*Ciencia y Tecnologa de los hulesJ. Eduardo Morales Mndez

*La Industria de los Hules en MxicoLa Industria del hule suministra una gran variedad de productos que sirven como insumos y productos de uso a numerosas industrias. Los consumidores ms importantes incluyen las industrias de llantas, ensamble de automviles, plsticos, almacenaje, calzado, muebles, productos farmacuticos y en general todo tipo de equipo y maquinaria (bandas, cmaras, empaques, etc.).

*La cadena productiva consta de dos etapas y son:El sector productor de hules (naturales y sintticos)El sector transformador de hules

*Productores de hule Esta industria consta de dos sectores importantes:los productores de hule naturales, yproductores de hules sintticos.

*Transformadores de hule. Esta industria actualmente est dividida en diferentes grupos, para nuestro estudio la dividiremos en tres sectoresllantas y cmarasvulcanizacin de llantas y cmarasproductos de hule en general

*Situacin actualEn Mxico la produccin de hule natural es escasa (7,000 ton/ao), y abastece solo el 10% del consumo total nacional El cultivo de hule natural es de importancia estratgica para Mxico, porque su expansin permitir abatir la salida de divisas por ms de 100 millones de dlares anuales, ya que importa 70, 000 toneladas por ao que representan el 90 % de las necesidades actuales del pas.

*La produccin de hule SBR en el pas es de 241,048 ton/ao (datos del 2002), el productor es Industrias Negromex, S.A (del grupo GIRSA)

*La industria esta representada por alrededor de 1738 empresas de las cuales el 70% se encuentran en cuatro Entidades Federativas: Guanajuato (31.1%), Distrito Federal(15.4%), Jalisco(14.4%) y Edo. de Mxico (12.5%)

*PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS DE LOS ELASTMEROSEn 1920, Hermann Stuadinger supuso la existencia de molculas gigantes cuyas dimensiones podan aproximarse a 10, 000 A y su existencia fue demostrada experimentalmente tanto por el como por otros investigadores (premio novel de qumica 1953 por este descubrimiento).A estas macromolculas se les conoce como polmeros.

*Existen polmeros naturales de gran significacin comercial como el algodn, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polmero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, protena del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los rboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son tambin polmeros naturales importantes

*Lo que distingue a los polmeros de los materiales constituidos por molculas de tamao normal son sus propiedades mecnicas. En general, los polmeros tienen una excelente resistencia mecnica debido a que las grandes cadenas polimricas se atraen. Las fuerzas de atraccin intermoleculares dependen de la composicin qumica del polmero y pueden ser de varias clases.

*Un elastmero es un polmero, natural o sinttico, que posee propiedades elsticas. Es decir, es un polmero que puede deformarse al aplicarle una fuerza, y que recobrar aproximadamente sus dimensiones originales al retirar dicha fuerza. Existen entre 25 y 30 clasificaciones qumicas de elastmeros; seis de estas representan el 90% de todos los elastmeros empleados.

*La elasticidad es la principal propiedad de estos polmeros. La elasticidad tpica del hule (vulcanizado) puede ser caracterizada en general por las propiedades siguientes modulo de rigidez inicial bajoelevado alargamiento a rotura bajo cizallamiento o traccin y elevada resistencia a traccinrecuperacin rpida y completa desde deformaciones grandes, incluso si se producen durante perodos prolongados, yamplio intervalo de temperatura en el que se mantienen estas propiedades

*Existen elastmeros formados por un solo monmero como es el caso del hule natural ( monmero- isopreno) o copolmeros de dos o ms monmeros como hules sintticos donde el hules de Estireno-Butadieno ( monmeros- estireno y butadieno) son los ms importantes, por su volumen de consumo a nivel mundial.Todos los elastmeros para ser considerados como tales, deben contener en su estructura molecular dobles enlaces y presentar el fenmeno de visco-elasticidad

*En el proceso de la vulcanizacin de un elastmero, pasa de su forma termoplstica dbil sin propiedades mecnicas tiles, en un hule fuerte, elstico y tenaz (ver tabla 1). La resistencia a la traccin, rigidez e histresis (representa una prdida de energa como calor) del hule natural antes y despus de la vulcanizacin ( ver Fig. 1).

*El hule sin vulcanizar experimenta una gran cantidad de acondicionamientos mecnicos cuando se expone por primera vez a tensiones de traccin. Al ir teniendo lugar ciclos sucesivos, las variaciones en resistencia al estirado, resistencia a la traccin se hacen menores.

*El comportamiento tensin-deformacin de los vulcanizados de hule puro (sin reforzante) de los distintos elastmeros depende marcadamente de la estructura molecular, polaridad y cristalinidad de los polmeros.EL hule nitrilo y el SBR, que son copolmeros de estructura compleja e irregulares, no cristalizan en absoluto, pero el hule natural y el hule butilo cristalizan al ser estirados a temperatura ambiente.En estos elastmeros los cristalitos poseen un efecto de rigidez similar al de un relleno reforzante con el resultado de que sus curvas tensin-deformacin se curvan hacia arriba marcadamente a alargamientos altos.

*un elastmero posee un alto grado de elasticidad que le es caracterstico: sus molculas se alinean cuando se estira el material. La gran diferencia con un plstico es esta: cuando se elimina la fuerza de estiramiento las molculas de un elastmero no permanecen extendidas y alineadas; vuelven a sus conformaciones desordenadas originales favorecidas por la entropa.(Foto.Wallace Hume Carothers, ayud a crear el Neopreno en Du Pont)

*De los elastmeros sintticos el ms importante es el SBR un copolimero del butadieno (75%) y estireno (25%) que se produce por medio de radicales libres; compite con el caucho en el uso mayor de los elastmeros, o sea, la manufactura de neumticos para automviles. Puede obtenerse polibutadieno y poliisopreno totalmente cis por medio de la polimerizacion Ziegler-Natta

*Un elastmero completo o mayormente polidienico es, por supuesto, altamente no saturado. Sin embargo, lo nico que se exige de un elastmero es una instauracin suficiente para permitir la formacin de enlaces cruzados: por ejemplo, en la manufactura del caucho butilico solo se copolimeriza un 5% de isopreno con isobutileno

*El polmero puede solidificarse formando un material amorfo o uno cristalino. Los polmeros con fuertes irregularidades en su estructura tienden a formar slidos amorfos y los polmeros con cadenas muy simtricas tienden a cristalizar, por lo menos parcialmente

*En los polmeros las cadenas son tan largas que fcilmente se enmaraan y, adems, en el estado fundido se mueven en un medio muy viscoso, as que no puede esperarse en ellos un orden tan perfecto, algunos polmeros exhiben ordenamiento parcial en regiones llamadas cristalitos.Una sola macromolcula no cabra en uno de esos cristalitos, as que se dobla sobre ella misma y adems puede extenderse a travs de varios cristalitos como se ilustra en la figura

*Un polmero parcialmente cristalino, generalmente tiene mayor resistencia mecnica que el mismo material con estructura amorfa. La mayor resistencia o mayor mdulo se debe al gran nmero y espaciamiento regular de los enlaces intermoleculares en las estructuras cristalinas. En los polmeros amorfos, el nmero de esas interacciones es menor y su espaciamiento es errtico, as que al aplicarles esfuerzos, muchas secciones del polmero se extienden o deforman libremente.

*Al ir enfriando al caucho, la viscosidad aumenta y al llegar a Tg, se convierte en un slido duro, rgido y frgil. Lo que sucede es que, conforme disminuye la temperatura, el polmero se contrae porque las cadenas se mueven menos y se atraen ms. Evidentemente, el estado vtreo lo alcanzan diferentes polmeros a diferentes temperaturas

*Los que sean ms flexibles, con menos grupos voluminosos o con heterotomos en sus cadenas, podrn girar y permanecer flexibles a temperaturas menores que los otros. Por ejemplo, los silicones, el polietileno y el hule natural, tienen temperaturas de transicin vtrea de 123 C, - 120 C, - 73 C, respectivamente. En cambio, polmeros con grupos grandes o grupos muy polares o polarizables, tienen de por s tan baja movilidad molecular que son vtreos a la temperatura ambiente y para reblandecerlos se requieren altas temperaturas.

*La influencia de la regularidad molecular, parte de que, la simple presencia de grupos con fuerte atraccin intermolecular no basta para producir una tendencia pronunciada a cristalizar y eventualmente a formar dominios ordenados lateralmente, con puntos de fusin elevados y fuerte resistencia a la disolucin

*Hule o Caucho NaturalHule natural (NR): la fuente comercial ms importante del hule natural es el rbol conocido como Hevea Brasiliensis; aunque existen otras variedades de rboles de las cuales se puede obtener no tienen potencial comercial del anterior. El polmero que da origen al hule natural es el poliisopreno. La estructura del hule natural es cis 1, 4, alrededor de la doble ligadura. Su adicin cabeza-cola.La cadena molecular es filiforme

*Elasticidad del Hule NaturalCuando una fuerza se aplica la agitacin termal de los tomos se detiene.Cuando se retira la fuerza el efecto de entropa explica el recobrado elstico inmediato del hule natural.La condicin de que exista suficiente libertad de movimiento molecular para permitir que las distorsiones se realicen rpidamente, impone dos requisitos adicionales a las propiedades: primero, el polmero a su temperatura de uso debe estar por encima de Tg; y, segundo, debe ser amorfo por lo menos en el estado no distorsionado.

*Hules sintticosDebe hacerse notar que el trmino hule sinttico no implica un hule sinttico verdadero en el sentido qumico de la palabra. El uso indebido de la palabra sinttico se justifica en cuanto a que la propiedad ms importante ( y de hecho esencial) del hule no es de tipo qumico sino fsico, o sea su capacidad de poderse alargar varias veces con respecto a su longitud original y de contraerse con violencia, despus de eliminar la fuerza de alargamiento hasta retornar a su longitud original.Linus Pauling ha establecido que una molcula de alcanfor podra oler del mismo modo que el del hule, cualquiera que fuera su composicin.Cualquier sustancia, ya sea orgnica o inorgnica, que presente este tipo de elasticidad se denomina hule, y cuando se produce qumicamente se llama hule sinttico.

*Hule SBRHule Estireno-Butadieno (SBR): Este elastmero se obtiene como producto de la copolimerizacin al azar, del estireno y el butadieno, tanto por el proceso de solucin como el de emulsin. Los alemanes fueron los primeros en obtener este producto con el nombre de Buna S en 1930 y fue desarrollado como sustituto barato del hule natural. La copolimerizacin siempre produce estructuras desordenadas al azar por lo que no cristaliza. Por esto, el SBR tiene del 10 al 15 % de fuerza tensl que el hule natural o cualquier homopolmero. Por lo que es necesario usar reforzantes ya que estos ordenan la estructura molecular y cristaliza cuando es extendido.

*Hule SBREl SBR es un hule sinttico de uso general con que los alemanes y americanos intentaron remplazar el hule natural. Esto demostr no ser posible, y se encontr necesario emplear el hule natural hasta cierto punto.EL SBR puede emplearse mezclado con hule natural.Las operaciones del proceso son ms difciles y lentas con el SBR, es conveniente usar algn agente peptizante.Para las superficies de rodamiento de los neumticos, la mejor resistencia a la abrasin se obtiene con los negros de humo HAF.El poder de adhesin del SBR es bajo, pero cuando se mezcla con pequeas porciones de hule natural, dicho poder es lo suficientemente adecuado para los propsitos prcticos.EL azufre es menos soluble en el SBR que en el hule natural, por lo que dicho azufre debe dividirse finamente e incorporarse de modo uniforme.Es un hecho sorprendente que, aun cuando la vulcanizacin es ms lenta que con el hule natural, se requiere menos azufre. Los mismos aceleradores y activadores que se usan para el hule natural pueden emplearse con el SBR.Los vulcanizados de SBR no son tan resistentes al desgaste por los agentes atmosfricos como lo son los hules naturales.Los vulcanizados SBR con los ingredientes adecuados son en realidad mejores que los hules naturales.

*Hule butadieno-acrilonitriloHule Nitrilo (NBR): Este hule se obtiene por la copolimerizacin al azar, en emulsin del acrilonitrilo (9 50 %) y el butadieno, por eso la designacin NBR.En 1935 fue fabricado y comercializado por FARBENINDUSTRIE en Alemania con el nombre de PERBUNAN.La mayora de las estructuras de las unidades del butadieno se reportan en la adicin trans 1,4.Su peso molecular predominante es 300, 000.Como su copolimerizacin es al azar, esta produce estructuras desordenadas, por lo que no cristaliza.Ser necesario usar reforzantes, ya que estos ordenan la estructura cuando es extendido y cristaliza.

*Estos hules tuvieron tanto xito que se han producido y ofrecido con una gran variedad de nombres registrados.Aunque estos hules pueden trabajarse en las mquinas de hule ordinarias, por lo general, las operaciones son ms lentas, ya que son menos termoplsticos que el hule natural.Puesto que estos hules son resistentes a los aceites, es esencial el uso de ablandadores especiales, tales como los plastificantes se ster o los nitrilos superiores de aplicacin convencional.Debido a su bajo grado de insaturacin se requiere menos azufre o donantes de azufre en comparacin con el hule natural.Se ha pretendido que los vulcanizados hechos con perxidos tienen mejores propiedades. Estos hules pueden vulcanizarse aun con el solo calentamiento.Los hules nitrilo pueden mezclarse con otros hules, plsticos de azufre, PVC o resinas fenlicas.Los hules nitrilo tienen una excelente resistencia a los aceites y al calor

*Hule NeoprenoLos neoprenos (CR) constituyen uno de los primeros (1931) hules sintticos. Se asemeja al hule natural en mayor grado que los otros sintticos; por ejemplo, dan buenas propiedades en las cargas de hule, tienen excelente capacidad de adherencia, y su masticacin es tan fcil que prcticamente puede omitirse.El vulcanizado se efecta con xido de zinc y xido de magnesioLos vulcanizados de neopreno muestran buena resistencia a los aceites que, por lo general, es ligeramente inferior a la de los vulcanizados de hule nitrilo.Son ms resistentes a los productos qumicos orgnicos, tal como los acoholes, cetonas, etc.,Probablemente la propiedad ms singular es la resistencia a la flama, lo cual se debe a su contenido de cloro.

*Es por este motivo que el neopreno se usa para la construccin de bandas transportadoras para las minas de carbnExisten neoprenos para diferentes propsitos y para cada caso existen grados especiales.Los neoprenos AC y CG se utilizan para fabricar adhesivos de secado rpido, el Q para la mxima resistencia a los aceites, el S para las suelas crep o para endurecer otros grados, y el WHV para dilucin con aceite. Los tipos de uso general son GN, GNA, GRT, W y WRT.Con el neopreno GN debe emplearse aceleradores especialesLa adicin de azufre origina vulcanizados ms duros con menores elongaciones a la ruptura.En general, cuando se usa en mezclas con hule natural no es necesario considerar la presencia del neopreno para definir las cantidades para el vulcanizado del hule natural.

*Principales elastmeros comerciales

*Especificaciones para la formulacin y normalizacin de compuestos de huleComo sucede en todas las ramas de las ciencias, el desarrollo en los procesos avanza al parejo de los nuevos descubrimientos aplicables a la misma y los elastmeros no han sido la excepcin. Desde el descubrimiento de la existencia del hule natural, no ha cesado la investigacin para poder aprovechar sus magnficas propiedades en todas las ramas.

*Es as, como en la actualidad encontramos hules sintticos con altas prestancias y sus aplicaciones en prcticamente todas las actividades de la humanidad, desde membranas impermeables para almacenamiento de agua en el campo, hasta las sofisticadas aplicaciones en la investigacin del espacio.

*Con el devenir de la tecnologa los requerimientos de las piezas se vuelven ms sofisticados y requieren cubrir mayores condiciones crticas de uso. Adems de las propiedades de elasticidad y resistencia mecnica es necesario tener resistencia a diferentes medios, tales como:agua, aire, aceite, grasas, cidos, bases, oxgeno, cloro, ozono, altas temperaturas, etc.O tener ciertas propiedades especiales como:no manchantes, inodoras, translucidas, no txicas, antiesttico, etc.

*Esta gama de aplicaciones, aunada al hecho de que un compuesto de hule est formado por el elastmero y una gran variedad de materiales, que tienen una funcin determinada dentro del mismo, ha hecho que la funcin del formulista se constituya por una parte en ciencia y por otra en un arte.Al formular un compuesto de hule se debe tener en cuenta bsicamente, los siguientes aspectos:Cubrir una determinada especificacinQue no presente dificultades de procesoQue sea econmica

*Para facilitar el trabajo de formular un compuesto, se presenta la siguiente tabla, que clasifica los componentes de la formulacin, dividido en grupos y en relacin a su funcin dentro de la formula.

*Toda compaa bien organizada tiene para sus materias primas y productos terminados, normas de control y cada una de ellas sus respectivos formatos, a fin de cuentas todas tienen como objetivo, el establecer sistemas de calidad va la clasificacin; mediante los cuales se pueda obtener un cdigo para un determinado compuesto de hule el cual a travs de nmeros y letras describa sus propiedades fundamentales y especficas.Por otro lado los ingenieros proyectistas ocupados en la seleccin de artculos de hule se encaran con un problema desconcertante. Cuando tratan con la industria del hule deben emplear el lenguaje de los hombres del hule. Deben emplear trminos como dureza, resistencia a la traccin, alargamiento, modulo de elasticidad, deformacin retardada y otros ms.

*Estas son viejas palabras familiares, pero que tienen un nuevo y diferente significado cuando se aplican a los artculos de hule. El ingeniero debe acomodar su pensamiento para adaptarse a algunas nuevas definiciones, por ejemplo, el trmino mdulo, aplicado al acero, es definido como la inclinacin de la porcin recta de la curva de tensin-alargamiento. En el caso de materiales elastomricos, el mdulo se define como el esfuerzo requerido para producir una deformacin o un alargamiento dado.Para homologar las funciones y requerimientos tanto de los fabricantes de productos elastomricos como de los usuarios de estos, Asociaciones de Industriales se dan a la tarea de desarrollar normas y especificaciones de estos materiales, por lo que, presentamos el sistema ASTM D 2000 a SAE J 200, que es uno de los sistemas de normalizacin internacional ms usados en Mxico; no slo es usado en la industria automotriz, sino que tambin es empleado para artculos industriales de hule en las ramas: petrolera, petroqumica, qumica, farmacutica, artculos domsticos y otras.

*SISTEMA DE CODIFICACION ASTM D 2000 o SAE J 200Este sistema fue diseado por la American Society for Testing and Materials (ASTM) en colaboracin con la Society of Automotive Engineers (SAE). Se basa en el supuesto de que las propiedades de todo producto de hule pueden ser arregladas en designaciones caractersticas del material. Estas designaciones estn determinadas por tipo basado en la resistencia al envejecimiento por calor y clase que contempla la resistencia al hinchamiento en aceite. Esta designacin bsica se complementa con requerimientos adicionales para poder describir la calidad de casi cualquier material elastomrico

*El Objetivo principal es clasificar los productos de hule en forma amplia, clara y completa.Grado est representado por el primer nmero, para el ejemplo es (2) ( se refiere al requisito que debe cumplir)Tipo est representado por la primera letra, para el ejemplo es (B), es decir las pruebas de envejecimiento se llevan a cabo a 100C (se refiere a la resistencia que tiene el hule al calor durante 79 horas)Clase esta representada por la segunda letra, para el ejemplo es (C),resistencia del material al aceite, lo cul se mide por el cambio en volumen o hinchamiento que el aceite produce sobre el hule, como % mximo de 125

*Los requerimientos bsicos, los cuales analizan las caractersticas fsicas originales de probetas de la mezcla vulcanizada representativa del producto terminado, los valores as obtenidos sirven de base para comparar los resultados encontrados despus de los ensayos de envejecimiento acelerado en horno y fluidos de prueba.

*

*Requerimientos subfijosComo complemento a la tabla de los requerimientos bsicos existe para tipo de hule otra tabla de requerimientos llamados subfijos, indicados mediante letras y nmeros, los cuales les indican las desviaciones a procedimientos de prueba ASTM; adems, para cada uno de estos subfijos la tabla determina una serie de grados numerados del 1 al 8, los cuales son utilizados para hacer cambios o adicionar mejoras a los valores de los requerimientos bsicos. Dicho grado est especificado en la ltima columna de la tabla de requerimientos bsicos (ver tabal 4). El grado No.1 indica que solamente se analizan los requerimientos bsicos.

*PROPIEDADES FSICASVISCOSIDAD MTODO ASTM D 1646Es una medida de la libertad de movimiento que tienen las molculas entre s de acuerdo a una fuerza cortante que se le aplica entre ellas, esto es, resistencia a deslizarse unas molculas sobre otras. Pequea en los gases y extraordinariamente grande en los slidos.La determinacin de la viscosidad se relaza en un viscosmetro Mooney, el cual mide la viscosidad en funcin del tiempo; este tambin medir los incrementos en el nivel de activacin, aceleracin, o retardacin del compuesto.

*REOMETRIA METODO ASTM D 2084Las propiedades de la vulcanizacin, se miden actualmente utilizando el Remetro (de disco oscilante), el cul mide la respuesta mecnica de un compuesto de hule a un esfuerzo oscilante como funcin del tiempo a una temperatura dada de curado.La curva resultante (reometra) proporciona informacin muy valiosa sobre las propiedades de procesamiento y curado de un compuesto de hule.

*DUREZA (Durmetro A) METODO D 2240 68La dureza se define generalmente como la resistencia a la penetracin de un punzon en un hule, los ensayos de dureza dependen de la resistencia a la deformacin plstica.Existen varios tipos de durmetros con sus marcas registradas como Shore A y Wallace; todos son calibrados con la misma escala arbitraria de 0 a 100 (de blando a duro).

*TRACCION METODO ASTM D 412 68Esta prueba tambin es conocida como tensin- elongacin modulo. Las propiedades de traccin constituyen la indicacin individual ms importante de la resistencia de un material de hule.Con este ensayo se determina la fuerza necesaria para romper la pieza al estirarla y, adems la capacidad de estiramiento antes de romperse

*LA VULCANIZACINLas molculas de hule no estn fijas unas a otras, pueden moverse ms o menos libremente en el interior de la masa, es decir tienen movimiento macrobrowniano.El hule es un elasto-plstico y tiene flujo newtoniano mecnico y termodinmicamente irreversible, por lo que no ofrece mucha resistencia a una fuerza que acte sobre el hule, sus mdulos son muy pequeos (la fuerza necesaria para deformar el compuesto es conocida como mdulo, ste mdulo es la tensin necesaria para una elongacin determinada

*Un gran nmero de macromolculas son unidas por puentes intermoleculares durante la vulcanizacin y se necesita una gran fuerza para producir una deformacin determinada. El hule vulcanizado, ahora es un elastmero (se formo una red tridimensional entre sus macromolculas), durante la vulcanizacin, las cadenas macromoleculares se unen mediante puentes, que estn bastante alejados entre s. En el hule natural, slo una de cada cien unidades de isopreno se unen entre s, en una vulcanizacin normal

* Ingredientes constituyentes de los compuestos de hule y su formulacin.Actualmente se fabrican ms de 50, 000 piezas o artculos de hule, Todo empez hace ms de 260 aos, cuando Charles Goodyear descubri la vulcanizacin.Cada industria desarrolla sus propias especificaciones de acuerdo con el uso final de la pieza de hule Por mencionar algunas industrias estn:automotriz militar aeronutica y espacial ElctricaPetroleraMineraDe la construccinAlimenticiaFarmacuticaDel vestidoDel calzadoDel hogarDeportivosDel juguete

*Formula para piso de llantaCada una desarrolla sus propias especificaciones. Y la pregunta que todo Ingeniero Formulista se hace es, Cmo formulamos un compuesto de hule que cumpla con cada una de las especificaciones para cada una de las industrias ya mencionadas?Para facilitar el trabajo de formular un compuesto, se clasifican los componentes de la formulacin (Tabla 5.1), dividido en grupos y en relacin a su funcin dentro de la formula.

*ELASTMERO O POLMERO BASEEl principal componente de un compuesto de hule es un elastmero (hule o caucho) o mezcla de elastmeros, seleccionados para aplicaciones especficas, de acuerdo con una o varias de sus caractersticas. El elastmero es la base de un compuesto y se consideran a todos los ingredientes proporcionales a la base elastomrica, por lo que se considera partes por cien de hule (PCH).

*CARGASLos compuestos de hule normalmente requieren un relleno, conocido como carga, para cumplir con dos propsitos igualmente importantes. El primero de ellos est dirigido a reforzar al elastmero base para obtener un compuesto con ciertas propiedades; y el segundo est encaminado a disminuir el costo del compuesto sin modificar ninguna de las propiedades del elastmero base. Por lo tanto, existen dos tipos de cargas: reforzantes y no reforzantes

PLASTIFICANTES

Los plastificantes ms populares son los aceites derivados del petrleo. Estos son empleados en cantidades considerables para controlar la viscosidad del compuesto crudo o en verde (como se le llama al compuesto antes de vulcanizar) y la dureza del compuesto vulcanizado. Los plastificantes tambin son llamados ablandadores o extendedores. El trmino extendedor es usado para indicar que el aceite es utilizado con cargas reforzantes de manera que se disminuya el costo del compuesto, es decir, hasta cierto punto acta como una carga. El trmino plastificante se aplica para resaltar la habilidad del aceite de actuar como un lubricante interno para propsitos de proceso, as como mejorar la flexibilidad del producto vulcanizado a bajas temperaturas. Los plastificantes se usan cuando se desea incrementar la flexibilidad del compuesto de hule.*

ANTIDEGRADANTES

Los antidegradantes son conocidos tambin como protectores, son materiales que sin afectar sensiblemente la obtencin del vulcanizado, permiten alargar la vida til de una determinada pieza de hule, inhibiendo la accin de elementos que intervienen en la destruccin qumica del hule vulcanizado, como el oxgeno, el ozono, el calor, la luz, la combinacin de elementos que componen el ambiente (gases de motores, humedad, etc.) y la fatiga mecnica.Una gran gama de antidegradantes est disponible para el formulista (compounder), y estos se hayan generalmente dentro de dos grandes clases:antioxidantes (capaces de aligerar la reaccin de oxidacin con el hule)antiozonantes ( prevn la deterioracin del hule por el ataque del ozono)*

AGENTES VULCANIZANTES

Todos los elastmeros vulcanizables tienen una caracterstica en comn: cierto grado de instauracin dentro de su estructura polimrica, que de una manera simple se define como la presencia de dobles enlaces entre los tomos de carbono, distribuidos peridicamente a lo largo del esqueleto molecular del polmero a procesar. Los elastmeros en este estado poseen propiedades semejantes a los polmeros plsticos, aunque no necesariamente las propiedades tiles que los materiales termoplsticos podran tener. En particular, el material se suavizar o ablandar con el calor y retornar a su estado original cuando se enfre; un proceso que podr ser repetido de manera ilimitada suponiendo que ningn otro efecto lateral o reaccin ocurrir *

ACELERADORESLa vulcanizacin fue descubierta en 1839 por Goodyear, al calentar el hule natural con azufre.Hule naturalAzufreTiempo de vulcanizacin 4 Horas. En 1906 Oenslager descubri que:Hule naturalAzufreAnilinaOxido de zincPoda vulcanizar en una hora y se obtenan artculos aceptables. Como la anilina era muy venenosa se empez a formularHule naturalAzufreTiocarbanilinaOxido de zincCon lo que el tiempo de vulcanizacin se redujo a 24 minutos.Actualmente los aceleradores son orgnicos y contienen en su estructura molecular nitrgeno y azufre.*

ACTIVADORES En 1920 fue descubierto que el xido de zinc mejoraba la accin de la mayora de los aceleradores y que la accin del xido de zinc es mejorada por los cidos grasos.La aceleracin es activada por productos bsicos o alcalinos, que produzcan materiales bsicos o alcalinos durante la vulcanizacin. La aceleracin es retardada por cidos orgnicos.Existen dos tipos de activadores: orgnicos e inorgnicosLos activadores inorgnicos se combinan con los orgnicos y los aceleradores, para formar compuestos complejos que actan directamente con el agente vulcanizante incrementando la velocidad de la reaccin.Existen varios productos empleados como activadores. El activador inorgnico ms empleado es el xido de zinc, y el activador orgnico ms empleado es el cido esterico. Ambos se incluyen en la formulacin de un compuesto de hule.*

*INGREDIENTES VARIOS

A menudo se necesita recurrir a sustancias que nos ayudan a modificar las caractersticas finales de un compuesto, tales como colorantes, aromatizantes, esponjantes, fungicidas, fibras de refuerzo, regeneradores y polvo de hule vulcanizado

* Formulacin o diseo de un compuesto de huleObjetivos de la formulacinAl realizar la formulacin de un compuesto de hule, el diseador o formulista debe satisfacer ciertos objetivos, de los cuales, los ms importantes estn relacionados con:las propiedades del producto finalcaractersticas de procesabilidad del compuestocosto del compuestoPodemos decir que, el formulista deber visualizar que los tres puntos anteriores se mantengan en equilibrio, manteniendolos siempre como sus guas de accin y reaccin.

*ConsideracionesPara que se pueda cumplir los objetivos de la formulacin, antes de realizarla, el diseador debe responder a varias preguntas de manera que exista una gua concreta para iniciar con esta labor. Algunas de las preguntas que debe responder son:En qu medio ambiente va a trabajar el producto final?Est sometido a temperaturaEst sometido a luz solar y ozonoEst en contacto con solventes, cidos o aceitesQu propiedades fsicas requiere?DurezaElasticidadMdulo y TensinDesgarreQu propiedades de proceso requiere?Facilidad de flujoAdhesin ( Tack)Pegajosidad (Stick)Tiempo de quemado (Scorch)Cul es su parmetro de funcionalidad?son sus propiedades fsicasEs su costoEs su disponibilidad

*Parmetros de Mezclado Una vez decidida la formulacin que tericamente satisfaga todas las propiedades requeridas para el compuesto crudo y vulcanizado, la operacin de mezclado es la encargada de lograr los ptimos valores de las mismas.En trminos generales, la cintica del mezclado es probablemente entendida, adoleciendo de un adecuado tratamiento terico; no obstante, podemos definir o visualizar aqu cinco etapas fundamentales

*Subdivisin de grandes aglomerados o trozos de materiales slidos y hulesIncorporacin de los materiales en polvo y lquidos en el hule ya subdividido para establecer un ntimo contacto con ste.Dispersin, que implica la reduccin del tamao de partculas individuales hasta el mnimo posible. Esta fase es tambin llamada mezclado intensivo y requiere un mayor nivel de energa y esfuerzo de corte que la anterior. Es la etapa clave de toda la operacin.Mezclado simple: distribucin al azar de todas las partculas ya dispersas en la mezcla. Se lo suele llamar mezclado extensivo o distributivo.Reduccin de viscosidad: En este punto, un exceso de trabajo o masticacin produce una reduccin de la viscosidad, adecundola a los procesos posteriores.

*Todas estas etapas pueden darse simultneamente en distintas proporciones de la mezcla; como la dispersin es la ms dificultosa y la que directamente incide sobre las propiedades del compuesto, podremos entonces enunciar la regla bsica de todo procedimiento de mezclado:El hule se deber masticar para facilitar la incorporacin de los materiales, pero deber retener suficiente nivel de viscosidad como para romper las partculas de los ingredientes y asegurar as una dispersin satisfactoria.

*primera etapa, donde se genera la mezcla base o maestra (master batch)segunda etapa, donde se agregan los agentes vulcanizantes y acelerante Si bien esta metodologa aumenta el tiempo global de mezclado y el stock intermedio de las mezclas en la fbrica, tiene como beneficio comprobado una mayor consistencia mezcla - a mezcla de las finales, especialmente si se respeta un estacionamiento mnimo previo de las bases.

*Tipo de mezcladoresEl mezclado de los compuestos de hule se puede hacer tanto en molinos abiertos, como en mezcladores internos (Banbury).Mezclador abiertoEl mezclado en molinos es el mtodo inicial prctico, ms comn en nuestra industria. Los parmetros de mezclado en el molino son:temperaturatamao del lote o cargaorden de incorporacin de los ingredientestiempo de mezcladomtodo de trabajo del operador

*

*

*Mezclador interno (Banbury)Basado en el concepto original del Ing. Fernley H. Banbury, las mquinas de este tipo son frecuentemente referidas como Banburys aunque sean de otras marcas. Al transcurrir el tiempo se han introducido numerosas modificacionesde diseo pero la idea central no ha cambiado.De todas partes, surgen principalmente las siguientes, por su incidencia directa en el control del ciclo de mezclado

*

*

*