cimentícia com uma fibra de reforço, para a fabricação de: a. uma ferramenta de conformação mecânica; b. um molde de injeção; c. um molde de estamparia; e/ou d. um molde de fundição.

[0035] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0036] São apresentadas as seguintes figuras:

[0037] A figura 1 mostra os resultados de desempenho a testes de resistência mecânica de moldes preparados com diferentes condições. Em A são mostrados os resultados de resistência à compressão em Mpa; Em B são mostrados os resultados de resistência à flexão em Mpa; Em C são mostrados os resultados de resistência ao cisalhamento em Mpa; Em D são mostrados os resultados da deformação de compressão em %; Em E são mostrados os resultados da deformação de flexão em %; Em F são mostrados os resultados da deformação de cisalhamento em %. As barras com o número 1 mostram os resultados obtidos para o protótipo 1 e as barras com o número 3 mostram os resultados obtidos para o protótipo 3.

[0038] A figura 2 mostra três gráficos com os dados de tensão de compressão flexão e cisalhamento, respectivamente, de moldes preparados com diferentes condições. Em A são mostrados, nas ordenadas, os resultados de tensão de compressão em Mpa e nas abscissas a deformação %; Em B são mostrados, nas ordenadas, os resultados de tensão de flexão em Mpa e nas abscissas a deformação %; Em C são mostrados, nas ordenadas, os resultados de tensão de cisalhamento em Mpa e nas abscissas a deformação %. As curvas marcadas com o número 1 são dos resultados obtidos para o protótipo 1 e as curvas marcadas com o número 3 são dos resultados obtidos para o protótipo 3. [0039] A figura 3 mostra fotos que ilustram o processo de preparo de um molde de conformação mecânica de chapas metálicas ou compósitos poliméricos. Em 1 é mostrada a etapa de mistura e homogeneização dos componentes, com tempo total de 45 minutos; em 2 é mostrada a etapa de moldagem, nesse caso feita em uma caixa quadrada com um contramolde no fundo; em 3 é mostrada a etapa de colocação da composição da invenção fresca, sendo subsequentemente curada por 48h a 60 ^s C; em 4 é mostrado o molde obtido com a concavidade para a conformação de chapas metálicas ou compósitos poliméricos.

[0040] A figura 4 mostra fotos: da montagem do molde em uma prensa (1 ); seguida da conformação (2) de um tape polimérico sobre o molde; e o tape obtido após a conformação mecânica (3).

[0041] A figura 5 mostra duas fotos: à esquerda, da conformação de uma chapa metálica sobre o molde em uma prensa; à direita uma vista em mais detalhe da cavidade formada com adequada conformação à curva do molde.

[0042] A figura 6 mostra uma foto de dois moldes de fundição. À esquerda e abaixo sendo mostrada um molde com cavidade circular e à esquerda e acima a peça de metal obtida mediante a colocação do metal fundido no referido molde. À direito e abaixo sendo mostrada um molde com duas cavidades retangulares unidas por um canal mais estreito e à direita e acima a peça de metal obtida mediante a colocação do metal fundido no referido molde.

[0043] A figura 7 mostra uma concretização de uma vista em perspectiva de um molde macho-fêmea de material compósito inorgânico da presente invenção, na posição fechado.

[0044] A figura 8 mostra o molde da concretização da figura 7 em uma posição aberta, onde o molde macho aparece ao lado do molde fêmea.

[0045] A figura 9 mostra outra vista do molde da concretização da figura 7 em uma posição aberta, onde o molde macho aparece ao lado do molde fêmea. [0046] A figura 10 mostra uma concretização do molde fêmea ilustrado nas figuras 7 a 9.

[0047] A figura 1 1 mostra uma concretização do molde macho ilustrado nas figuras 7 a 9.

[0048] A figura 12 mostra outra vista do molde macho ilustrado nas figuras 7 a 9.

[0049] A figura 13 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 1 1 .

[0050] A figura 14 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 1 1 .

[0051] A figura 15 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 12.

[0052] A figura 16 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 12.

[0053] A figura 17 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 12.

[0054] A figura 18 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 13. [0055] A figura 19 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 13.

[0056] A figura 20 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

13.

[0057] A figura 21 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 14.

[0058] A figura 22 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 14.

[0059] A figura 23 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

14.

[0060] A figura 24 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 15.

[0061] A figura 25 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 15.

[0062] A figura 26 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

15.

[0063] A figura 27 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 16.

[0064] A figura 28 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 16. [0065] A figura 29 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

16.

[0066] A figura 30 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 17.

[0067] A figura 31 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 17.

[0068] A figura 32 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

17.

[0069] A figura 33 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 18.

[0070] A figura 34 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 18.

[0071] A figura 35 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 19.

[0072] A figura 36 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 19.

[0073] A figura 37 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 19.

[0074] A figura 38 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 20. [0075] A figura 39 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 20.

[0076] A figura 40 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

20.

[0077] A figura 41 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 21 .

[0078] A figura 42 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 21 .

[0079] A figura 43 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

21.

[0080] A figura 44 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 22.

[0081] A figura 45 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 22.

[0082] A figura 46 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

22.

[0083] A figura 47 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 23.

[0084] A figura 48 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 23. [0085] A figura 49 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

23.

[0086] A figura 50 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 24.

[0087] A figura 51 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 24.

[0088] A figura 52 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

24.

[0089] A figura 53 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 25.

[0090] A figura 54 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 25.

[0091] A figura 55 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

25.

[0092] A figura 56 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 26.

[0093] A figura 57 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 26.

[0094] A figura 58 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

26. [0095] A figura 59 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 27.

[0096] A figura 60 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 27.

[0097] A figura 61 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

27.

[0098] A figura 62 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 28.

[0099] A figura 63 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 28.

[0100] A figura 64 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

28.

[0101] A figura 65 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 29.

[0102] A figura 66 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 29.

[0103] A figura 67 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela

29.

[0104] A figura 68 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 30. [0105] A figura 69 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal do teste de dilatometria do compósito descrito na tabela 30.

[0106] A figura 70A ilustra uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo horizontal para cada amostra conforme descritas nas tabelas 11 a 13,16, 22 e 28.

[0107] A figura 70B ilustra uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo horizontal para cada amostra conforme descritas nas tabelas 14, 15, 17, 18, 19 e 27.

[0108] A figura 70C ilustra uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo horizontal para cada amostra conforme descritas nas tabelas 23, 24, 29 e 30.

[0109] A figura 70D ilustra uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo horizontal para cada amostra conforme descritas nas tabelas 20, 21 , 25 e 26.

[0110] A figura 71 A ilustra uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo vertical para cada amostra conforme descritas nas tabelas 11 a 13, 16, 22 e 28.

[0111] A figura 71 B ilustra uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo vertical para cada amostra conforme descritas nas tabelas 15, 17, 18, 19 e 27.

[0112] A figura 71 C ilustra uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo vertical para cada amostra conforme descritas nas tabelas 23, 24, 29 e 30.

[0113] A figura 71 D ilustra uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo vertical para cada amostra conforme descritas nas tabelas 20, 21 , 25 e 26.

[0114] A figura 72 ilustra os componentes usados no teste de resistência quasi-estática. A mesma também ilustra os componentes usados no teste de resistência dinâmica. [0115] A figura 73 ilustra a direção da aplicação de carga no teste de resistência quasi-estática.

[0116] A figura 74 mostra um gráfico de deslocamento (mm) em função da força aplicada para as três amostras do teste de resistência quasi-estática.

[0117] A figura 75 ilustra a direção da aplicação de carga no teste de resistência dinâmica.

[0118] A figura 76 ilustra um gráfico dos ciclos representativos de aplicação de carga no teste de resistência dinâmica, mostrando a força (N) aplicada em função do tempo (s) para cada amostra do teste.

[0119] A figura 77 ilustra um gráfico representativo para a amostra 21 -14- 04 no teste de resistência dinâmica, mostrando o deslocamento (mm) em função do tempo (s).

[0120] A figura 78 ilustra um gráfico representativo para a amostra 21 -14- 05 no teste de resistência dinâmica, mostrando o deslocamento (mm) em função do tempo (s).

[0121] A figura 79 ilustra um gráfico representativo para a amostra 21 -14- 06 no teste de resistência dinâmica, mostrando o deslocamento (mm) em função do tempo (s).

Descrição Detalhada da Invenção

[0122] A presente invenção resolve vários problemas do estado da técnica relacionados às ferramentas e/ou moldes de conformação mecânica convencionais, e provê ferramentas e/ou moldes de material compósito com propriedades melhoradas, além de reduzido custo e melhorias sobre outras limitações de produção de congêneres convencionais, que muitas vezes os torna industrialmente inviáveis. Não obstante, a tecnologia definida na presente invenção envolve gerenciamento de resíduos incluindo tratamento de resíduos e reutilização de materiais usados. Dentre os ingredientes que compõem a matriz do compósito da presente invenção, podem ser utilizados resíduos de diversos setores industriais como pode ser visto em maiores detalhes a seguir. [0123] É um objetivo da presente invenção resolver os problemas da técnica e prover moldes e ferramentas de conformação mecânica de compósito inorgânico com propriedades físico-químicas peculiares.

[0124] O compósito inorgânico da invenção é particularmente útil para a fabricação de ferramentas industriais, moldes de conformação de componentes metálicos ou compósitos.

[0125] Em uma concretização, o compósito inorgânico da invenção compreende uma base inorgânica de silicato, proporcionando superar vários problemas da técnica na produção de moldes e ferramentas com materiais metálicos.

[0126] O ajuste das propriedades desejadas da ferramenta ou molde é feito mediante o ajuste das concentrações dos ingredientes, dentro das faixas previstas a seguir: (i) na matriz, entre 20 e 50%vol de ingredientes sólidos contendo silicatos e entre 50 e 80% de solução ativadora alcalina; e (ii) como reforço, entre 5 e 25% de fibras. Opcionalmente, a cura pode ser feita em diferentes temperaturas.

[0127] Em uma concretização, os referidos precursores sólidos são selecionados dentre escória de alto forno, cinzas volantes, cinza de casca de arroz, metacaulim, rochas e outros argilominerais e minerais e combinações dos mesmos. Em uma concretização não limitante, a dita escória de alto forno tem um d90 de aproximadamente 45 pm ou de aproximadamente 35 pm.

[0128] Em uma concretização, as referidas fibras são selecionadas dentre fibras metálicas e fibras cerâmicas. Exemplos não limitantes podem ser lã de rocha, fibra de vidro, fibra de aço, fibra de basalto, fibra de cobre, fibra de aluminossilicato, fibre de alumina ou combinações das mesmas.

[0129] No contexto da presente invenção, os polímeros inorgânicos representam uma categoria de materiais sintetizados a partir de matérias-primas ricas em silício (Si), alumínio (Al) e cálcio (Ca), além de outros metais em menor quantidade, tais como ferro (Fe) e magnésio (Mg). Dependendo das matérias- primas precursoras, estes polímeros inorgânicos podem ser classificados como geopolímeros, materiais ativados alcalinamente ou materiais cimentícios. Para que ocorra a polimerização destas matérias-primas inorgânicas, são utilizadas soluções alcalinas, as quais atuam como ativadoras e catalisadoras das reações. [0130] Na presente invenção, os precursores sólidos dos polímeros inorgânicos podem ser matérias-primas naturais e minerais, tais como metacaulim, rochas e outros argilominerais e minerais encontrados no solo. Os minerais derivados de argilominerais, tais como o caulim, são constituídos basicamente por SÍO2 e AI2O3, contendo apenas alguns traços de outros óxidos metálicos. Já, os minerais derivados de rochas são constituídos principalmente por SÍO2 e AI2O3, mas possuem quantidades significativas de Fe2Ü3, MgO, CaO e K2O, cujos teores variam dependendo do tipo do solo e da localização de onde são extraídos. Estes materiais derivados de argilominerais e rochas são predominantemente cristalinos. Assim, é necessário realizar algum tipo de tratamento térmico ou mecânico (moagem) para torná-los reativos. Comumente, os polímeros inorgânicos derivados destes precursores são chamados de geopolímeros.

[0131] Em algumas concretizações da invenção, são utilizados materiais considerados como resíduos e subprodutos industriais, tais como escórias de alto forno, cinzas volantes e cinzas de casca de arroz, 0 que proporciona redução do custo de produção e traz ganhos ambientais, aproveitando resíduos industriais.

[0132] Em uma concretização da invenção, são usadas escórias de alto forno, que são resíduos provenientes da indústria de obtenção do ferro gusa. Esse material se forma a partir da fusão das impurezas do minério de ferro, juntamente com a adição de fundentes, tais como calcário (CaCOs) e dolomita (CaMg(CO3)2), as quais são separadas por flotação. Como resultado, as escórias de alto forno têm como principais constituintes SÍO2, CaO e AI2O3, e também um percentual significativo de MgO. Como consequência da elevada taxa de resfriamento desse material no estado fundido, as escórias solidificadas são predominantemente vítreas, e, portanto, altamente reativas. Os polímeros inorgânicos derivados destes precursores são reconhecidos como materiais cimentícios ou cimentos ativados alcalinamente, devido a algumas semelhanças com o cimento Portland.

[0133] Em uma concretização da invenção, são usadas cinzas volantes provenientes das usinas termoelétricas, sendo resultantes da fusão e calcinação das impurezas minerais incombustíveis contidas no carvão mineral, o qual é queimado para geração de energia. Estes materiais são constituídos principalmente por SÍO2, AI2O3, Fe2Ü3 e CaO. No entanto, 0 teor de cada óxido pode variar significativamente de acordo com a origem do carvão. As cinzas volantes são parcialmente cristalinas, mas apresentam certa reatividade, principalmente devido à presença de cálcio em sua composição. Os materiais sintetizados a partir destes precursores costumam ser categorizados como materiais ativados alcalinamente.

[0134] Em uma concretização da invenção, são usadas cinzas de casca de arroz provenientes da queima da casca de arroz na produção de energia. Este material é constituído basicamente por SÍO2, e contém apenas pequenas quantidades de outros óxidos, tais como AI2O3 e K2O. Embora não seja reativa, a cinza de casca de arroz é uma fonte adicional de silício que pode ser acrescentada em conjunto com outros precursores sólidos.

[0135] Em uma concretização da invenção, são usados ativadores alcalinos, como 0 silicato de sódio (Na2SiO3), 0 silicato de potássio (K2SÍO3), silicato de lítio (LÍ2SÍO3) , silicato de Césio (CS2SÍO3), na forma de solução. Estes ativadores podem ser encontrados em diferentes razões molares SiO2/Na2Ü ou SÍO2/K2O e diferentes concentrações de sólidos. Soluções de hidróxido de sódio (NaOH) ou hidróxido de potássio (KOH) também são ativadores frequentemente utilizados. Em algumas aplicações, é elaborada uma solução combinando ambos os ativadores, silicato e hidróxido, cuja proporção irá depender do grau de reatividade requerido.

[0136] Os polímeros inorgânicos se destacam por seu bom desempenho mecânico, resistência química, resistência ao calor e ao fogo, podendo ser utilizados como matriz inorgânica para o desenvolvimento de compósitos direcionados a uma ampla variedade de aplicações. No entanto, pelo fato de se assemelharem aos materiais cerâmicos, são materiais de caráter frágil, limitando seu desempenho mecânico. Na presente invenção, são incorporados elementos de reforço a fim de aprimorar o desempenho mecânico de forma controlada. Neste contexto, na presente invenção outros tipos de matérias-primas são acrescentados com a finalidade de obter propriedades especiais para aplicações específicas, a exemplo das fibras de reforço.

[0137] É também um objetivo da invenção prover um processo de fabricação de ferramentas e moldes que seja rápido, de baixo custo, com alta qualidade e com redução do consumo de energia e matéria-prima, viabilizando técnica e economicamente a produção industrial por conformação de materiais compósitos estruturais e trazendo vantagens ambientais.

[0138] No processo da invenção, quando a solução alcalina entra em contato com as partículas dos precursores sólidos, ocorre a dissolução e solubilização parcial dos íons e óxidos metálicos presentes na microestrutura. Ao atingir uma determinada concentração, estes íons e óxidos começam a se rearranjar e formar novas estruturas, juntamente com os ions de Na+ e K+ oriundos da solução ativadora alcalina. À medida que as reações exotérmicas avançam, tais estruturas crescem e formam estruturas tridimensionais, até ocupar todo o volume da mistura. O material solidificado é composto por partículas sólidas parcialmente dissolvidas, circundadas por uma estrutura predominantemente amorfa e alguns pontos localizados com ordem de curto alcance. Parte da água presente na solução ativadora alcalina evapora, mas parte permanece presente como água estrutural, ligada quimicamente na microestrutura tridimensional.

[0139] No processo da invenção, a maioria das composições destes polímeros inorgânicos pode ser curada em temperatura ambiente. No entanto, quando se deseja acelerar o processo de cura e solidificação, ou atingir alguma característica particular, podem ser realizados tratamentos térmicos em condições específicas.

[0140] O processo da invenção tem uma característica relevante consistente no fato de que as misturas descritas têm a capacidade de se moldarem nas mais variadas geometrias, desde as mais simples até as mais complexas, independente da dimensão.

[0141] Na presente invenção, foram desenvolvidos moldes e ferramentas de material compósito inorgânico-cimentício. O processo da invenção para a obtenção de moldes e ferramentas de conformação é muito mais rápido e econômico que os congêneres, de obtenção de ferramentas tradicionais feitas em aço por usinagem.

[0142] Em um aspecto, o processo da invenção proporciona a seleção prévia da microestrutura da ferramenta, de acordo com os requisitos de engenharia específicos para aplicações especiais. Dessa forma, ao selecionar diferentes proporções entre os materiais dos precursores sólidos, fibras de reforço e materiais aditivos, a presente invenção proporciona diferentes propriedades úteis às diversas de aplicação em ferramentas.

[0143] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um compósito inorgânico para ferramentas de conformação mecânica e moldes que compreende uma combinação de uma matriz cimentícia com uma fibra de reforço.

[0144] Em uma concretização, a matriz cimentícia do compósito da presente invenção é resultante da combinação de ao menos um precursor sólido com ao menos uma solução ativadora alcalina.

[0145] Em uma concretização, a referida matriz cimentícia compreende 20 e 50% em volume de precursor sólido contendo silicatos e entre 50 e 80% em volume de solução ativadora alcalina.

[0146] Em uma concretização, o compósito compreende adicionalmente um material agregado. O material agregado no contexto da presente invenção pode ser entendido como um material capaz de contribuir com a estabilidade dimensional do compósito, criando uma estrutura inerte. O material agregado cria ilhas de estabilidade, diminuindo a retração e o evitando a deformação do compósito. Evitar a deformação pode ser vista como uma das principais funções do material agregado, o qual também contribui como reforço particulado e com a melhora da fluidez/trabalhabilidade da mistura. Consequentemente, o material agregado também contribui com uma melhor moldagem, empacotamento, densificação do material e redução da porosidade.

[0147] Em uma concretização, o dito material agregado é selecionado a partir de quartzo, refratário ou outros materiais inertes. Exemplos não limitantes de tais materiais incluem materiais sílico-aluminosos, esferas de bauxita, escória de metal, resíduo de tijolo, resíduo de telha, resíduos de louça sanitária, resíduos cerâmicos, esferas de bauxita, areias em geral, ou combinações dos mesmos.

[0148] Em uma concretização, o dito quartzo é fino ou grosso. Em uma concretização, o dito refratário é fino, médio ou grosso.

[0149] Em uma concretização não limitante, o quartzo fino pode ser entendido como um material de quartzo com tamanho médio de partícula de 35 pm.

[0150] Em uma concretização não limitante, o quartzo grosso pode ser entendido como um material de quartzo com tamanho médio de partícula de 1 ,4 mm.

[0151] Em uma concretização, refratário fino pode ser entendido como um material refratário com tamanho médio de partícula < 0,1 mm.

[0152] Em uma concretização, refratário médio pode ser entendido como um material refratário com tamanho médio de partícula a partir de 0,1 mm - 0,5 mm.

[0153] Em uma concretização, refratário grosso pode ser entendido como um material refratário com tamanho médio de partícula a partir de 0,5 mm - 2 mm.

[0154] Em uma concretização, o compósito compreende entre 75 e 95% em volume da matriz cimentícia, entre 5 e 25% em volume da fibra de reforço e entre 0 e 20% em volume do material agregado. [0155] Em uma concretização, o compósito compreende entre 80 e 95% em volume da matriz cimentícia. Em uma concretização, o compósito compreende entre 85 e 95% em volume da matriz cimentícia.

[0156] Em uma concretização, o compósito compreende entre 5 e 20% em volume da fibra de reforço. Em uma concretização, o compósito compreende entre 5 e 15% em volume da fibra de reforço.

[0157] Em uma concretização, o compósito compreende entre 0 e 15% em volume do material agregado. Em uma concretização, o compósito compreende entre 1 e 10% em volume de material agregado.

[0158] Em uma concretização, o compósito compreende adicionalmente uma nanocarga. A adição da nanocarga tem como objetivo conferir propriedades ou características específicas/especiais ao compósito final, conforme a aplicação desejada. Qualquer tipo de nanocarga pode ser adequada. Exemplos não limitantes de nanocarga que podem ser citados são óxidos no geral (e.g., Nb20s, NbÜ2, NbO, TÍO2, AI2O3, MgO, CaO, ZrÜ2, SÍO2 ou combinações dos mesmos), assim como nitretos (e.g., BM, MgalX , CaalX , LiaN ou combinações dos mesmos) e carbetos (SiC, B4C).

[0159] Em uma concretização não limitante, a nanocarga é composta por nanopartícula de nióbio, nanopartícula de titânio ou combinações das mesmas. Em uma concretização não limitante, a dita nanopartícula de nióbio é nanopartícula de pentóxido de nióbio. Em uma concretização não limitante, a dita nanopartícula de titânio é nanopartícula de dióxido de titânio.

[0160] Em uma concretização, 0 compósito compreende entre 0,001 e 1 % em volume de nanocarga. Em uma concretização, 0 compósito compreende entre 0,001 e 0,5% em volume de nanocarga. Em uma concretização, 0 compósito compreende entre 0,001 a 0,32% em volume de nanocarga.

[0161] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta uma ferramenta de conformação mecânica de material compósito inorgânico.

[0162] Em uma concretização, 0 material compósito inorgânico da ferramenta compreende uma combinação de ao menos uma matriz cimentícia com ao menos uma fibra de reforço. Em uma concretização, a matriz cimentícia é resultante da combinação de ao menos um precursor sólido com ao menos uma solução ativadora alcalina.

[0163] Em uma concretização, a ferramenta da presente invenção é retrabalhada e reutilizada para a produção de novas ferramentas em outras aplicações.

[0164] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um molde de injeção e/ou estamparia e/ou fundição de material compósito inorgânico.

[0165] Em uma concretização, o material compósito inorgânico do molde compreende uma combinação de ao menos uma matriz cimentícia com ao menos uma fibra de reforço. Em uma concretização, a matriz cimentícia é resultante da combinação de ao menos um precursor sólido com ao menos uma solução ativadora alcalina.

[0166] Em uma concretização, o material compósito inorgânico do molde da presente invenção compreende elevada dureza e resistência a desgaste, sendo excelente para processos de conformação mecânica. Tais propriedades são alcançadas através da combinação dos materiais e proporções adequadas de precursores sólidos, fibras de reforço e, alternativamente, materiais aditivos.

[0167] Em uma concretização, o material compósito inorgânico do molde da presente invenção compreende característica frágil e é resistente à elevada temperatura, mantendo a estabilidade dimensional da peça, sendo excelente para processos de fundição, sendo facilmente destruído após o endurecimento do material da peça produzida. Tais propriedades são alcançadas através do ajuste da combinação dos materiais e proporções adequadas de precursores sólidos, fibras de reforço e, alternativamente, materiais aditivos.

[0168] Em uma concretização, ainda que possam ser utilizadas matérias- primas semelhantes às outras aplicações de moldes e ferramentas, o ajuste das proporções dos ingredientes proporciona a obtenção de diferentes propriedades mecânicas. Neste contexto, diante do ajuste das propriedades mecânicas decorrente do ajuste das proporções dos ingredientes, o molde obtido é opcionalmente retrabalhado e reutilizado para a produção de novos moldes em outras aplicações.

[0169] Em um quarto objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação de ferramenta de conformação mecânica e/ou molde que compreende ao menos uma etapa de fabricação de uma matriz cimentícia através da adição de ao menos uma solução ativadora alcalina em ao menos uma mistura de ao menos um precursor sólido.

[0170] Em uma concretização, o processo da presente invenção compreende uma etapa de adição de ao menos uma fibra de reforço à matriz cimentícia. Em uma concretização, o processo da presente invenção compreende uma etapa de adição de um material aditivo além da fibra de reforço e da matriz cimentícia, cujo material aditivo promove alterações às propriedades mecânicas do molde/ferramenta final, podendo ser alterado conforme desejado ao produto final.

[0171] Em uma concretização, o processo da presente invenção compreende uma etapa de homogeneização da mistura e adição da mistura homogeneizada em um pré-molde com geometria da ferramenta ou molde desejado.

[0172] Em uma concretização, o processo da presente invenção compreende uma etapa de fornecimento de calor e cura da mistura, adquirindo geometria final da peça.

[0173] Em um quinto objeto, a presente invenção apresenta o uso de um compósito inorgânico que compreende ao menos uma combinação de ao menos uma matriz cimentícia com ao menos uma fibra de reforço, para a fabricação de ao menos um entre: uma ferramenta de conformação mecânica; um molde de injeção; um molde de estamparia; e/ou um molde de fundição.

[0174] A presente invenção proporciona a não utilização de aço, ou seja, a substituição do aço por outros materiais mais disponíveis e/ou mais baratos, além de consumir menor energia na cadeia e proporcionar a obtenção de uma viabilidade de formas, constituindo-se em um grande avanço tecnológico e de engenharia com materiais compósitos, viabilizado moldes e ferramentas de forma rápida, inteligente e barata.

[0175] Em uma concretização, é exemplificado o contexto e requisitos para a obtenção de uma tampa de graneleiro de 3m de comprimento por 1 m de largura e 3mm de espessura. Importante ressaltar que o custo do respectivo molde metálico convencional pode variar em torno de 2,5 a 3 milhões de reais e qualquer erro ou falha na produção da peça ou do molde gera um prejuízo imenso à indústria. Dessa forma, o elevado custo de produção de ferramentas convencionais de metal dificulta ou inviabiliza uma série de tecnologias voltadas ao uso de peças com polímeros e compósitos, pois o molde convencional metálico precisa de uma propriedade de manutenção de temperatura (dissipação lenta), e o aço faz isso muito bem, mas tem seu custo elevado e limitações de ajuste. Na presente invenção, em amplo contraste, é feita a conformação de materiais compósitos estruturais termoplásticos com uma ferramenta inovadora, material inorgânico cimentício de baixo peso, baixo custo e flexibilidade dimensional, sendo opcionalmente ser retrabalhada.

[0176] Em uma concretização, o molde ou ferramenta da invenção compreende matriz inorgânica com precursor de escória de alto forno e aditivos para promover maior resistência mecânica e resistência ao calor. A concentração e fontes de tais materiais é ajustada em função da aplicação final desejada. Dessa forma, o processo e obtenção proporciona o ajuste das características desejadas mediante o ajuste das proporções entre precursor, matriz inorgânica e aditivos. Os produtos da presente invenção têm variados graus de resistência à compressão, ao calor, transferência de calor, de acordo com a necessidade e com a composição específica. Tudo isso se dá a um custo de produção extremamente baixo frente ao aço, sendo opcionalmente feito com escórias.

[0177] E m uma concretização, a superfície do molde/ferramenta da invenção é adicionalmente recoberta com outros materiais par proporcionar melhorado grau de acabamento. [0178] Outra característica técnica fundamental da presente invenção é viabilizar técnica e economicamente a obtenção de moldes ou ferramentas de geometrias complexas, muito mais complexas que as usinadas. Diferente dos moldes usinados, o molde ou ferramenta da invenção é feito por “manufatura aditiva” (near net shape), não requerendo a remoção de material. No processo da invenção, os moldes/ferramentas já saem do contramolde no formato final ou quase final. Isso elimina muitas etapas do processo, auxiliando ainda na redução de custos.

[0179] Na presente invenção, o contramolde também é de material bastante simples e barato, sendo utilizada uma matriz inorgânica para preencher as geometrias, o que proporciona a obtenção de geometrias extremamente complexas, com cantos retos e/ou cantos arredondados, de resultados variados em função do objetivo final desejado.

[0180] Em resumo, a presente invenção proporciona, dentre outras, as seguintes vantagens técnicas: 1. Vantagens ergonômicas e energéticas na utilização, devido ao fato do molde ter um peso específico extremamente baixo frente aos metálicos; 2. Flexibilidade de desenho específico de model/ferramenta para cada aplicação, ou seja, cada molde pode ser projetado e desenhado não só em sua geometria, mas também nas propriedades que deve possuir para cumprir as funções a que se propõe; 3. Capacidade de reprocessamento, reutilização, retrabalho; e 4. Facilidade de acesso, uma vez que usa precursores disponíveis e não escassos no meio ambiente; 5. Uso de materiais precursores variados, de reuso, baixo custo; 6. Economia de energia na obtenção do molde e nas logística produtiva devido ao baixo peso e eliminação do aço (com seu peso e energia requerida na fabricação, transporte e usinagem).

[0181] Essa versatilidade na seleção das propriedades mecânicas do molde e os acréscimos de reforços adequados para seu melhor uso trazem a solução aos problemas na construção de moldes e ferramentas.

[0182] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

[0183] Exemplo 1 - Compósito inorgânico e testes de desempenho

[0184] No presente exemplo, a composição da invenção foi concretizada de duas formas diferentes, formulação 1 e formulação 2, conforme as tabelas 1 e 2 abaixo:

[0185] Tabela 1 - composição da formulação 1

[0186] T abela 2 - composição da formulação 2

[0187] O processo de mistura foi igual para todos os casos desta concretização, e compreendeu: uma 1 ^â etapa de mistura e homogeneização, por 5 minutos, da escória de alto forno, cinza de casca de arroz, lã de rocha, fibra de aço e nanocarga (quando no caso da formulação 2); uma 2- etapa de mistura e homogeneização, por 10 minutos, de silicato de sódio e água acrescentados à mistura obtida na etapa anterior; e uma 3 ^â etapa de mistura e homogeneização, por 3 minutos, de fibra de vidro acrescentada à mistura obtida na etapa anterior. [0188] Depois de obtidas as misturas conforme indicado acima, diferentes tratamentos térmicos foram aplicados para a obtenção de quatro protótipos, da seguinte forma: o Protótipo 1 foi feito com a formulação 1 , mediante tratamento térmico a 60°C por 48h; o Protótipo 2 foi feito com a formulação 2 e tratamento térmico a 60°C; o Protótipo 3 foi feito com a formulação 1 , mediante um primeiro tratamento térmico a 60°C por 48h um subsequente tratamento térmico a 800°C; o Protótipo 4 foi feito com a Formulação 2, com um tratamento térmico a 60°C e outro a 800°C.

[0189] Diversos testes foram conduzidos com os protótipos descritos acima. A tabela 3 sumariza os resultados qualitativos obtidos.

[0190] Tabela 3 - Características obtidas para cada protótipo testado.

[0191 ] Alguns testes quantitativos foram feitos para avaliar o desempenho dos protótipos a esforços mecânicos variados. A figura 1 mostra os resultados de desempenho a testes de resistência mecânica de moldes preparados com diferentes condições. Em A são mostrados os resultados de resistência à compressão em Mpa; Em B são mostrados os resultados de resistência à flexão em Mpa; Em C são mostrados os resultados de resistência ao cisalhamento em Mpa; Em D são mostrados os resultados da deformação de compressão em %; Em E são mostrados os resultados da deformação de flexão em %; Em F são mostrados os resultados da deformação de cisalhamento em %. As barras com o número 1 mostram os resultados obtidos para o protótipo 1 e as barras com o número 3 mostram os resultados obtidos para o protótipo 3.

[0192] Tabela 4 - valores máximos obtidos de cada variável para dois protótipos testados

[0193] A figura 2 mostra três gráficos com os dados de tensão de compressão flexão e cisalhamento, respectivamente, de moldes preparados com diferentes condições. Em A são mostrados, nas ordenadas, os resultados de tensão de compressão em Mpa e nas abscissas a deformação %; Em B são mostrados, nas ordenadas, os resultados de tensão de flexão em Mpa e nas abscissas a deformação %; Em C são mostrados, nas ordenadas, os resultados de tensão de cisalhamento em Mpa e nas abscissas a deformação %. As curvas marcadas com o número 1 são dos resultados obtidos para o protótipo 1 e as curvas marcadas com o número 3 são dos resultados obtidos para o protótipo 3.

[0194] Exemplo 2 - Uso na fabricação de moldes e ferramentas

[0195] O compósito da invenção é particularmente útil para a fabricação de moldes e ferramentas, incluindo um molde e/ou ferramenta de conformação mecânica de materiais compósitos, um molde e/ou ferramenta de conformação mecânica de metais, um molde para fundição, e um molde para injeção.

[0196] Nesta concretização, são exemplificadas as formas de obtenção de moldes e ferramentas, que é muito contrastante com as formas de obtenção de moldes e ferramentas convencionais feitas em aços ou outros metais. A composição da invenção, conforme exemplificada no exemplo 1 foi usada na preparação de moldes e ferramentas, conforme ilustram as figuras 3-6.

[0197] A figura 3 mostra fotos que ilustram o processo de preparo de um molde de conformação mecânica de chapas metálicas ou compósitos poliméricos. Em 1 é mostrada a etapa de mistura e homogeneização dos componentes, com tempo total de 45 minutos; em 2 é mostrada a etapa de moldagem, nesse caso feita em uma caixa quadrada com um contramolde no fundo; em 3 é mostrada a etapa de colocação da composição da invenção fresca, sendo subsequentemente curada por 48h a 60 ^s C; em 4 é mostrado o molde obtido com a concavidade para a conformação de chapas metálicas ou compósitos poliméricos.

[0198] A figura 4 mostra fotos: da montagem do molde em uma prensa (1 ); seguida da conformação (2) de um tape polimérico sobre o molde; e o tape obtido após a conformação mecânica (3).

[0199] A figura 5 mostra duas fotos: à esquerda, da conformação de uma chapa metálica sobre o molde em uma prensa; à direita uma vista em mais detalhe da cavidade formada com adequada conformação à curva do molde.

[0200] A figura 6 mostra uma foto de dois moldes de fundição. À esquerda e abaixo sendo mostrada um molde com cavidade circular e à esquerda e acima a peça de metal obtida mediante a colocação do metal fundido no referido molde. À direito e abaixo sendo mostrada um molde com duas cavidades retangulares unidas por um canal mais estreito e à direita e acima a peça de metal obtida mediante a colocação do metal fundido no referido molde.

[0201 ] Exemplo 3 - Ferramenta de Estamparia do Tipo Molde Macho- Fêmea em Material Compósito Inorgânico

[0202] Nesta concretização, foi desenvolvido um compósito inorgânico de natureza cimentícia e seu uso na fabricação de um molde de fundição de uma ferramenta complexa. A matriz desse compósito foi uma matriz cimentícia ativada alcalinamente, tendo escória granulada de alto forno como precursor sólido principal, e cinza de casca de arroz como fonte adicional de silício. O ativador alcalino utilizado foi uma solução de silicato de sódio. Fibras de reforço mecânico, tais como fibra de vidro, fibra de aço e lã de rocha também foram adicionadas.

[0203] A matriz cimentícia ativada alcalinamente foi desenvolvida utilizando escória de alto forno e cinza de casca de arroz como precursores sólidos. O ativador alcalino dessa matriz foi uma solução de silicato de sódio.

[0204] A Tabela 5 apresenta a composição química dos precursores sólidos utilizados para a matriz cimentícia desta concretização.

[0205] Tabela 5: Composição química dos precursores sólidos da matriz cimentícia.

[0206] As demais propriedades químicas e físicas são apresentadas na Tabela 6.

[0207] Tabela 6: Propriedades químicas e físicas dos precursores sólidos da matriz cimentícia

[0208] As propriedades químicas e físicas do ativador alcalino da matriz cimentícia são apresentadas na Tabela 7.

[0209] Tabela 7: Propriedades químicas e físicas do ativador alcalino da matriz cimentícia.

[0210] Para o desenvolvimento do compósito inorgânico de natureza cimentícia ativada alcalinamente, fibra de vidro, fibra de aço e lã de rocha foram adicionadas como fibras de reforço à matriz. As propriedades físicas e químicas dos elementos de reforço utilizados no compósito são apresentadas na Tabela 8.

[0211] Tabela 8: Proporções e propriedades físicas e químicas dos elementos de reforço do compósito.

[0212] Nesta concretização, a matriz cimentícia desenvolvida para o compósito é composta por 42%vol de precursores sólidos e 58%vol de solução ativadora alcalina. Dos precursores sólidos, 86%vol correspondem à escória de alto forno, que é o precursor principal, enquanto os 14%vol restantes correspondem à cinza de casca de arroz, que é a fonte adicional de silício. A solução ativadora alcalina é composta por 69%vol de silicato de sódio e 31%vol de água. A composição da matriz cimentícia desta concretização da invenção é apresentada na Tabela 9.

[0213] Tabela 9: Composição da formulação da matriz cimentícia.

[0214] Essa matriz possui uma viscosidade inicial de 7000cP e tempo de trabalho de até 4 horas sob condições de temperatura ambiente (25 ^S C). Após a cura a 60 ^s C por 24 horas, sob condições seladas, controlando assim a evaporação dos solventes da solução alcalina, a matriz solidificada possui resistência à compressão de 83 MPa, resistência à flexão de 7 MPa e resistência ao cisalhamento de 23 MPa.

[0215] O compósito desenvolvido possui 90%vol da matriz cimentícia e 10%vol de elementos de reforço, sendo 5%vol de lã de rocha, 2%vol de fibra de vidro e 3%vol de fibra de aço. Os 10%vol correspondentes aos elementos de reforço adicionados foram subtraídos dos precursores sólidos, com o objetivo de manter a mesma razão entre sólidos totais (precursores sólidos e fibras) e líquidos (solução ativadora alcalina), e assim, manter a trabalhabilidade da mistura. Portanto, no compósito final, dos 90%vol representados pela matriz, 32%vol correspondem aos precursores sólidos (escória de alto forno e cinza de casca de arroz) e 58%vol correspondem à solução ativadora alcalina. A composição da formulação do compósito desta concretização é descrita na Tabela 10.

[0216] Tabela 10: Composição da formulação do compósito.

[0217] Exemplo 4 - Processo para Fabricação de um molde de injeção Tipo Molde Macho-Fêmea

[0218] Nesta concretização a invenção, um compósito conforme descrito no exemplo 3 acima foi misturado em um misturador intensivo de laboratório. A velocidade da cuba e do agitador foi mantida sempre em rotação baixa (950 rpm) e o tempo total foi de mistura foi 13 minutos.

[0219] Em uma primeira etapa, foi realizada a mistura e homogeneização das matérias-primas sólidas (escória de alto forno, cinza de casca de arroz, lã de rocha e fibra de aço) por 5 minutos.

[0220] Em uma segunda etapa, foi adicionada a solução ativadora alcalina e a mistura foi homogeneizada por 5 minutos.

[0221] Em uma terceira etapa, foi adicionada a fibra de vidro, seguida de homogeneização por mais 3 minutos. Ao final do processo, a mistura atingiu 36 ^S C.

[0222] Em seguida, o material obtido foi imediatamente vertido no molde com a geometria desejada, sendo aplicada vibração por cerca de 2 minutos para eliminação de bolhas de ar. Foi feito um tratamento térmico a 60 ^s C por 48 horas em condição selada.

[0223] A ferramenta de estamparia tipo molde macho e fêmea obtida é ilustrada nas figuras 7-6, que mostram um molde para injeção de alumínio para a produção de uma válvula relé de um semi-reboque, usado no sistema pneumático de freio. A figura 7 mostra uma concretização de uma vista em perspectiva de um molde macho-fêmea de material compósito inorgânico da presente invenção, na posição fechado. A figura 8 mostra o molde da concretização da figura 7 em uma posição aberta, onde o molde macho aparece ao lado do molde fêmea. A figura 9 mostra outra vista do molde da concretização da figura 7 em uma posição aberta, onde o molde macho aparece ao lado do molde fêmea. A figura 10 mostra uma concretização do molde fêmea ilustrado nas figuras 7 a 9. A figura 1 1 mostra uma concretização do molde macho ilustrado nas figuras 7 a 9. A figura 12 mostra outra vista do molde macho ilustrado nas figuras 7 a 9.

[0224] Exemplo 5 - Compósitos inorgânicos e testes de dilatometria

[0225] No presente exemplo, o compósito da invenção foi concretizado adicionalmente de vinte e uma formas diferentes, conforme as tabelas 11 a 30 abaixo.

[0226] O processo de mistura foi semelhante para todos os casos desta concretização, e compreendeu: uma 1 ^â etapa de mistura e homogeneização, por 5 minutos, da escória de alto forno, cinza de casca de arroz (exceto na amostra da tabela 13 a seguir), lã de rocha, fibra de aço e material agregado (no caso das amostras das tabelas 14-19, 23-24, 27-30 a seguir); uma 2- etapa de mistura e homogeneização, por 10 minutos, de silicato de sódio (outros exemplos não limitantes de ativador podem ser silicato de potássio, silicato de lítio, silicatio de Césio ou combinações dos mesmos) e água juntamente à nanocarga (no caso das amostras das tabelas 20, 21 , 25 e 26 a seguir) acrescentados à mistura obtida na etapa anterior; e uma 3 ^â etapa de mistura e homogeneização, por 3 minutos, de fibra de vidro (ou fibra de basalto conforme a amostra da tabela 12) acrescentada à mistura obtida na etapa anterior.

[0227] Depois de obtidas as misturas conforme indicado acima, tratamento térmico foi aplicado para a obtenção dos protótipos de cada compósito, da seguinte forma: tratamento térmico a 60°C por 48h.

[0228] A tabela 1 1 mostra informações mais detalhadas sobre a composição da formulação 1 conforme descrita no exemplo 1 acima.

[0229] Tabela 1 1 - compósito da formulação 1 do exemplo 1 (denominado padrão):

[0230] O compósito conforme descrito na tabela 11 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 13 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 14 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal.

[0231] A partir desta formulação, denominada padrão, foram feitas diversas modificações na composição dos compósitos, conforme será adicionalmente ilustrado nas tabelas 12 a 32 a seguir.

[0232] Tabela 12 - compósito substituindo fibra de vidro por basalto

[0233] O compósito conforme descrito na tabela 12 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 15 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 16 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 17 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0234] Tabela 13 - compósito sem cinza de casca de arroz

[0235] O compósito conforme descrito na tabela 13 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 18 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 19 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 20 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0236] Tabela 14 - compósito com 2% de Quartzo grosso como material agregado

[0237] O compósito conforme descrito na tabela 14 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 21 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo horizontal. A figura 22 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo horizontal. A figura 23 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0238] Tabela 15 - compósito com 4% de Quartzo grosso como material agregado

[0239] O compósito conforme descrito na tabela 15 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 24 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 25 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 26 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0240] Tabela 16 - compósito substituindo escória de 35 pm por escória de 45 pm

[0241] O compósito conforme descrito na tabela 16 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 27 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 28 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 29 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0242] Tabela 17 - compósito com escória de 45 pm e 2% de Quartzo fino como material agregado

[0243] O compósito conforme descrito na tabela 17 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 30 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 31 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 32 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0244] Tabela 18 - compósito com escória de 35 pm e 2% de Quartzo fino como material agregado

[0245] O compósito conforme descrito na tabela 18 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 33 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 34 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal.

[0246] Tabela 19 - compósito com escória de 35 pm e 4% de Quartzo fino como material agregado

[0247] O compósito conforme descrito na tabela 19 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 35 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 36 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 37 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0248] Tabela 20 - Compósito com 0,01% (em volume) de nanopartículas de TÍO2

[0249] O compósito conforme descrito na tabela 20 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 38 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 39 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 40 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0250] Tabela 21 - Compósito com 0,01% (em volume) de nanopartículas de Nb2Ü5

[0251] O compósito conforme descrito na tabela 21 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 41 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 42 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 43 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura. [0252] Tabela 22 - Compósito com silicato de sódio SÍ2O/Na2O=3,3

[0253] O compósito conforme descrito na tabela 22 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 44 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 45 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 46 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0254] Tabela 23 - compósito com 2% (em volume) de refratário grosso como material agregado [0255] O compósito conforme descrito na tabela 23 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 47 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 48 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 49 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0256] Tabela 24 - compósito com 4% (em volume) de refratário grosso como material agregado

[0257] O compósito conforme descrito na tabela 24 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 50 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 51 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 52 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0258] Tabela 25 - Compósito com 0,001% (em volume) de nanopartículas de Nb2Ü5

[0259] O compósito conforme descrito na tabela 25 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 53 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 54 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 55 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0260] Tabela 26 - Compósito com 0,001% (em volume) de nanopartículas de TÍO2

[0261] O compósito conforme descrito na tabela 26 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 56 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 57 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 58 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0262] Tabela 27 - compósito com 2% (em volume) de quartzo grosso + 2% (em volume) de quartzo fino como material agregado

[0263] O compósito conforme descrito na tabela 27 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 59 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 60 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 61 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0264] Tabela 28 - compósito com escória 35pm + 45pm e 2% (em volume) de quartzo grosso + 2% (em volume) de quartzo fino como material agregado

[0265] O compósito conforme descrito na tabela 28 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 62 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 63 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 64 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0266] T abela 29 - compósito com 2% (em volume) de refratário fino como material agregado [0267] O compósito conforme descrito na tabela 29 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 65 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 66 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 67 ilustra a porcentagem da variação dL/Lo em função da variação da temperatura.

[0268] Tabela 30 - compósito com 2% (em volume) de refratário médio como material agregado

[0269] O compósito conforme descrito na tabela 30 foi analisado por ensaio de dilatometria horizontal e vertical em dilatômetro Netzsch DIL 402 Espedis Classic com taxa de aquecimento de 3 °C/min em atmosfera de ar sintético e geometria de amostra de 8x8x25mm. A figura 68 ilustra a variação dimensional (%) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal. A figura 69 ilustra a variação das dimensões (dL/Lo) em função da temperatura da amostra no eixo vertical e horizontal.

[0270] Exemplo 6 - Comparação dos resultados de dilatometria

[0271] Os resultados da variação dimensional (%) conforme descritos no exemplo 5 foram comparados para cada amostra. As figuras 70A, 70B, 70C e 70D ilustram uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo horizontal para cada amostra conforme descritas nas tabelas 11 a 30. As figuras 71 A, 71 B, 71 C e 71 D ilustram uma comparação da variação dimensional (%) em função da temperatura (°C) no eixo vertical para cada amostra conforme descritas nas tabelas 11 a 30.

[0272] Exemplo 7 - Teste de resistência Quasi-estática

[0273] Moldes feitos com o compósito descrito acima pela tabela 11 foram produzidos conforme descrito no exemplo 2 acima. Estes foram submetidos a um teste de resistência quasi-estática, o qual conta com três componentes: (1 ) um molde superior metálico, (2) um domo conformado em tape e (3) um molde inferior que é objeto do teste. O objetivo do teste é determinar a carga máxima até a fratura, o método é aplicar carga no material testado até a falha. A figura 72 ilustra os componentes usados no teste. A figura 73 ilustra a direção da aplicação de carga. Para o teste, foram produzidos 3 moldes idênticos para executar o teste de resistência quasi-estática em triplicate (denominadas amostras 21 -14-01 , 21 -14-02 e 21 -14-03). A face inferior dos corpos de prova representa um quadrado de 280,00 mm de lado. A tabela 31 abaixo mostra os resultados do teste:

[0274] Tabela 31 - Resultados do teste de resistência quasi-estática

[0275] A figura 74 mostra um gráfico de deslocamento (mm) em função da força aplicada para as três amostras do teste de resistência quasi-estática. O gráfico indica também o ponto onde houve falha detectada para a amostra 21 - 14-02.

[0276] Exemplo 7 - Resistência Dinâmica

[0277] Moldes feitos com o compósito descrito acima pela tabela 11 foi produzido conforme descrito no exemplo 2 acima. Estes foram submetidos a um teste de resistência dinâmica, o qual conta com três componentes: (1 ) um molde superior metálico, (2) um domo conformado em tape e (3) um molde inferior que é objeto do teste. O objetivo do teste é determinar o comportamento em fadiga, o método é coletar os dados de tempo deslocamento e força. A figura 72 ilustra os componentes usados no teste. A figura 75 ilustra a direção da aplicação de carga. Para o teste, foram produzidos 3 moldes idênticos para executar o teste de resistência dinâmica em triplicate (denominadas amostras 21 -14-04, 21 -14- 05 e 21 -14-06). A face inferior dos corpos de prova representa um quadrado de 280,00 mm de lado. A tabela 32 abaixo mostra os resultados do teste: [0278] Tabela 32 - Resultados do teste de resistência dinâmica

[0279] A figura 76 ilustra um gráfico dos ciclos representativos de aplicação de carga no teste de resistência dinâmica, mostrando a força (N) aplicada em função do tempo (s) para cada amostra do teste.

[0280] A figura 77 ilustra um gráfico representativo para a amostra 21 -14- 04 no teste de resistência dinâmica, mostrando o deslocamento (mm) em função do tempo (s).

[0281] A figura 78 ilustra um gráfico representativo para a amostra 21 -14- 05 no teste de resistência dinâmica, mostrando o deslocamento (mm) em função do tempo (s).

[0282] A figura 79 ilustra um gráfico representativo para a amostra 21 -14- 06 no teste de resistência dinâmica, mostrando o deslocamento (mm) em função do tempo (s).

[0283] Desde logo se esclarece que a partir da revelação do presente conceito inventivo, os versados na arte poderão considerar outras formas de concretizar a invenção não idênticas às meramente exemplificadas acima, tais formas poderão ser consideradas como estando dentro do escopo das reivindicações anexas.