2013

Jose

COMPORTAMIENTO DE ELASTOMEROS

PROFESOR:

TATIANA GRIGORIEVA DE GALICIA

INTEGRANTE:

Quispe Arce Jose Alfredo

Rodríguez Leon Stalin

COMPORTAMIENTOS DE ELASTOMEROS

1. INTRODUCCIÓN

Utilizando el ensayo de hinchamiento, reconozca la aplicación de los diferentes tipos de cauchos para conducir los fluidos (líquidos).

La realización de un ensayo sobre un material o una pieza fabricada representa el único método para determinar las propiedades del mismo. Los ensayos se realizan en todo tipo de materiales: metálicos, cerámicos y polímeros. En el caso de éstos últimos - plásticos y cauchos - los ensayos se llevan a cabo tanto sobre el polímero aditivado – granza -como sobre el producto final. Los ensayos miden una propiedad o varias a la vez y han de ser diseñados de tal manera que puedan realizarse lo más exactamente posible

2. OBJETIVOS

Polímeros no-polares amorfos y solventes no-polares amorfos

Reconocer los cauchos resistentes a la gasolinas, agua ,

líquido para frenos,etc

3. MARCO TEÓRICO

Elastómero:

Los materiales elastómeros son aquellos materiales que están formados por polímeros que se encuentran unidos mediante enlaces químicos, adquiriendo una estructura final ligeramente reticulada.

Un elastómero lo podemos asimilar al siguiente ejemplo, imaginemos que encima de una mesa tenemos un conjunto de cuerdas entremezcladas unas con otras, cada uno de estas cuerdas es lo que llamamos polímero, tendremos que aplicar un esfuerzo relativamente pequeño si queremos separar las cuerdas unas de otras, ahora comenzamos a realizar nudos entre cada una de las cuerdas, apreciamos que conforme más nudos realizamos más ordenado y rígido se vuelve el conjunto de las cuerdas, los nudos de nuestra cuerda es lo que representa a los enlaces químicos, con un cierto grado de nudos, o enlaces químicos, necesitamos tensionar con mayor fuerza el conjunto de cuerdas con objeto de separarlas, además observamos que cuando tensionamos la longitud de las

cuerdas aumentan y cuando dejamos de tensionar el tamaño de las cuerdas vuelven a la longitud inicial.

La principal característica de los materiales elastómeros es la alta elongación o elasticidad y flexibilidad que disponen dichos materiales frente a cargas antes de fracturarse o romperse.

En función de la distribución y grado de unión de los polímeros, los materiales elastómeros pueden disponer de unas características o propiedades semejantes a los materiales termoestables o a los materiales termoplásticos, así pues podemos clasificar los materiales elastómeros en:

Elastómeros termoestables - son aquellos elastómeros que al calentarlos no se funden o se deforman

Elastómeros termoplásticos - son aquellos elastómeros que al calentarlos se funden y se deforman.

Propiedades de los materiales elastómeros:

1. No se pueden derretir, antes de derretirse pasan a un estado gaseoso 2. Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes 3. Generalmente insolubles. 4. Son flexibles y elásticos. 5. Menor resistencia al fenómeno de fluencia que los termoplásticos

Ejemplos y aplicaciones de materiales elastómeros:

Goma natural - material usado en la fabricación de juntas, tacones y suelas de zapatos.

Poliuretanos - Los poliuretanos son usados en el sector textil para la fabricación de prendas elásticas como la lycra, también se utilizan como espumas, materiales de ruedas, etc...

Polibutadieno - material elastómero utilizado en las ruedas o neumáticos de los vehículos, dadas la extraordinaria resistencia al desgaste.

Neopreno - Material usado principalmente en la fabricación de trajes de buceo, también es utilizado como aislamiento de cables, correas industriales, etc...

Silicona - Material usado en una gama amplia de materiales y áreas dado a sus excelentes propiedades de resistencia térmica y química,

las siliconas se utilizan en la fabricación de chupetes, prótesis médicas, lubricantes, moldes, etc...

Ejemplos de adhesivos elastómeros:

Adhesivos de poliuretanos de 2 componentes. Adhesivos de poliuretanos de 1 componente de curado mediante

humedad. Adhesivos en base siliconas. Adhesivos de silanos modificados.

Ahora que ya conoces a los elastómeros ¿sabías que todos los neumáticos de cualquier vehículo están fabricados con materiales elastómeros?

Tabla de Elastómeros

AGENTES QUÍMICOS Y FÍSICOS AGRESIVOS

1 DISOLVENTES AROMÁTICOS.

• Cadenas de carbono c 2n h 2n-6 cerradas no saturadas, que Producen reacciones químicas con EL NBR: BTX: benceno, tolueno, xileno, etc.

• petróleos con más de 30 ºAPI casi siempre contienen aromáticos .

• Alta presión de vapor: evaporan fácilmente

• La agresividad de los aromáticos aumenta con la temperatura.

• Efecto: reblandecimiento e hinchamiento de la goma.

2 ACIDO SULFHÍDRICO SH2.

• ataca el enlace triple del ACN

• También ataca el enlace doble del butadieno

• Efecto: enlaces cruzados que estrechan el elastómero, lo ponen quebradizo y lo rompen.

• Efecto opuesto a los aromaticos.

3 BIÓXIDO DE CARBONO CO2

• Se encuentra en muchos pozos en la fase gaseosa.

• Efecto: endurecimiento e hinchamiento de la goma.

• requiere concentraciones opuestas de ACN que el sh2

.4 ABRASIÓN.

• el ACN aumenta la dureza del caucho y por consiguiente el desgaste del rotor

• se realizan cauchos con bajo contenido de ACN (buna-n) para petróleos viscosos acompañados con arenas de formación.

• El carbono también aumenta la dureza pero es necesario para mantener las propiedades mecánicas.

5 AGUA.

• Todos los cauchos absorben agua y se hinchan

• a < ACN y c 4 < hinchamiento por agua

• todos los cauchos son oleofilos: al absorber petróleo los protege del agua. se pueden bombear fluidos con el 99 % DE AGUA.

6 GAS LIBRE

• Todos los cauchos son permeables al gas

• En paros de producción produce descompresión explosiva

• a < permeabilidad del elastómero > efecto de descompresión.

• en cauchos NBR a > % de ACN < permeabilidad

• FKM y HNBR : alta permeabilidad pero poca resistencia al co2 libre.

7 TEMPERATURA.

• aumenta la susceptibilidad a los ataques químicos

• disminuye en forma lineal las propiedades mecánicas

• aumenta en forma lineal el hinchamiento por absorción de líquidos.

• Elastómeros especiales tienen mayor resistencia a la temperatura

• elastómeros base NBR: dependen del % ACN y de los otros aditivos.

Polímeros no-polares amorfos y solventes no-polares amorfos

La compatibilidad entre los polímeros no-polares amorfos y los solventes

puede tener lugar solamente cuando:

FAB ≈ FAA ≈ FAB

Esto es, cuando el polímero y el disolvente tienen "parámetros de

solubilidad" similares (en la práctica una diferencia de 2 MPa1/2).

Polímeros no-polares cristalinos y solventes amorfos

No hay disolventes a temperatura ambiente para el PE, PS, poliacetales y

PTFE totalmente cristalinos. Sin embargo, conforme la temperatura se eleva

y se aproxima a TM el término TΔS llega a ser mayor que ΔH y algunos

disolventes apropiados llegan a ser efectivos. Abultamientos o hinchazones

tendrán lugar sólo en las zonas amorfas del polímero en la presencia de

disolventes de parámetro de solubilidad similar, incluso a temperaturas muy

por debajo de TM, dependiendo del grado de cristalinidad.

Polímeros no-polares amorfos y solventes cristalinos

Cuando una cera tipo parafina es mezclada para hacer una goma por

encima del punto de fusión de la cera. En el enfriamiento, la cera comienza a

cristalizar, parte de ella formando eflorescencias sobre la superficie de la

goma. Tales eflorescencias ayudan a la protección de los enlaces dobles de

la goma del ataque del ozono.

Polímeros polares amorfos y solventes

En general, se considera que en la solubilidad de tales casos, debería

equiparase el parámetro de solubilidad y el grado de polaridad.

Goma vulcanizada y polímeros termoendurecibles

Las gomas y polímeros con enlaces cruzados covalentes no pueden

disolverse sin cambio químico. Sin embargo, se hincharán en disolventes de

parámetro de solubilidad similar; el grado de hinchamiento es decreciente

conforme se incrementa la densidad de enlaces cruzados. Las propiedades

de la disolución de los termoelastómeros que son materiales bifásicos son

mucho más dependientes de si la fase de goma y los dominios de resina se

disuelven en el disolvente.

Los cauchos arrojas distinto comportamiento frente a los líquidos:

Todos los cauchos absorben agua y se hinchan,

Todos los cauchos son oleófilos,

Todos los cauchos son permeables a gas, Al aumentar la Tº,

Aumenta la susceptibilidad a los ataques químicos,

Disminuyen en forma lineal la propiedades mecánicas,,

Aumenta en forma lineal el hinchamiento por absorción de los

líquidos.

Elastómeros especiales (siliconas, fluorelastómeros –Vitón) tienen mayor

resistencia a la temperatura.

Los cauchos NBR (de nitrilo) son los más usados en aplicaciones de

exigencias medias de resistencia a los aceites y combustibles.

Los cauchos más o menos polares como cloroprenos, nitrilos, poliuretanos

se hinchan en disolventes polares como cetonas y esteres, pero resisten

líquidos no-polares como gasolinas, aceites parafínico y nafténico.

Cauchos con baja polaridad como natural NC, SBR (estireno butadieno

rubber), polibutadieno, butilo y EPDM (etilenpropilendieno caucho) serán

resistentes a los líquidos polares citados y se hinchan en los no-polares.

Los fluorelastómeros como VITON y similares poseen la más alta resistencia

a la Tº y productos químicos, sin embargo no deben usarse con disolventes

polares como cetonas, ácidos orgánicos, fluidos hidráulicos, amoniaco,

glicoles, etc.

La norma ISO 1817 contempla los ensayos de evaluación de los

vulcanizados frente a los líquidos. Este método de ensayos incluye:

Determinación de cambio de masa de probeta después de inmersión,

Determinación de cambio de volumen de probeta después de inmersión,

Determinación de cambio dimensional de probeta después de inmersión

(líquidos insolubles en H2O),

Determinación de cambio de propiedades mecánicas (resistencia a tracción,

alargamiento, dureza…) de probeta después de inmersión, etc.

Los líquidos de ensayo: aceites Nº1, 2 y 3 (IRM 901, 902 y 903);

isooctanopuro ; Isooctano + tolueno (70/30%), tolueno puro, etc. Duración de

ensayo: 70 horas – aire a 100ºC, inmersión, 25ºC – 70 horas.

4. PARTE EXPERIMENTAL

EQUIPOS Y MATERIALES:

Disolventes orgánicos: acetona, gasolina, etanol, gasolina, aceite

(parafínico, nafténico), ácidos orgánicos (ácido acético, ácido órmico),

glicoles (fluidos para los frenos), ácidos inorgánicos (sulfúrico, nítrico,

clorhídrico), agua.

Pinza

Balanza analítica

Pie de rey

Vasos de precipitados

Muestras de cauchos: natural, de nitrilo, de silicona, vitón, SBR,

EPDM y otros.

Lunas de reloj

PROCEDIMEINTO:

Pasar las muestras de cauchos en la balanza analítica, medir sus

dimensiones, hallar el volumen, anotar.

-Sumergir las muestras marcadas en las disolventes respectivos durante

las 70 horas a T=25ºC,

- Pasado 70 horas, volver a pesar (previo secado con el papel de filtro),

medir las dimensiones y calcular el volumen.

Importante: la última etapa de las mediciones no debe demorar más

de 5 minutos

1er paso.- Cortar dos Muestras de Elastómeros y medir sus masas en la

balanza analítica, Tomar apuntes.

Elastómero a analizar

Muestra 1.

Masa = 0.75 g

Muestra 2.

Masa = 0.78 g

2do paso.- utilizar 2 vasos precipitados y uno vas echar agua H2O hasta la

mitad y el otro echar Gasolina 92 hasta la mitad.

Sumergir muestras 1 en vaso con agua

Sumergir muestras 2 en vaso Gasolina

Muestra 1

Agua

Muestra 2

Gasolina

3er paso.- Guardar vasos Precipitados y regresar después de 70 horas.

Nota: tapar vaso precipitado que contiene gasolina.

4to paso.- Pasado 70 horas, volver a pesar (previo secado con el papel de

filtro), medir las dimensiones y calcular el volumen. Tomar apuntes.

Muestra 1

Masa Inicial = 0.75 g

Masa Final = 0.75 g

Muestra 2

Masa Inicial = 0.78 g

Masa Final = 3.38 g

Bolsa

Agua Muestra 1 Muestra 2 Gasolina 92

Muestra 2 Muestra 1

Según Formula

De la muestra 1.

0

De la muestra 2.

333

Conclusiones.

El elastómero utilizado para el experimento es apolar (no-polar) por qué se

disuelve en Gasolina.

Cuestionario 1:

a) ¿Qué diferencias en el comportamiento existen entre los

cauchos frente a los líquidos?

Una limitación frecuente de los artículos de caucho (por ejemplo,

sellos, juntas, mangueras, membranas, y mangueras) es la

variación de dimensiones (hinchamiento o contracción) y de

características mecánicas que experimentan después de un

contacto prolongado con diversos fluidos (aceites, combustibles,

gases, disolventes y otros líquidos), contacto que puede ser

requerido por las condiciones de servicio.

La exposición puede ser en continuo o intermitente y puede ocurrir

en amplios rangos de temperatura afectando el rendimiento de la

goma provocando problemas de fugas.

A continuación detallamos diferentes tipos de fluidos y sus

comportamientos en contacto con los cauchos.

De acuerdo con su origen de procedencia los aceites se clasifican

en 3 grupos:

Vegetales, Minerales y Sintéticos.

b) ¿Qué tipo de caucho (y qué tipo de aditivo para él) usaría para

obtener las propiedades de conducción eléctrica?

Aun cuando los polímeros son intrínsecamente malos

conductores de la electricidad (aislantes), esta propiedad

puede ser alterada agregando ciertos aditivos. Esto se logra en

ciertos plásticos agregando grafito finamente pulverizado,

mientras que en otros la conductividad se consigue tratando el

polímero con radiaciones gamma.

c) ¿Dónde se aplican los cauchos de silicona y fluorados

(ingeniería)?

Caucho Silicona

En función de la descripción dada de las propiedades del

caucho de SILICONA, los principales sectores de aplicación

se sitúan en los sectores alimentario, médico, farmacéutico en

forma de juntas, tubería o piezas moldeadas y troqueladas, así

como en la industria de fabricación de maquinaria diversa

dónde se precisen juntas atoxicas y/o que deban soportar

altas o bajas temperaturas o intemperie y deban de tener la

elasticidad propia de un elastómetero.

El amplio abanico de sectores de aplicación se extiende de

también por sus excelentes propiedades aislantes e

hidrofugas y antiadherentes (prácticamente nula absorción

de humedad) a los sectores de la Aeronáutica luminotécnica,

aislamiento de cables, etc.

Caucho Fluorado

Los polímeros con un alto contenido en flúor son

incombustibles, tienen una extraordinaria resistencia química,

excelentes características dieléctricas, estabilidad a la

intemperie y un bajo coeficiente de rozamiento. Casi imposibles

de humectar, se consideran antiadhesivos. Aunque son muy

útiles en un amplio campo de temperaturas, su elevado coste

de fabricación y su dificultad de transformación limita sus

posibilidades de empleo.

Cabe distinguir entre el PTFE puro, uno de los llamados

termoelásticos, y los termoplásticos fluorados susceptibles de

fundir, que pueden moldearse por inyección y extrusión aunque

no llegan a alcanzar las propiedades del PTFE. Los llamados

termoelásticos son plásticos en los que la fusión de sus

cristalitas no reduce la viscosidad lo suficiente como para

permitir un moldeo normal, lo cual requiere métodos de

transformación restringidos y costosos pero con una

combinación de propiedades especiales muy interesante.

d) ¿Por qué la última etapa de laboratorio debe ser breve (5 min.

máximo)?

Por qué los disolventes utilizados puede dañar nuestros ojos o

causar intoxicación.

e) ¿Por qué el uso de los elastómeros está limitado en la Ing.

Aeroespacial?

La principal desventaja es que son materiales que se funden ,

de modo que no tienen aplicación a temperaturas elevadas

puesto que comienzan a reblandecer por encima de la Tg con

la consiguiente pérdida de propiedad mecánica.

Estabilidad térmica baja y rigidez alta a la compresión.

Cuestionario 2:

1. ¿Por qué los cauchos a pesar que todos son amorfos y tienen

su temperatura vítrea no son frágiles como por ejemplo los

polímeros termoplastos (PVC, PS)?

A veces se asocian los materiales elastoméricos termofusibles con los cauchos. De hecho, muchos elastómeros, dependiendo de determinadas características de orden o desorden de su estructura molecular, pueden endurecerse mediante vulcanización y, por tanto, utilizarse como asociados o sustitutos del caucho natural (poli-isopreno). Pero lo que define a los elastómeros termoplásticos es su característica elastomérica (deformación y recuperación) asociada a su conformación mediante la aplicación de calor.

El más antiguo de los polímeros al que se reconocieron propiedades elastoméricas fue el PVC plastificado (Waldo Semon, 1926). Siguió en 1938 el desarrollo de los poliuretanos por Otto Bayer (I.G.Farben, luego Bayer) y algunos polímeros con propiedades elastoméricas fueron desarrollados luego en ICI yDuPont. En 1950, Bayer, DuPont y Goodrich ofrecían PUR que carecían de suficiente concentración de segmentos duros en su molécula para tener buenas propiedades a menos que se vulcanizasen.

Los primeros elastómeros termoplásticos fueron los copoliésteres lineales elásticos desarrollados por Snyder, de DuPont, en 1950, copolimerizando bajo fusión ácido tereftálico y etilén glicol y realizando una reacción de intercambio cuidadosamente controlado de esteres entre ambos polímeros. De este copolímero se obtenían fibras mediante extrusión o

hilado desde solución, con mayor resistencia y módulo de estirado que el caucho natural y presentaban la propiedad de las mechas de caucho: una recuperación elástica muy rápida.

2. ¿Qué diferencia existe en la estructura interna entre el polímero

termoplasto y un elastómero?

Los polímeros, que abarcan materiales tan diversos como los plásticos, el hule o caucho y los adhesivos, son moléculas orgánicas gigantes en cadena. La polimerización es el proceso mediante el cual moléculas más pequeñas se unen para crear estas moléculas gigantes. Los polímeros se utilizan en un número sorprendente de aplicaciones, incluyendo juguetes, aparatos domésticos, elementos estructurales y decorativos, recubrimientos, pinturas, adhesivos, llantas de automóvil, espumas y empaques. Los polímeros son a menudo utilizados como fibra y como matriz en compuestos.

RECOMENDACIONES:

¡Utilizar los guantes para trabajar con disolventes¡

Tener cuidado con los disolventes orgánicos , protección de los ojos