Profesor: Ayudante de cátedra · 2018-08-29 · El ahumado del caucho fue ideado por los...
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U.T.N. – F.R.L.P. – QUÍMICA APLICADA – INGENIERÍA MECÁNICA –Año 2014‐Rev. 1 Hoja 1
Profesor: Pablo Cianciosi
Ayudante de cátedra: Marcelo Marino
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Indice
EL CAUCHO .......................................................................................................................................... 3
Hoja ahumada ................................................................................................................................. 4
CAUCHO NATURAL Y SINTETICO ......................................................................................................... 5
PROCESO DE FABRICACIÓN DE NEUMATICOS .................................................................................... 7
Aditivos Químicos ............................................................................................................................ 8
Mezclado de compuestos y malaxador Banbury ............................................................................ 8
Extrusores y Calandrias ................................................................................................................. 10
Montaje de los componentes y moldeo ....................................................................................... 11
Vulcanización ................................................................................................................................. 11
Inspección y acabado .................................................................................................................... 13
El NEUMÁTICO .................................................................................................................................. 13
Componentes de un neumático .................................................................................................... 14
Componentes y su función ............................................................................................................ 15
Denominación de la medida de los neumáticos mas utilizados ................................................... 18
Diseño del dibujo de la banda de rodadura .................................................................................. 18
USOS .................................................................................................................................................. 19
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ELCAUCHOEl caucho natural (Cis 1,4 Isopreno) se obtiene del árbol llamado Hevea Brasiliensis, por medio de
un tratamiento sistemático de "sangrado". Se profundiza la corteza hasta llegar al tejido vegetal.
Se recoge el látex que fluye por la herida del árbol. La composición del látex varía en las distintas
partes del árbol; generalmente el porcentaje de caucho (hidrocarburo) decrece del tronco a las
ramas y hojas. La época del año afecta a la composición del látex, así como el tipo de suelo. El
caucho es una secreción irreversible o producto de desecho del árbol, mientras más se extrae, más
se reproduce la sustancia. El caucho es producido en el protoplasma por reacciones bioquímicas
de polimerización catalizadas por enzimas.
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El látex fresco es transformado en caucho después de la recolección. Primeramente, se cuela por
un tamiz de lámina perforada para eliminar partículas de hojas y corteza. Algunas plantaciones
usan un hidrómetro especial, que determina el contenido sólido del látex sin realizar el ensayo por
evaporación. Después de la dilución, se deja el látex en reposo un corto tiempo para que las
materias no separadas por el tamiz (arena y cieno) sedimenten. Entonces está dispuesto para la
coagulación.
El ácido fórmico (al 1%) es uno de los más utilizados para la coagulación del caucho natural, el
volumen agregado debe controlarse cuidadosamente puesto que un exceso impide la coagulación.
HojaahumadaEn la preparación de la hoja ahumada, la coagulación se efectúa en tanques largos de 90 cm. de
ancho por 30 cm. de profundidad. El tanque tiene en los costados unos surcos verticales
espaciados a distancias de unos 38 mm, en los que ajustan planchas metálicas que atraviesan la
anchura del tanque.
El látex diluido se echa en el tanque (quitadas las láminas metálicas), se añade ácido fórmico y se
agita muy bien para mezclarlo con el látex. Se insertan las láminas divisoras y se deja todo en
reposo 16 horas. Al cabo de este tiempo se han formado planchas firmes de coágulo de látex de 39
mm de grueso, las cuales se hacen pasar entre cilindros lisos que giran con la misma velocidad
mientras sobre ellas cae agua pulverizada.
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Las láminas de caucho acanaladas se tienen colgadas algunas horas al aire libre y después se
cuelgan en un cobertizo de secamiento por humo, donde la temperatura se mantiene entre 40° y
50° C. Al cabo de diez días, las láminas están secas y dispuestas para el empaquetado. Por el
secado, el caucho toma color ambarino y se vuelve traslúcido.
La hoja ahumada tiene ventajas y desventajas.
El ahumado del caucho fue ideado por los indígenas del Brasil, que en un principio secaban el
caucho sobre fuego para hacerlo más tenaz. Por la relativamente baja velocidad de deshidratación
del caucho se necesitaban tiempo y calor. Esta práctica se ha extendido al caucho de las
plantaciones.
La acción antiséptica del humo evita la descomposición bacteriana de los componentes del suero
que activan la maduración del caucho, y por esta razón aumenta la velocidad de vulcanización.
No obstante, se ha visto que la prolongación del ahumado tiende a despolimerizar el caucho con
perjuicio de sus propiedades de esfuerzo/deformación y de sus caracteres de envejecimiento.
El uso de láminas más delgadas, menores temperaturas, mejor circulación de aire, menor tiempo
de secado y de un procedimiento de secado en dos etapas, ha mejorado las propiedades físicas de
las láminas de caucho.
CAUCHONATURALYSINTETICO
Como dijimos, el caucho es un hidrocarburo de gran importancia que se obtiene del látex de
ciertos árboles de la zona tropical. Cuando se calienta el látex o se le añade ácido acético, los
hidrocarburos en suspensión, con pequeñas cantidades de otras sustancias se coagulan y pueden
extraerse del líquido. El producto obtenido es el caucho bruto, viscoso y pegajoso, blando en
caliente y duro y quebradizo en frío. Al estirarlo, no vuelve a adquirir después la forma primitiva.
El producto, observado ya por Colon en las indias occidentales, permaneció prácticamente sin
valor hasta que en 1839, Charles Goodyear descubrió que amasando bien el caucho con azufre y
calentándolo a una temperatura superior a 100˚C, el azufre se combina químicamente con el
caucho y el producto que resulta tiene propiedades mucho más útiles; no se deforma por el
calor, no es quebradizo en frío y sobre todo, no es pegajoso. A demás, si se estira un trozo,
recupera después de la tensión su forma primitiva. Los anillos del azufre se abren y se combinan
con los dobles enlaces de las moléculas de caucho formando puentes de cadenas de azufre de
una molécula de caucho a otra y dando lugar a una trama total. A este proceso se lo llamó
vulcanización.
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La formación de los distintos cauchos sintéticos se basa en la polimerización del butadieno o de
homólogos (Isopreno) o derivados (Cloropreno) que tiene la misma estructura.
El copolímero estadístico de estireno/butadieno (SBR) (75% de butadieno en peso) se usa
principalmente en cubiertas de automóviles livianos, puro o mezclado con goma natural.
El polibutadieno (PB) da a los neumáticos gran resistencia a la abrasión, excelente resistencia en
condiciones de baja temperatura (la mejor de los cauchos de usos múltiples) y muy buen
comportamiento de envejecimiento.
Sin embargo, exhibe baja adherencia a una superficie húmeda, generando deslizamiento. Por eso
se emplea mezclada con SBR o bien caucho natural.
El Cis‐1,4 poli Isopreno sintético es una réplica casi perfecta del caucho natural, y por lo tanto
puede sustituirlo sin dificultad alguna.
Los cauchos obtenidos por copolimerización de etileno/propileno y denotadas EP son
incompatibles con otros elastómeros de usos múltiples. También son difíciles de vulcanizar y
carecen de adherencia.
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PROCESODEFABRICACIÓNDENEUMATICOS
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En la fabricación moderna de artículos de caucho natural se trata el caucho en máquinas con otras
sustancias. La mezcla se procesa mecánicamente sobre una base o se moldea, colocándose luego
en moldes para su posterior vulcanizado.
El caucho reciclado, calentado con álcali durante 12 o 30 horas, puede emplearse como
adulterante del caucho crudo para rebajar el precio final del producto. La cantidad de caucho
reciclado que se puede utilizar dependerá de la calidad del artículo que se quiera fabricar.
AditivosQuímicos En la mayoría de los casos, el caucho bruto se mezcla con numerosas sustancias que modifican sus
características. Existen sustancias aditivas que estiran el caucho pero no lo endurecen
materialmente, como el Carbonato de Calcio y la Barita o Sulfato de Bario. Otros aditivos
reforzantes también se añaden para dar dureza al producto final, como el negro de humo, óxido
de Cinc, Carbonato de Magnesio y ciertas arcillas.
Otras sustancias que se emplean son pigmentos, como el Óxido de Cinc, el Litopón y muchos tintes
orgánicos, y ablandadores, que se usan cuando el caucho es demasiado rígido para mezclarse con
otras sustancias, como son ciertos derivados del petróleo (aceites y ceras), la brea de pino o los
ácidos grasos.
El principal agente vulcanizante sigue siendo el Azufre. El Selenio y el Teluro también se emplean,
pero generalmente con una elevada proporción de Azufre. En la fase de calentamiento del proceso
de vulcanización, se mezcla el azufre con el caucho a la vez que con el resto de aditivos.
La proporción Azufre ‐ Caucho varía entre un 1:40 para el caucho blando hasta un 1:1 en el caucho
duro. La vulcanización en frío, que se utiliza para fabricar artículos de caucho blando como guantes
y artículos de lencería, se lleva a cabo por exposición al vapor de Cloruro de Azufre (S2Cl2). Los
agentes aceleradores de la vulcanización que se empleaban en un principio eran solamente óxidos
metálicos como el blanco de Plomo y la cal. A partir de los descubrimientos de Oenslager se
empezaron a utilizar una gran variedad de aminas orgánicas.
MezcladodecompuestosymalaxadorBanburyEn el malaxador Banbury se introduce la mezcla de caucho, negro de humo y otros productos
químicos para obtener un material de caucho homogéneo. El tiempo, el calor y las materias primas
utilizadas son los factores decisivos en la composición del producto final. Por lo general, los
ingredientes llegan a la planta en paquetes ya pesados o en cantidades a granel que son
preparadas y pesadas allí por el técnico encargado del malaxador Banbury. Los ingredientes
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pesados se colocan en un transportador que los carga en el malaxador Banbury para iniciar el
proceso de mezclado.
Para obtener el caucho para fabricar neumáticos se combinan cientos de componentes como, por
ejemplo, activadores, antioxidantes, anti ozonizantes, ceras para facilitar la extensión del caucho,
vulcanizadores, pigmentos, plastificantes, arcillas para refuerzo y resinas. La mayoría de estos
elementos no están regulados y pueden no haber pasado unas evaluaciones toxicológicas serias.
En general, las mejoras introducidas en el control legal y en el control de ingeniería han reducido
los riesgos laborales asociados a las materias primas para los operarios de este tipo de
malaxadores Banbury. Sin embargo, persisten ciertos riesgos derivados de la naturaleza y el
volumen de los componentes utilizados.
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El laminado del caucho comienza con el proceso de masticación. Una vez finalizado el ciclo de
mezclado con el equipo Banbury, el caucho se coloca en un laminador. Este proceso transforma las
placas de caucho en largas láminas al pasar a través de dos cilindros que giran en dirección
opuesta y a diferentes velocidades.
ExtrusoresyCalandriasLas calandrias, que se utilizan para producir láminas y perfiles a partir de las planchas de caucho,
constan de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a través de los cuales se fuerzan las planchas
de caucho.
La calandria realiza las funciones siguientes:
formar, a partir de la mezcla de caucho, una lámina uniforme, de grosor y anchura definidos;
aplicar un recubrimiento fino de caucho sobre un tejido (“recubrimiento” o “nivelado”),
introducir el caucho en los intersticios del tejido mediante fricción (“friccionamiento”).
Las láminas de caucho que salen de la calandria se acondicionan en tambores con espaciadores
denominados “separadores”, que evitan que se adhieran entre sí. El extrusor produce piezas de
caucho en forma de tubo forzando su paso a través de una matriz del tamaño adecuado.
El extrusor consta de tolva, cilindro, émbolo y matriz, y para formar la parte hueca del interior del
tubo se utiliza un eje. Este se utiliza para moldear la sección larga y plana de la banda de rodadura
de los neumáticos.
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MontajedeloscomponentesymoldeoEl montaje de los neumáticos puede automatizarse en gran parte. La máquina de montaje de
neumáticos consta de un tambor rotatorio donde se montan los componentes y de mecanismos
que suministran al montador los componentes necesarios (talones, tejidos, flancos y bandas de
rodadura). Una vez montado, el neumático recibe a menudo el nombre de “neumático verde”.
Una vez montado, el neumático verde se rocía con un disolvente o un material soluble en agua
para evitar que se adhiera al molde de vulcanización.
VulcanizaciónLa vulcanización es generalmente irreversible, en este proceso los polímeros lineales paralelos
cercanos constituyen puentes de entrecruzamiento entre sí. El resultado final es un caucho más
estable, duro y resistente, sin perder por ello la elasticidad natural. También transforma la
superficie pegajosa del material en una superficie suave que no se adhiere al metal o a los
sustratos plásticos.
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Esquemáticamente, podría verse de la siguiente manera:
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Distintas sustancias como el negro de humo y Óxidos de Cinc y Plomo, y muchos productos
orgánicos, actúan de acelerantes de la vulcanización, dando además un caucho más tenaz y
duradero.
En el proceso de vulcanización el caucho pasa de ser un material termoplástico a ser uno
elastomérico. Las posibilidades de deformación son muy diferentes.
Una temperatura de vulcanización típica de un neumático es de 10 minutos a 170°C. Este tipo de vulcanización utiliza el denominado moldeo por compresión. El artículo de goma es forzado a adoptar la forma del molde.
InspecciónyacabadoDespués de la vulcanización y antes de que el neumático sea almacenado o expedido, se realizan las operaciones de acabado y de inspección. En la operación de acabado se recortan las rebabas de caucho del neumático procedentes de los orificios de ventilación del molde de vulcanización. Además, a veces es necesario pulir los sobrantes de caucho en los flancos o en las inscripciones del neumático. Una vez acabado, el neumático está listo para ser almacenado o expedido a su destino.
ElNEUMÁTICO Un neumático radial para vehículos actuales consta de diferentes componentes y diferente composición. Estos componentes varían según el tamaño y el tipo de neumático. Una de las composiciones informadas comercialmente para los neumáticos puede verse en el siguiente gráfico:
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Componentesdeunneumático
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Componentesysufunción
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Denominacióndelamedidadelosneumáticosmasutilizados
Diseñodeldibujodelabandaderodadura Los primeros neumáticos llevaban una banda de rodadura lisa y sin dibujo. Pero, cuanto más rápidos se volvieron los automóviles, más problemas supusieron para las características y seguridad de conducción. Actualmente sólo hay neumáticos sin dibujo en el automovilismo (‘’Slicks“); en las rutas públicas es obligatorio el uso de neumáticos con dibujo. El objetivo más importante del dibujo es la evacuación de agua, que se encuentra sobre la calzada mojada y que reduce el contacto de los neumáticos con el suelo. Además el dibujo asegura, en especial en neumáticos de invierno, la adherencia y el agarre al suelo. A altas velocidades o cuando hay una calzada mojada, se forma una cuña de agua entre el neumático y la calzada. Los neumáticos flotan (Aquaplaning) y el vehículo no puede ser controlado. Pero no solo es importante un neumático con suficiente profundidad de dibujo en situaciones extremas. A poca velocidad, el riesgo de un accidente aumenta con neumáticos desgastados, especialmente en mojado. El gráfico que se encuentra debajo, muestra lo importante que es la profundidad del dibujo: la distancia de frenada es casi el doble en un neumático desgastado (profundidad mínima legal de 1,6 mm) comparado con uno nuevo (profundidad aprox. 8 mm).
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Calculada con una velocidad inicial de 80 km/h con piso mojado. Con un mismo vehículo y distintos grados de desgaste de neumático hasta frenado completo.
Los neumáticos deben presentar dibujo en los canales principales de la banda de rodadura. La profundidad tiene que medirse en dichos canales, para lo que existen unos testigos de desgaste (TWI). Cuando la banda de rodamiento se desgasta hasta el nivel de dichas testigos de goma, el neumático deberá sustituirse.
En la mayoría de los países la profundidad mínima del dibujo está prescrita en 1,6 mm; es entonces el momento de cambiar los neumáticos.
USOS Actualmente se fabrican miles de artículos de caucho para usos muy diferentes. El caucho es ampliamente utilizado en la fabricación de neumáticos como hemos visto, pero también se utiliza en artículos impermeables y aislantes, correas para transmisión de potencia, manchones para absorber desalineaciones, sellos, O’Rings y otros materiales que deben tener excelentes propiedades de elasticidad y resistencia ante los ácidos y las sustancias alcalinas. Es repelente al agua, aislante de la temperatura y de la electricidad. Se disuelve con facilidad ante petróleos, bencenos y algunos hidrocarburos. Actualmente más de la mitad del caucho usado hoy en día es sintético, pero aún se producen varios millones de toneladas de caucho natural anualmente. Desde 1823 se utiliza el caucho como material para fabricar prendas de vestir, quizás sobre la base que este tipo de ropa se forma una "segunda piel". El caucho reciclado, calentado con álcali durante 12 o 30 horas, puede emplearse como adulterante del caucho crudo para rebajar el precio final del producto. La cantidad de
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caucho reciclado que se puede utilizar dependerá de la calidad del artículo que se quiera fabricar. Comparado con el caucho vulcanizado, el caucho no tratado tiene muy pocas aplicaciones. Se usa en cementos, cintas aislantes, cintas adhesivas y como aislante para mantas y zapatos. El caucho vulcanizado tiene otras muchas aplicaciones. Por su resistencia a la abrasión, el caucho blando se utiliza en los dibujos de los neumáticos de los automóviles y en las cintas transportadoras; el caucho duro se emplea para fabricar carcasas de equipos de bombeo y las tuberías utilizadas para perforaciones con lodos abrasivos. Por su flexibilidad, se utiliza frecuentemente para fabricar mangueras, neumáticos y rodillos para una amplia variedad de máquinas, desde los rodillos para escurrir la ropa hasta los instalados en las rotativas e imprentas. Por su elasticidad se usa en varios tipos de amortiguadores y mecanismos de las carcasas de máquinas para reducir las vibraciones. Al ser relativamente impermeable a los gases se emplea para fabricar mangueras de aire, globos y colchones. Su resistencia al agua y a la mayoría de los productos químicos líquidos se aprovecha para fabricar ropa impermeable, trajes de buceo, tubos para química y medicina, revestimientos de tanques de almacenamiento, máquinas procesadoras y vagones aljibes para trenes. Por su resistencia a la electricidad el caucho blando se utiliza en materiales aislantes, guantes protectores, zapatos y mantas. El coeficiente de rozamiento del caucho, alto en superficies secas y bajo en superficies húmedas.
