el caucho y sus aplicaciones ales - celeste dopazo

EL CAUCHO Y SUS APLICACIONES INDUSTRIALES

I. Introducción

En la presente monografía se desarrollarán diferentes aspectos acerca del caucho. Entre

otros temas, se hablará de su historia y extracción de la naturaleza, su sintetización,

composición, propiedades, producción y por último sus aplicaciones más comunes,

poniendo central atención a la fabricación de llantas.

Se hablará también del proceso de vulcanización, indispensable en la producción de

productos de caucho.

A lo largo del desarrollo se incluirán tablas y figuras que ilustran los conceptos en

cuestión.

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II. Fundamentación

Elegí este tema debido a que es un material que conforma muchos de los productos que

utilizamos cotidianamente como neumáticos, preservativos, globos, mangueras, suelas,

pelotas, y otros artículos deportivos.

Su descubrimiento provocó un antes y un después en la vida y en la producción. Sus

propiedades elásticas son las más importantes, y las que le dan su relevancia en el mundo

actual.

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III. Elastómeros

Los elastómeros son polímeros capaces de sufrir grandes deformaciones elásticas

cuando se sujeta a esfuerzos relativamente bajos. Algunos elastómeros pueden soportar

extensiones de hasta; el 500% o más, pero retornan a su forma original. El ejemplo mas

popular de un elastómero es desde luego el caucho. Podemos dividir a los cauchos en dos

categorías: 1) caucho natural, derivado de ciertas plantas y 2) polímeros sintéticos producidos

por procesos de polimerización, similares a los que se utilizan para los termoplásticos y los

termofijos. Antes de analizar los cauchos naturales y sintéticos, consideremos las

características generales de los elastómeros.

a. Características de los elastómeros

Los elastómeros consisten en moléculas de cadena larga que se encadenan

transversalmente (como los polímeros termofijos). Sus impresionantes propiedades elásticas

deben a la combinación de dos características: 1) cuando las moléculas largas no están

estiradas, se encuentran estrechamente retorcidas y 2) el grado de encadenamiento

transversal es sustancialmente mas bajo que el de los termofijos.

FIGURA 1. Modelo de moléculas elastómeras largas con bajo grado de

encadenamiento transversal: (a) sin estirar y (b) bajo esfuerzo a la tensión.

FUENTE. GROOVER, Mikell P., (1997), “Fundamentos de manufactura

moderna”, Simon & Schuster Company; México

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Estas características se ilustran en el modelo de la figura 1 (a), que muestra una

molécula retorcida y encadenada transversalmente cuando no esta bajo esfuerzo.

Cuando el material se estira, obliga a las moléculas a desenredarse y estirarse, como se

muestra en la figura 1 (b). La resistencia natural de las moléculas a desenredarse suministra el

modulo de elasticidad inicial del material en su conjunto. Conforme se experimenta mayor

esfuerzo, los enlaces covalentes de las moléculas transversalmente encadenadas empiezan a

jugar un papel importante en el modulo, y la rigidez aumenta, como se ilustra en la figura 2.

Con un mayor encadenamiento transversal, el elastómero se vuelve mas rígido y su modulo

de elasticidad es mas lineal. Estas características se ilustran en la figura por las curvas

esfuerzo-deformación para los tres grados de caucho: caucho crudo natural, cuyo

encadenamiento transversal es muy bajo; caucho curado (vulcanizado) con un

encadenamiento transversal de bajo a medio, y caucho duro (ebonita), cuyo alto grado de

encadenamiento transversal lo transforma en un plástico termofijo.

FIGURA 2. Incremento de la rigidez en función de la deformación para tres

grados de caucho: caucho natural, caucho vulcanizado, y caucho duro.



El curado se requiere para efectuar el encadenamiento transversal en la mayoría de los

elastómeros comunes de hoy en día. El término para curado que se utiliza en el contexto del

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caucho natural (y en el de ciertos cauchos sintéticos) es la vulcanización, esta involucra la

formación de polímeros de cadena transversal entre las cadenas de los polímeros. El

encadenamiento transversal típico en el caucho es de diez enlaces por cien átomos de carbono

en la cadena del polímero lineal, dependiendo del grado de rigidez deseada en el material.

Esto es considerablemente menor que el grado del encadenamiento transversal en los

termofijos.

Un método alternativo de curado utiliza iniciadores químicos que reaccionan con la

mezcla (algunas veces requieren un catalizador o calor) para formar elastómeros con

encadenamientos transversales relativamente infrecuentes entre las moléculas. Estos

cauchos sintéticos se conocen como elastómeros de sistema reactivo. Algunos polímeros que

se curan por estos medios, tales como los uretanos y los silicones, se pueden clasificar como

termofijos o elastómeros dependiendo del grado de encadenamiento transversal adquirido

durante la reacción.

IV. El Caucho

a. Introducción

El caucho es un hidrocarburo (C5H8), que se obtiene de varios centenares de especies

vegetales en forma de un líquido lechoso denominado látex. Sin embargo, sólo tres de estas

plantas se explotan comercialmente, pues el caucho de las otras especies es de mala calidad

o resulta costosa su explotación. Hasta la segunda guerra mundial, aproximadamente el 98

por ciento de las 600.000 toneladas consumidas anualmente por los Estados Unidos

provenían de las plantaciones de las Indias Orientales, compuestas de Hevea, procedente

del Brasil.

Las plantaciones del África Occidental y del Brasil producen algunos millares de

toneladas cada año, que suplementan la cantidad procedente de las Indias Orientales. Si no

es suficiente, se recurre a los elastómeros sintéticos.

El caucho en bruto es blando y pegajoso en verano, pero se vuelve casi tan firme como

una lámina metálica cuando llega el invierno; es endeble y pierde pronto su elasticidad. En

1839 se corrigieron por primera vez estos defectos, pues en ese año Charles Goodyear,

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norteamericano, descubrió que si se calienta el caucho crudo con un poco de azufre, se

vuelve más duro y resistente y soporta mejor el calor. Semejante proceso se bautizó como

vulcanización y se aplicó en seguida al mejoramiento de los tejidos que se hacían con

caucho no vulcanizado, pese a sus malas cualidades.

La mayoría de los objetos de caucho del mercado están hechos de caucho mezclado con

otras sustancias en una máquina amasadora. Con el amasado, el caucho se hace

notablemente plástico. Son posibles infinitas variaciones en las fórmulas utilizadas, y se

pueden obtener modalidades especiales para cada aplicación. Se añaden a veces rellenos y

diluyentes, como negro de humo (o de gas), óxido de zinc o carbonato de magnesio liviano.

Se mejora así la resistencia a la tensión y al desgaste si se añaden estas sustancias en

cantidad apropiada, aunque el propósito original fue simplemente el de reducir el costo.

Los trabajos emprendidos en 1882 para sintetizar el caucho casi no tuvieron éxito. Se

obtuvieron, sin embargo, otros isómeros sintéticos, parecidos al caucho, y llegaron a tener

importancia comercial ya que, en ocasiones, resultaban superiores al caucho mismo en lo

referente a resistencia frente al aceite y la gasolina. Se obtuvo al fin caucho sintético, y en

1942 empezó a producirse en escala comercial en una pequeña planta que consumía

isopreno derivado de la esencia de trementina que se extrae de los tocones de pino de los

desmontes del sur. El caucho de isopreno tiene sobre los materiales sintéticos la ventaja de

mantener su flexibilidad a bajas temperaturas (hasta -60°C, por lo menos). Se emplea para

tuberías, depósitos de gasolina de cierre, etc. Mezclado en pequeña cantidad con otros

elastómeros (o un poco de isopreno copolimerizado con otros hidrocarburos no saturados

sencillos), promete rendir otros productos, cuya resistencia al frío se aproxime a la del

caucho natural.

Los mejores elastómeros conocidos hasta la fecha se obtienen por simple polimerización

de hidrocarburos sencillos o clorados. La figura 3 muestra las materias primas necesarias en

la producción de los principales elastómeros sintéticos, y qué compuestos sirven de

monómeros (es decir, de moléculas sencillas que se enlazan entre sí durante la

polimerización que conduce al elastómero).

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FIGURA 3.

FUENTE. DEMING, H. C., (1957), “Química General”; Ed. Uteha; México DF,

México.

7

Un descubrimiento importante, es la polimerización de los monómeros suspendidos en

agua como emulsión estabilizada con jabón y un coloide protector. Se produce la

polimerización agregando un peróxido o alguna otra sustancia que libere lentamente

oxígeno. La emulsión polimerizada se asemeja al látex natural en el aspecto general y se

trata de modo similar. Por este proceso se obtiene el neopreno, el buna S y el perbunan. Se

supone que durante la vulcanización del caucho se enlazan entre sí las cadenas por

intermedio de átomos de azufre, con lo que se pierde un poco de la no saturación del

caucho natural. El caucho butílico se obtiene copolimerizando isobutileno con la cantidad

suficiente de algún hidrocarburo no saturado, con lo que se obtiene un producto lo bastante

no saturado como para vulcanizarse.

b. Propiedades del Caucho

1. Compresión

La propiedad mas importante del caucho sujeto a cargas de compresión, es el

modulo de elasticidad. Para el caucho blando el módulo varía entre 150 y 1.500 lb/plg2,

correspondiendo la cifra más baja a los materiales más blandos. El caucho duro tiene un

modulo de elasticidad menor de 150.000 lb/plg. El caucho no tiene suficiente

compresibilidad para permitir su uso como resorte de compresión, solo puede usarse como

resorte, si se le deja en libertad para que tenga una expansión lateral.

2. Tensión

En la figura. 4 se muestran curvas de esfuerzo de tensión-deformación, para varios

tipos blandos de caucho de grades diferentes de blandura. Gracias a esas curvas, puede

observarse que la resistencia del caucho a la deformación disminuye al principio (como en

el caso de los metales) y, mas tarde, aumenta. Los diagramas representan los datos de

esfuerzo-deformación, después de varios ciclos repetidos de aplicación del esfuerzo y el

modulo de elasticidad es mayor que lo que se indica, después de la aplicación de numerosos

ciclos de carga y descarga. Si se diagraman los datos sobre coordenadas ampliadas, las

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curvas siguen esencialmente una relación de línea recta, hasta 100 lb/plg2,

aproximadamente.

FIGURA 4. Curvas de esfuerzo-deformación para caucho sometido a cargas de

tensión.

FUENTE. KEISER, Carl, (1972) “Materiales para Ingeniería”; Centro regional de

ayuda técnica; México DF; México.

3. Módulo de elasticidad

El modulo de elasticidad se calcula a partir de la pendiente de las curvas en ese punto.

El modulo en tensión, calculado como se describe, varia de aproximadamente 150 lb/plg2,

para el caucho blando menos duro, a cerca de 1300 lb /plg2, para un material blando un

poco mas rígido. Para el caucho duro, el modulo- es de aproximadamente 150.000 lb, plg 2.

Esas cifras son las mismas que las correspondientes a la carga de compresión. El modulo de

elasticidad depende de la temperatura del caucho, el tiempo que el caucho haya estado a la

temperatura de prueba, el grado de deformación, y la composición y la cura del caucho.

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4. Dureza

La dureza de los cauchos blandos se mide sobre una escala arbitraria, por medio de un

“indentador de carga de resorte”, que emplea un instrumento que se conoce como

Durómetro. Las lecturas de 30 a 50 son típicas del caucho blando, de 50 a 80 del caucho

rígido, de £5 a 95 de caucho duro, y más de 98 para el caucho duro inflexible.

5. Resiliencia elástica

La capacidad del caucho para absorber energía elásticamente se conoce como

resiliencia elástica. Esta propiedad se indica por la energía bajo la curva de esfuerzo-

deformación, hasta el límite elástico. La buena resiliencia elástica del caucho justifica su

uso como medio para absorber las cargas de choque. En comparación con otros materiales

estructurales comunes, el caucho es, de lejos, el que mayor capacidad tiene para absorber

energía elásticamente. Por ejemplo, un acero templado de alta resistencia, con una

resistencia a la deformación de 150.000 lb/plg2, puede absorber elásticamente cerca de 750

plg-lb por pulgada cúbica. Un caucho blando estirado elásticamente, hasta cerca de la carga

de rotura, puede absorber 2.050 plg-lb por pulgada cubica. Así, el caucho tiene alrededor

de tres veces la resiliencia elástica de un acero de alta resistencia.

6. La Fluencia

La fluencia es bastante similar en el caucho al fenómeno que lleva el mismo nombre

con respecto a los metales, puesto que implica una distorsión permanente del material por

efecto de la aplicación de cargas durante periodos prolongados de tiempo. Como sucede en

los metales, el índice de fluencia tiende a aumentar al incrementarse las temperaturas. Las

cargas vibratorias producen más fluencia que las estáticas, y cuanto mayores sean las

vibraciones, tanto mayor será el efecto. La fluencia se expresa en porcentajes, de acuerdo

con la formula:

%D= [(z-Z/Z)] x 100

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en donde Z es la deflexión, después de un intervalo inicial de carga, 1 minuto; z es la

deflexión al final de un intervalo de tiempo t, para el que se mantiene D. Evidentemente, el

cambio del valor del intervalo inicial de carga, afectara al valor calculado de D. En la

Figura 5 se muestra una curva típica de fluencia para caucho blando en compresión. Esta

grafica muestra también el efecto de las vibraciones y la temperatura sobre la fluencia.

FIGURA 5. Fluencia del caucho blando.



7. Histéresis

Histéresis, o fricción interna en el caucho, significa la conversión de la energía

mecánica en térmica, cuando se carga y se descarga el caucho. Imagínese un cilindro de

caucho, sostenido rígidamente en un extremo y libre para girar, al otro, como un péndulo de

torsión. En la figura 6 (a) se muestra ese dispositivo Si se les da a los pesos un giro y,

luego, se le permite oscilar libremente, hasta que se detengan, la grafica de sus oscilaciones

en función del tiempo será como la que se ilustra en la Figura 6. La disminución gradual de

las oscilaciones sigue la expresión: que puede soportar una carga mayor durante periodos

cortos que en lapsos prolongados. Esas roturas bajo cargas estáticas prolongadas, en donde

K es una constante que se conoce como disminución logarítmica, y los términos A se

definen gracias a la Figura 6 La disminución logarítmica es menor para los grados más

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blandos del caucho blando. Un valor pequeño de K indica una disminución menos rápida y,

por lo tanto, pérdidas menores por histéresis. Esto indica que cuanto mas blando sea el

caucho, tanto menor será su eficiencia para absorber energía mecánica, mediante su

conversión en energía térmica. Asimismo, la conversión de la energía mecánica en térmica

es también menos eficiente a temperaturas elevadas, puesto que la disminución logarítmica

disminuye al elevarse la temperatura. La histéresis resulta también evidente en un diagrama

de es-fuerzo-tensión, que muestre un ciclo completo de carga y descarga, como en la Figura

7. El área bajo la curva de carga indica el consumo de energía mecánica; el área situada

bajo la curva de descarga representa la energía mecánica recuperada al retirarse la carga. La

diferencia entre las dos superficies es el área encerrada por las curvas de carga-descarga y

representa la energía mecánica transformada en calor. Cuanto mayor sea el área, tanto

mayor será el valor de K para el material particular y las condiciones dadas de prueba.

Debido a la histéresis mecánica, la temperatura del caucho se eleva, cuando amortigua

vibraciones de cargas de choque.

FIGURA 6. Propiedades de amortiguamiento del caucho. (a) Péndulo de

torsión para medir la disminución logarítmica del caucho. (b) Diagrama de la

oscilación decreciente del péndulo de torsión.

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FUENTE. KEISER, Carl, (1972) “Materiales para Ingeniería”; Centro

regional de ayuda técnica; México DF; México.

FIGURA 7. Histéresis mecánica



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8. Fatiga

La carga estática requerida para que se produzca una ruptura en el caucho, es menor

cuanto mas prolongado sea el tiempo' de su aplicación. O sea, que puede soportar una carga

mayor durante períodos cortos que en lapsos prolongados. Estas roturas bajo cargas

estáticas prolongadas, se conocen como fallas estáticas por fatiga. Por ejemplo, una carga

estática de 13 lb aplicada durante 20 días, provocó la falla de una pieza de material. En una

prueba de corta duración, una pieza idéntica, del mismo caucho soportó una carga de 45 lb

antes de romperse. El caucho sujeto a repetidas se fractura, finalmente, debido a un

mecanismo llamado falla dinámica de fatiga. La vida dinámica de fatiga se acorta

apreciablemente por las temperaturas muy por encima de los 40°C o muy por debajo de los

-7°C.

9. Propiedades físicas

Entre las propiedades físicas importantes del caucho hemos mencionado ya su baja

permeabilidad a los fluidos. La baja permeabilidad al agua es importante en las aplicaciones

estancas. Tambi6n son muy importantes las propiedades eléctricas, sobre todo, cuando se

utiliza el caucho como material aislante. La resistencia específica del caucho se ve afectada

adversamente por la temperatura. Existe también caucho con una baja resistencia específica

a la electricidad. El caucho conductor de la electricidad se utiliza para tubos de anestésicos,

en los que no pueden tolerarse las cargas estáticas, debido a los riesgos elevados de

explosión Ciertos equipos descongeladores de la aviación se fabrican también con caucho

capaz de conducir la electricidad. La gravedad específica del caucho es cerca de 1.0;

aunque la cifra precisa varia un poco, dependiendo de la composición.

10. Las propiedades químicas

Las propiedades químicas más interesantes incluyen la oxidación y la resistencia a los

rayos del Sol, la resistencia a los productos del petróleo y los compuestos químicos

orgánicos, y la resistencia a los ácidos y las substancias alcalinas. El caucho natural y los

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diversos cauchos sintéticos muestran variaciones considerables en lo que respecta a esas

propiedades En general (aunque hay excepciones),'los productos sintéticos son superiores al

caucho natural, en lo que respecta a la oxidación, los rayos del Sol y los compuestos

químicos orgánicos.

c. Procesamiento y formado

Muchos de los métodos de producción que se usan para plásticos se aplican también

caucho. Sin embargo, la tecnología de procesamiento del caucho es diferente en varios aspectos.

La industria del caucho y de los productos manufacturados con caucho se aparta mucho de la

industria del plástico. Esta dominada por un solo producto, las llantas. Los automóviles,

camiones, aviones y bicicletas requieren llantas en grandes cantidades. Aunque los neumáticos o

llantas datan de 1888, la industria del caucho puede remontarse al descubrimiento de la

vulcanización en 1839, que es el proceso mediante el cual se transforma el caucho natural en un

material útil gracias al encadenamiento transversal de las moléculas del polímero. A principios

de este siglo, la industria del caucho consistía solamente en el procesamiento del caucho

natural, CN (NR, natural rubber en ingles). Durante la Segunda Guerra Mundial se

desarrollaron los cauchos sintéticos, y en la actualidad estos representan la mayor parte de la

producción de caucho. Los cauchos sintéticos más importantes, por orden aproximado de

tonelaje, son los siguientes: caucho de butadieno estireno. CBE (en ingles SBR), caucho de

butadieno, CBD (en ingles BR), caucho dieno propileno etileno, CDPE (en ingles EPDM),

caucho butílico cuyo mayor constituyente es poliisobutileno (PIB), y caucho cloropreno, CCP

(en ingles CR). Además, los elastómeros termoplásticos. ETP (en ingles TPE) y ciertos

poliuretanos, CPU (en ingles PUR) se incluyen entre los cauchos sintéticos.

La producción de artículos de caucho puede dividirse en dos pasos básicos: 1) producción

del caucho y procesamiento del caucho para fabricar productos finales. La producción de

caucho es diferente si el caucho es natural o sintético. La diferencia se debe a la fuente de la

materia prima. La producción del NR es una cosecha agrícola, mientras que el caucho

sintético deriva del petróleo.

El paso posterior a la producción del caucho es el procesamiento de este en productos

finales y consiste en: 1) composición, 2) mezclado, 3) formado y 4) vulcanización Las

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técnicas para el caucho natural y para el sintético son prácticamente las mismas,

diferenciándose únicamente en los productos químicos para realizar la vulcanización

(encadenamiento transversal). Esta secuencia no se aplica a los elastómeros

termoplásticos, cuyas técnicas de formado son las mismas que para otros polímeros

termoplásticos. En la fabricación y procesamiento del caucho entran diferentes

industrias. La producción del caucho natural debe clasificarse como una industria

agrícola porque el látex, el ingrediente inicial del caucho natural, se cultiva en grandes

plantaciones localizadas en climas tropicales. Por el contrario, los cauchos sintéticos son

productos de la industria petroquímica. Finalmente, el procesamiento de estos materiales

para transformarlos en llantas, suelas de zapato y otros productos de caucho se lleva a cabo

en las fábricas de procesamiento de caucho. Estas fábricas se conocen generalmente como

la industria hulera. Algunos de los nombres más importantes en esta industria incluyen

Goodyear, B.E. Goodrich y Michelin. La importancia de las Llantas se refleja en estos

nombres.

1. Producción del Caucho Natural

El caucho natural se extrae de los arboles de caucho (Hevea brasilensis) como látex. Los

arboles se cultivan en plantaciones en el sudeste de Asia (Malasia es la nación de mayor

producción) y otras partes del mundo. El látex es una dispersión coloidal de partículas solidas

del polímero poliisopreno en agua. Esta es la sustancia química que forma el caucho, y su

contenido en la emulsión es alrededor del 30%. El látex se recolecta en grandes tanques,

donde se mezcla el producto de varios árboles. El método preferido para recuperar el caucho

del látex consiste en la coagulación. El primer paso consiste en diluir el látex en agua,

aproximadamente a la mitad de su concentración natural. Se añade un acido como el fórmico

(HCOOH) o el acético (CH3COOH) para provocar la coagulación del látex, la reacción dura

aproximadamente doce horas. El coagulo, en forma de planchas solidas suaves, se exprime

por medio de una serie de rodillos que eliminan el agua y reducen el espesor a cerca de 1/8

plg (3 mm). El rodillo final tiene surcos que dan un patrón entrecruzado a las laminas

resultantes. Las láminas se cuelan en bastidores de madera y se secan en cámaras de humo,

el humo caliente contiene creosota cual previene el enmohecido y la oxidación del caucho.

Se requieren normalmente varios días para completar el proceso de secado. El caucho

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resultante ahora en la forma llamada lámina ahumada acanalada se dobla en pacas grandes

para su embarque al procesador. Este caucho crudo tiene un característico color marrón

obscuro. En algunos casos las láminas se secan en aire caliente, en lugar de cámaras de

humo, y se les da el nombre de láminas secadas al aire, este caucho es considerado como el

de mejor grado. Otro grado de caucho aún mejor, llamado crepé pálido, involucrando pasos

de coagulación; el primero remueve los componentes indeseables del látex, y después se

sujeta a un procedimiento de trabajo y lavado mecánico mas elaborado, seguido por un

secado con aire caliente. El color resultante del caucho se aproxima a un castaño claro. El

caucho crudo natural (sin vulcanizar) es pegajoso en clima caliente, y duro y quebradizo o

frágil en clima frío. Para formar un elastómero con propiedades útiles, el caucho natural debe

ser vulcanizado. En la vulcanización tradicional se mezclan pequeñas cantidades de azufre y

otros productos químicos con el caucho crudo y se calientan. El efecto químico de la

vulcanización es el encadenamiento transversal, y el resultado mecánico es el incremento de

su resistencia y dureza, también mantiene su extensibilidad. El cambio dramático en las

propiedades causado por la vulcanización se puede ver en las curvas esfuerzo-deformación de

la figura 2.

El azufre puede provocar por si mismo el encadenamiento transversal, pero el proceso

es lento y toma horas para completarse. Otros productos químicos se añaden al azufre durante

la vulcanización para acelerar el proceso y ayudar a otras funciones benéficas. También se

pueden utilizar otros productos químicos en lugar de azufre. En la actualidad, el tiempo de

curado es mucho menor comparado con los procesos de curado con azufre de hace algunos

años.

Como material de ingeniería, el caucho vulcanizado es notable entre los elastómeros por

su alta resistencia a la tensión, resistencia al desgarramiento, resiliencia (capacidad de recobrar

su forma después de una deformación), y resistencia al desgaste y a la fatiga. Sus puntos

débiles son: que se degrada cuando es expuesto al calor, a la luz del sol, al oxigeno, al

ozono y al aceite. Algunas de estas limitaciones pueden reducirse mediante el uso de aditivos.

Las propiedades típicas y otros datos del caucho natural vulcanizado se presentan en la tabla 1.

La participación en el mercado se refiere al volumen total anual de caucho, los cauchos

naturales y sintéticos representan el 15% del mercado total de polímeros.

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TABLA 1. Características y propiedades del caucho vulcanizado

Polímero Poliisopreno (C5H8)

Símbolo NR (HN)

Módulo de elasticidad 2500 lb/pulg2 (18 mPa)

Resistencia a la tensión 3500 Ib./pulg2 (25 mPa)

Elongación 700% a la ruptura

Gravedad Específica 0.93

Límite de alta temperatura 180 °F (80 °C)

Límite de baja temperatura -60 °F (-50 °C)

Participación aprox. en el mercado 22%

2. Producción del Caucho Sintético

Caucho butadieno: El polibutadieno es importante en la producción de llantas

automotrices, en combinación con otros cauchos. Se compone de caucho natural y estireno.

Las propiedades como resistencia al desgarramiento, resistencia a la tensión y facilidad de

procesamiento de este material cuando esta solo, no son muy deseables.

TABLA 2 Características y propiedades típicas del Caucho butadieno.

Polímero Polibutadieno (C4H6)n

Símbolo BR (CB)

Resistencia a la tensión 2000 Ib./pulg2 (15 MPa)





Participación aproximada en el

mercado

12%

Caucho butílico: El caucho butílico es un copolímero del poliisobutileno (98 a 99%)

y del poliisopreno (1 a 2%). La vulcanización lo convierte en un caucho con muy baja

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permeabilidad al aire que permite su utilización en productos inflables como cámaras para

llantas, formas de llantas sin cámara y artículos deportivos.

TABLA 3 Características y propiedades típicas del Caucho butílico.

Polímero Copolímero del isobutadieno (C4HB)n e

isopreno (C5H8) n

Símbolo PIB (IBIP)

Módulo de elasticidad 1000 Ib./pulg. (7 mPa)

Resistencia a la tensión 3000 Ib./pulg2 (20 MPa)

Elongación 700%




Participación aproximada en el

mercado

Cerca del 3%

Caucho cloropreno: El policloropreno fue uno de los primeros cauchos sintéticos

que se desarrollaron desde la década de los treinta. Se le conoce comúnmente como neopreno

y es un caucho importante para propósitos especiales, porque cristaliza cuando se le tensiona

para obtener buenas propiedades mecánicas. El caucho cloropreno HC (CR en ingles) es mas

resistente a los aceites que el caucho natural, así como al clima, al ozono, al calor y a la flama

(el calor hace de este caucho un material auto extinguible), pero es mas costoso, Sus

aplicaciones incluyen mangueras para combustibles y otras partes de automotores, (excluidas

las llantas), transportadores de banda, y empaques.

TABLA 4 Características y propiedades típicas del Caucho cloropreno

Polímero Policloropreno (C4H5Cl)n

Símbolo CK (HO)

Módulo de elasticidad 1000 lb/pulg2 (7 MPa) a una elongación de

300%.

Resistencia a la tensión 3500 lb/pulg2 (25 MPa)

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Caucho etilen-propilenico: La polimerización del etileno y el propileno con pequeñas

pro-porciones del monómero dieno (3 a 8%) produce el terpolímero etileno-propileno-dieno

TEPD (EPDM en ingles) que es un caucho sintético muy útil. Sus aplicaciones son

principalmente en la industria automotriz para partes diferentes a las llantas. También se usa

como aislante para alambres y cables.

TABLA 5 Características y propiedades típicas del Caucho etileno-propileno-dieno.

Polímero Terpolímero de etileno (C2H4), propileno (QH6)

y un monómero de dieno (3 a 8%) para

encadenamiento transversal

Símbolo EPDM (TEPD)

Módulo de elasticidad

Resistencia a la tensión 2000 lb/pulg.2 (15 MPa)






Caucho isopreno: El isopreno se puede polimerizar para sintetizar un equivalente

químico del caucho natural. El poliisopreno sintético sin vulcanizar (tabla 6) es mas suave y

mas fácil de moldear que el caucho natural. Las aplicaciones del material sintético son

similares a las de su contraparte, el caucho natural, pero el mercado mas grande de este

producto son las llantas para automotores. Se usa también para calzado, bandas

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transportadoras y compuestos para calafatear. El costo por unidad de peso es alrededor de

35% más alto que el del caucho natural.

TABLA 6 Características y propiedades típicas del Caucho isopreno (sintético)

Polímero Poliopreno (C5H8)n

Símbolo IR (HI)

Módulo de elasticidad 2500 Psi (a 300% de elongación)

Resistencia a la tensión 3500 Psi



Límite de alta temperatura 180 "F (80 °C)



Caucho nitrilo: El caucho nitrilo es un copolímero vulcanizable del butadieno (50 a

75%) y acrilonitrilo (25 a 50%). Su nombre técnico es caucho butadieno-acrilonitrilo. Tiene

buena resistencia mecánica y resistencia a la abrasión, al caucho, a la gasolina y al agua. Estas

pro-piedades lo hacen ideal para aplicaciones como mangueras de gasolina, sellos y

también para calzado.

TABLA 7. Características y propiedades típicas del Caucho nitrilo.

Polímero Copolímero de butadieno (C4H6) y

acrilonitrilo (C3H3N)

Símbolo NBR IH13A)

Módulo de elasticidad 1500 lb/pulg2 (10 MPa) a elongación 300%

Resistencia a la tensión 4000 lb/pulg2 (30 MPa)


Gravedad Específica 1.00 (sin rellenos)




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Caucho estireno-butadieno: es un copolímero aleatorio de estireno (cerca del 25%) y

butadieno (cerca del 75%). Fue desarrollado originalmente en Alemania como caucho Buna-S

antes de la Segunda Guerra Mundial. En la actualidad es el elastómero de mis grande tonelaje,

cerca del 40% del total de cauchos producidos, el caucho natural tiene el segundo lugar de

producción en peso. Sus características atractivas son bajo costo, resistencia a la abrasión y

mejor uniformidad que la del caucho natural. Cuando se le refuerza con negro de humo y se lo

vulcaniza, sus características y aplicaciones son muy similares a las del caucho natural. Su

costo también es parecido. Una comparación cercana de las características revela que la

mayoría de sus propiedades mecánicas, excepto la resistencia al desgaste, son inferiores a las

del caucho natural pero su resistencia al envejecimiento por calor, al ozono, al clima y a los

aceites es superior. Sus aplicaciones incluyen llantas, calzado y aislamientos de alambres y de

cables. Un material relacionado químicamente con este polímero es el copolímero de bloque

estireno-butadieno-estireno, un elastómero termoplástico que se analizara después.

TABLA 8 Características y propiedades típicas del Caucho estireno-

butadieno

Polímero Copolímero de estireno (C8H8)v butadieno

(C4H6)

Símbolo SBR (HEB)

Módulo de elasticidad 2500 Psi (a 300% de elongación)

Resistencia a la tensión 3000 Psi (reforzado)





Participación aprox. en el mercado Poco menos del 40%

La mayor parte de estos cauchos se producen a partir del petróleo por las mismas técnicas

de polimerización que otros polímeros. Sin embargo, a diferencia de los polímeros

22

termoplásticos y termofijos que normalmente se surten al fabricante en forma de pelets o resinas

liquidas, los cauchos sintéticos se surten al procesador de caucho en grandes pacas. La industria

ha desarrollado una larga tradición de manejo del caucho natural en estas unidades de carga.

d. Composición

El caucho siempre se compone con aditivos. A través de esta composición se designa el

caucho específico que satisface la aplicación dada, en términos de propiedades, costo y

procesamiento. La composición añade sustancias químicas para la vulcanización. Se ha usado

tradicionalmente el azufre para este propósito.

Los aditivos incluyen rellenos que actúan ya sea para mejorar las propiedades mecánicas

del caucho (rellenos de refuerzo) o para extender el caucho y reducir su costo (no reforzantcs).

El relleno mas importante del caucho es el negro de humo, una forma coloidal de carbono de

color negro, obtenido por la descomposición térmica de los hidrocarburos (hollín). Su efecto es

incrementar la resistencia a la tensión, a la abrasión y al escurrimiento de los productos finales

de caucho El negro de humo también brinda protección contra la radiación ultravioleta. La

importancia de estas mejoras para las llantas es obvia. Debido al contenido de negro de humo,

la mayoría de las partes de caucho son de color negro.

Aunque el negro de humo es el relleno mas importante también se usan otros, coma

caolines y silicatos hidratados de aluminio [Al2Si2O5(OH)4] que aunque no son tan buenos

agentes de refuerzo como el negro de humo, se usan cuando no es posible utilizar a este ultimo

dentro de la formulación; también están los carbonatos de calcio (CaCO3), clasificados como

rellenos no reforzantes; la sílice (SiO2), que puede o no tener funciones de refuerzo,

dependiendo del tamaño de partícula; y otros polímeros, como el PVC. Se añaden también

cauchos reciclados como rellenos en algunos productos de caucho, pero generalmente sin

exceder el 10%,

Se usan además otros aditivos para componer el caucho, los cuales incluyen antioxidantes

para retardar el envejecimiento por oxidación, productos químicos que protegen contra la

fatiga y el ozono, pigmentos colorantes, plastificantes y aceites suavizantes, agentes de soplado

para la producción de caucho espuma y compuestos antiadherentes para la remoción del

molde.

23

Muchos productos requieren filamentos de refuerzo para reducir la extensibilidad,

reteniendo las buenas propiedades del caucho. Las llantas y las bandas transportadoras son

ejemplos notables. Los filamentos que se usan para este propósito incluyen la celulosa, el

nylon y el poliéster. Las fibras de vidrio y el acero se usan también como refuerzos (por

ejemplo llantas radiales reforzadas con acero). Estos materiales de Libra continua no se

mezclan con los otros aditivos, tienen que añadirse como parte del proceso de formación.

El caucho natural en pacas que se surte de la plantación es generalmente muy duro y

resistente para procesarse. Antes de su composición y mezclado, se tiene que ablandar

mediante un proceso conocido como masticación para trabajarlo mecánicamente. El proceso se

puede realizar en varios tipos de maquinas mezcladoras, un ejemplo es el molino de dos

rodillos ilustrado en la figura 8(a). El caucho natural pasa repetidamente a través de la

estrecha abertura, se desarrollan esfuerzos cortantes que rompen las largas moléculas del

poliisopreno en segmentos más cortos, generando así un caucho menos viscoso y mas dispuesto

a aceptar los aditivos sólidos para su composición Otro beneficio de la masticación en los

procesos subsiguientes es que el caucho se vuelve pegajoso, consistencia que facilita el

ensamble de las múltiples capas del producto. En general, la masticación se requiere solamente

para el caucho natural.

e. Mezclado

Los aditivos deben mezclarse perfectamente con la base de caucho para lograr una

dispersión uniforme de los ingredientes. Los cauchos no curados tienen una alta viscosidad,

incluso el caucho natural después de la masticación. El trabajo mecánico experimentado

por el caucho puede aumentar su temperatura hasta 300 °F (150 °C). Si los agentes de

vulcanización estuvieran presentes desde el inicio del mezclado, podría generar una

vulcanización prematura y una pesadilla para el procesador de caucho. En consecuencia, se

emplea generalmente un proceso de mezclado en dos etapas. En la primera etapa se

combinan el caucho crudo con otros aditivos no vulcanizantes y el negro de humo. Para la

mezcla de esta etapa se usa el término lote principal o maestro. Después del mezclado y del

enfriamiento se lleva a cabo la segunda etapa con la adición de agentes vulcanizantes.

24

El equipo para mezclado incluye el molino de dos rodillos y los mezcladores internos

como el mezclador Banbury. El molino de dos rodillos consiste en dos rodillos paralelos

montados en un bastidor, de manera que puedan ajustarse para obtener el pellizco o

cantidad de material deseado (tamaño de la abertura o espesor) y accionarse para girar a la

misma o ligeramente diferente velocidad. Un mezclador interna tiene dos rotores

encerrados en una camisa como se muestra en la figura 8 (b) para el mezclador interno tipo

Banbury (figura 8). Los rotores tienen cuchillas que giran en direcciones opuestas a

diferentes velocidades, y que originan en la mezcla contenida un patrón de flujo complejo.

Los mezcladores internos logran mezclas más rápidas y cortes más altos del caucho que los

molinos de dos rodillos, lo cual produce temperaturas mayores. Se usan frecuentemente

para el mezclado rápido de la primera etapa; luego se alimenta el producto (después de

enfriarse) en un molino de dos rodillos para el mezclado de la segunda etapa.

f. Formado

Los procesos de formado para productos de caucho pueden dividirse en cuatro

categorías básicas: 1) extrusión, 2) calandrado, 3) recubrimiento, y 4) moldeo y fundición.

Examinaremos aquí los aspectos especiales que surgen cuando se aplican al caucho.

Algunos productos requieren varios procesos básicos para su manufactura y además

trabajos de ensamblado; las llantas son un ejemplo.

FIGURA 8. Mezcladores usados en el procesamiento del caucho: (a) molino de

rodillos y (b) mezclador interno tipo Banbury. Estas máquinas pueden usarse también

en la masticación del caucho.

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FUENTE. 1. GROOVER, Mikell P., (1997), “Fundamentos de manufactura

moderna”, Simon & Schuster Company; México.

1. Extrusión

Para el caucho se usan generalmente los extrusores de tornillo. La relación

Longitud/Diámetro de los cilindros de extrusión es, como en los plásticos termofijos, menor

que para los termoplásticos, típicamente de 10 a 15, para reducir el riesgo de

encadenamiento transversal prematura. La dilatación en el dado ocurre también en las

extrusiones de caucho, ya que el polímero esta en condición altamente plástica y exhibe la

propiedad de memoria (original). No ha sido todavía vulcanizado.

2. Calandrado

Este proceso consiste en pasar el material de caucho a través de una serie de espacios de

tamaño decreciente en una serie de rodillos rotatorios. El procesamiento del caucho debe

operarse a temperaturas mas bajas que para los polímeros termoplásticos, a fin de evitar la

carbonización (vulcanización prematura). Asimismo, el equipo que utiliza la industria del

caucho es de construcción más pesada que el que se usa para termoplásticos, ya que el caucho

es más viscoso y duro de formar. El producto del proceso es una lámina de caucho, cuyo

espesor está determinado por el espacio entre los rodillos finales; aquí también ocurre la

dilatación en la lámina, haciendo que su espesor sea ligeramente más grande que el del espacio

26

entre los rodillos. El calandrado puede usarse también para recubrir o impregnar textiles a fin

de producir telas ahuladas.

Los problemas en la producción de láminas gruesas ya sea por extrusión o calandrado son

la dificultad de controlar el espesor en el primer proceso y el atrapado de aire que ocurre en el

último. Estos problemas se resuelven en gran parte cuando la extrusión y el calandrado se

combinan en el proceso de dado laminador (figura 9). El dado extrusor es una rendija que

alimenta a los rodillos de calandrado.

FIGURA 9. Proceso en el dado laminador; extrusión de caucho seguida de

laminado.



3. Recubrimiento

El recubrimiento o impregnación de telas o sustratos con caucho es un proceso

importante en la industria del caucho. Estos materiales compuestos se usan en las llantas para

automóviles, bandas transportadoras, balsas inflables y telas impermeables para lonas, tiendas

y capas para lluvia. El recubrimiento de caucho sobre un sustrato de tela incluye una variedad

de procesos. Hemos visto previamente que el calandrado es uno de los métodos de

recubrimiento. La figura 10 ilustra una posible forma en que se alimenta la tela dentro de los

rodillos de calandrado para obtener una lámina de caucho reforzado.

27

Las alternativas del calandrado incluyen desnatado, sumergido y aspersión o

atomización. En el proceso de desnatado se aplica una solución gruesa de compuesto de

caucho en un solvente orgánico a la tela o sustrato que se desenrolla de un carrete surtidor.

La tela recubierta pasa bajo un bisturí que desnata el solvente al espesor correcto y luego

pasa a una cámara de vapor donde el solvente se extrae por calor. Como su nombre lo

indica, el sumergido implica una inmersión temporal de la tela en una solución altamente

fluida de caucho, seguida del secado. De la misma forma, en la aspersión o atomización se

usa una pistola rociadora para aplicar la solución de caucho.

FIGURA 10. Recubrimiento de tela con caucho usando el proceso de

calandrado.



4. Moldeo y fusión

Los artículos moldeados incluyen suelas de zapatos y tacones, empaques y sellos,

copas de succión y tapones de botella. Muchas partes de caucho espuma se producen por

moldeo. Además, el moldeo es un proceso importante en la producción de llantas. Los

principales procesos de moldeo para caucho son: 1) moldeo por compresión, 2) moldeo por

transferencia y 3) moldeo por inyección. El moldeo por compresión es la técnica más

importante debido a su uso en la manufactura de llantas. En los tres procesos se realiza el

curado (vulcanización) en el molde; esto representa el punto de partida de los métodos de

formación analizados previamente, todos clips requieren un paso separado de vulcanización.

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Con el moldeo por inyección de caucho existe el riesgo de curado prematuro, de manera

similar ocurre en los materiales plásticos termofijos que se enfrentan a los mismos procesos.

Las ventajas del moldeo por inyección sobre los métodos tradicionales para producir partes de

caucho incluyen un mejor control dimensional, menos desperdicio y ciclos de tiempo más

cortos. Además de su uso en el moldeo de cauchos convencionales, el moldeo por

inyección se aplica también para los elastómeros termoplásticos. Debido al alto costo del

molde, se requieren altas cantidades de producción para justificar el moldeo por inyección.

Se usa una forma de fundición para producir guantes y botas de caucho, llamado

fundición o fusión sumergida, que consiste en la inmersión de un molde positivo en un

polímero liquido (o una forma calentada en un plastisol) durante cierto tiempo (pueden

repetirse varias inmersiones) para formar el espesor deseado. El recubrimiento se desprende

entonces de la forma y se cura para encadenar transversalmente el caucho.

g. Vulcanización

La vulcanización es el tratamiento que realiza el encadenamiento transversal de las

moléculas del elastómero mediante el cual el caucho se vuelve más rígido y resistente,

reteniendo su extensibilidad. Es un paso crítico en la secuencia del procesamiento del caucho.

A escala sub-microscópica, el proceso se puede visualizar en la figura 11, donde las moléculas

de cadena larga del caucho se unen en ciertos puntos de cruce, cuyo efecto es reducir la

disposición a fluir del elastómero. Un caucho suave típico tiene uno o dos encadenamientos

transversales por cada mil unidades (meros). Al aumentar el número de encadenamientos

transversales, el polímero se vuelve mas rígido y se comporta mas como un plástico termofijo

(caucho duro).

FIGURA 11. Efecto de la Vulcanización en las moléculas de caucho: (1) caucho crudo,

(2) caucho vulcanizado; las variaciones de (2) incluyen (a) caucho suave con bajo grado de

encadenamiento y (b) caucho duro con alto grado de encadenamiento transversal.

29



La vulcanización, tal como fue inventada por Goodyear, utilizaba azufre (cerca de ocho

partes en peso de azufre mezcladas con cien partes de caucho natural) a una temperatura de 280

°F (140 °C) durante cerca de cinco horas. No se incluían otros productos químicos en el

proceso. En la actualidad ya no se usa la vulcanización solo con azufre como un tratamiento

comercial debido a los largos tiempos de curado. Se usan algunos otros productos químicos

como el oxido de zinc (ZnO), el acido esteárico (C18H36O2) combinándolos con dosis más

pequeñas de azufre para acelerar y fortalecer el tratamiento. El tiempo de curado resultante es de

15 a 20 minutos. Además, se han desarrollado tratamientos de vulcanización sin azufre.

El efecto de la vulcanización en el caucho natural y sintético puede verse en la figura 12.

Para el caucho natural hay un tiempo de curado optimo y este depende del criterio a seguir

con respecto a la rigidez o resistencia a la tensión. El incremento en el tiempo de curado mas

allá del óptimo ocasiona que el efecto en el elastómero empiece a revertirse; es decir, que

disminuya el encadenamiento transversal con una reducción correspondiente de las

propiedades mecánicas. Ciertos cauchos sintéticos que se curan con azufre (SBR el más

notable), no presentan esta propiedad de degradación.

FIGURA 12. Propiedades mecánicas de los cauchos en función del tiempo de

curado (vulcanización), (a) caucho natural y (b) caucho sintético (SBR).

30



En los procesos de moldeo de caucho, se realiza la vulcanización en el molde; la

temperatura del molde se mantiene a un nivel apropiado para el curado. En otros procesos, la

vulcanización se realiza después de que la parte se ha formado. Los tratamientos se dividen

generalmente en 1) procesos por lote y 2) procesos continuos. En los métodos por lote se usa

una autoclave, que es un recipiente a presión calentado por vapor; y en el proceso continuo de

curado con gas, como el nitrógeno, es calentado para curar el caucho. Muchos de los procesos

básicos generan productos continuos, y si a la salida no se cortan en piezas discretas, entonces

queda indicada la vulcanización continua. Los métodos continuos incluyen el vapor a presión,

apropiado para el curado de alambres y cables recubiertos con caucho; el túnel de aire caliente,

para extrusiones celulares y bajo alfombras, y el curado en tambor continuo en el cual se pasan

las hojas de caucho continuo (por ejemplo, bandas y materiales para pisos) a través de uno o

mas rodillos calentados para efectuar la vulcanización.

VI. Aplicaciones Industriales

31

a. Llantas

Las llantas neumáticas se utilizan en los vehículos, por tanto, son los componentes críticos

de estos. Soportan el peso del vehículo, de los pasajeros y de la carga a bordo, transmiten la

rotación del motor para impulsar el vehículo y absorben las vibraciones y los golpes del

camino para suministrar un paseo confortable. Las llantas se usan en automóviles, camiones,

autobuses, tractores agrícolas, equipo de excavación, vehículos militares, bicicletas,

motocicletas y aviones.

1. Secuencia de producción y construcción de llantas.

Una llanta es un ensamble de muchas partes, cuya manufacture es bastante compleja.

Una llanta para carro de pasajeros consiste en cerca de cincuenta piezas individuales; una

llanta para equipo de excavación puede tener hasta más de 175 piezas individuales. Para

empezar hay tres construcciones básicas de llanta: (a) de capas diagonales, (b) de cinturones

sesgados y (c) de capas radiales, descritas en la figura 8. En los tres casos, la estructura interna

de la llanta conocida como carcasa consiste en cuerdas cubiertas con caucho, llamadas

capas. Las cuerdas son tiras de varios materiales como nylon, poliéster, libra de vidrio y acero

que suministran in-extensibilidad para reforzar el caucho en la carcasa. La llanta de capas

diagonales tiene cuerdas que corren diagonalmente, pero en direcciones perpendiculares en

capas adyacentes. Una llanta típica de capas diagonales puede tener cuatro capas. La llanta de

cinturones sesgados se construye con capas diagonales de sesgos opuestos, pero añade algunas

capas más alrededor de la periferia exterior de la carcasa. Estos cinturones incrementan la

rigidez de la llanta en el área de la rodadura y limita la expansión diametral durante el inflado.

Las cuerdas en la banda corren también diagonalmente, como se indica en el esquema.

FIGURA 13. Tres construcciones principales: (a) capas diagonales, (b) bandas

sesgadas, (c) capas radiales.

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Una llanta radial tiene capas que corren radialmente, mas no en forma diagonal;

también se usan bandas en la periferia para dar mayor soporte. En la llanta radial con

cinturones de acero, las bandas de la circunferencia tienen cuerdas fabricadas con acero. La

construcción radial provee caras laterales más flexibles que al deformarse continuamente al

contacto con la superficie plana del camino tienden a reducir los esfuerzos en las bandas y

la rodadura. Este efecto asegura además una vida más larga de la rodada, mayor estabilidad

de manejo en las curvas y un mejor desempeño a altas velocidades.

En cada llanta, la carcasa tiene una cubierta de caucho sólido que alcanza su espesor

máximo en el área de la rodadura. El interior de la carcasa también posee un recubrimiento

de caucho. Para llantas con cámara, el revestimiento interno es un recubrimiento delgado

que e aplica en la capa más interna durante su fabricación. Para llantas sin cámara, el

revestimiento interior debe tener baja permeabilidad ya que mantiene la presión del aire;

éste es generalmente de caucho laminado.

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La producción de llantas se puede resumir en tres pasos: 1) preformado de los

componentes. 2) construcción de la carcasa y adición de tiras de caucho para formar las

caras laterales y el dibujo de la rodadura, y 3) moldeo y curado de los componentes en una

pieza integral. La descripción siguiente de estos pasos es típica; aunque hay variantes en el

procesamiento dependiendo de la construcción, tamaño de la llanta y tipo de vehículo al

cual se destina.

2. Preformado de componentes

Como se muestra en la figura 8 la carcasa consiste en numerosos componentes

separados, la mayor parte es caucho o caucho reforzado. Tanto éstos como las caras

laterales y la rodadura de caucho se producen en procesos continuos y se cortan

previamente al tamaño y forma del ensamble siguiente. La tabla 9 enlista los procesos de

preformado que se usan para los componentes principales de una llanta.

TABLA 9. Principales componentes de una llanta y procesos de fabricación.

Componente Proceso de producción

Bobina de la

ceja

Se recubre de caucho un alambre continuo de acero, se corta, se enrolla y se unen

los extremos.

CapasSe recubre una tela continua (textil, nylon, fibra de vidrio. acero) por calandrado

y se corta al tamaño y forma.

Revestimient

o interior

Para llantas con cámara, el revestimiento se calandra sobre la capa interior, para

llantas sin cámara, el revestimiento se calandra como un laminado de dos capas

Cinturón

Un sustrato continuo se recubre con caucho (similar a las capas, arriba), pero se

cortan a diferentes ángulos para mejor reforzamiento, y luego se hace una banda

o cinturón multicapa.

Rodadura Extruida como tira continua; se corta y se pre ensambla a los cinturones.

Cara lateral Extruida como tira continua; se corta al tamaño y forma.

3. Construcción de la carcasa

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El ensamble tradicional de la carcasa se hace en una máquina conocida como tambor

de construcción, cuyo elemento principal es un árbol giratorio cilíndrico. Las tiras pre

cortadas que comprenden la carcasa se construyen paso a paso alrededor de este árbol. Las

capas sucesivas que forman la sección transversal de la llanta se anclan a los lados opuestos

de la llanta por medio de dos bobinas de las cejas. Las cejas consisten en tiras múltiples de

alambre de acero de alta resistencia. Su función es suministrar un soporte rígido cuando se

monta la llanta en el rin de la rueda. Otros componentes que se combinan con las capas y

las bobinas de las cejas son varias envolturas y piezas de relleno para dar a la llanta la

fortaleza apropiada, resistencia al calor, retención de aire y ajuste a los bordes del rin.

Después de colocar estas partes alrededor del árbol y agregar el número de capas

apropiado, se aplican los cinturones. Enseguida se aplica el caucho exterior que se

convertirá en la cara y la rodadura. Hasta aquí la rodadura es una tira de caucho de sección

transversal uniforme (extruida). El diseño del dibujo de la rodadura se añade después en el

moldeado. El tambor de construcción es plegable para que la llanta pueda removerse al

terminar el proceso. La forma de la llanta en esta etapa es aproximadamente tubular, como

se muestra en la figura 14.

FIGURA 14. Llanta antes de retirarla del tambor de construcción para moldeo y

curado



4. Curado y moldeo

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Los moldes de las llantas están formados por dos piezas (moldes partidos o divididos)

y contienen el modelo del dibujo que se imprime en la llanta. El molde está sujeto a una

prensa, una mitad en la placa superior (la tapa) y la mitad inferior asegurada a la placa

inferior (la base). La llanta sin curar se coloca sobre el diafragma expansible (también

llamado bladder) y se inserta entre las mitades del molde. La prensa se cierra y el diafragma

se expande para prensar el caucho delgado contra la cavidad del molde. Esto ocasiona que

el modelo del dibujo quede impreso en el caucho, el cual se calienta tanto en la parte

exterior (a través del molde), como en la parte interior (a través del diafragma). Para

calentar el diafragma se utiliza circulación de agua caliente o vapor a presión. La duración

del curado depende del espesor de la pared de la llanta. Una llanta típica de autobús para

pasajeros puede curarse aproximadamente en 15 minutos. Las llantas para bicicletas, que

son solamente de 3/16 pulg de grueso (5 mm), se curan en un tiempo aproximado de 4

minutos, mientras que el curado de las llantas para equipo de excavación con un espesor de

6 pulg (150 mm) toma varias horas. Después de que se completa el curado, la llanta se

enfría y se retira de la prensa. El moldeo y el curado se describen en la figura 10

FIGURA 15. Moldeo de la llanta (vista en sección transversal): (1) Se coloca la

llanta no curada sobre el diafragma expansible, y (2) el molde se cierra y el diafragma

se expande para forzar el caucho no curado contra la cavidad del molde e imprimir el

dibujo de la llanta en el caucho; el molde y el diafragma se calientan para curar el

caucho.

FUENTE. GROOVER, Mikell P., (1997), “Fundamentos de manufactura moderna”,

Simon & Schuster Company; México

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b. Otros productos de caucho

La mayoría de los demás productos de caucho se manufacturan mediante procesos

menos complejos. Las bandas de caucho se usan ampliamente como transportadores y en

sistemas de transmisión de potencia mecánica. Para estos productos como para las llantas,

el caucho es un material ideal, pero la banda debe tener poca o ninguna extensibilidad a fin

de que funcione. En consecuencia, se refuerzan generalmente con fibras de poliéster y

nylon. Se usan telas recubiertas con estos polímeros en operaciones de calandrado, y se

ensamblan para conseguir el número de capas y espesores requeridos, al final se vulcanizan

por procedimientos de calentamiento continuo o por lotes.

1. Mangueras

Las mangueras de caucho pueden ser 1) simples o 2) reforzadas. La manguera simple

es un tubo extruido. La manguera reforzada consiste en un tubo interno, una capa de

refuerzo (algunas veces llamada carcasa) y una cubierta. El tubo interno se extrude con un

caucho compuesto específicamente para las sustancias particulares que fluirán a través de la

manguera. La capa de refuerzo se aplica al tubo en forma de tela, espiral, tejido, trenzado u

otro método de aplicación. Cuando se usan dos o más capas, cada una de ellas se separa de

la adyacente mediante una capa intermedia de caucho. La capa exterior se compone para

resistir las condiciones ambientales. Se aplica por extrusión con rodillos u otras técnicas.

2. Calzados

Los componentes de calzado incluyen suelas, tacones, botas de caucho y ciertas partes

adicionales. Se usa una gran variedad de cauchos para los componentes de calzado Las

partes moldeadas se producen en moldeo por inyección, moldeo por compresión y ciertas

técnicas de moldeo especial desarrolladas para la industria del calzado; los cauchos

incluyen variedades sólidas y espumadas. En algunos casos, en los que la producción es de

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bajo volumen, se usan métodos manuales para cortar las formas de caucho a partir de hojas

planas.

3. Artículos deportivos y otros.

El caucho se usa ampliamente en equipo y artículos deportivos, incluyendo cubiertas

para paletas de ping pong, mangos para palos de golf, protectores para fútbol y pelotas de

varias clases. Las pelotas de tenis, por ejemplo, se hacen en grandes cantidades.

Entre otros productos, muy comunes en nuestra vida cotidiana, son los guantes

descartables, globos, preservativos, entre otros.

38

el caucho y sus aplicaciones ales - celeste dopazo

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