CAUCHO – TECNOLOGIA BASICA – I

 

 

CAUCHO – TECNOLOGIA EN IMAGENES

  

 

MANUAL BASICO DEL CAUCHO

  

 

El Manuel Básico del Caucho fue publicado inicialmente en el año 2000 en una web de la firma IBM, clausurada esta, su segunda versión se presentó en una web de la firma Windows el 2007 y, actualmente, ha sido traslada de manera automática a la presente web de WordPress.

 

Este último cambio mantiene aspectos gráficos interesantes, como es el color y el tamaño del texto, pero, lamentablemente, no permite aumentar el tamaño de las tablas e imágenes pulsando sobre ellas, hecho que puede resultar del máximo interés para quienes deseen analizar o profundizar en aspectos que le resulten fundamentales.

 

 Consecuentemente, la presente entrada resumida sólo pretende permitir agrandar al máximo el tamaño de las ilustraciones técnicas, facilitando su comprensión.

 

Capítulos

 

CAUCHOS, GOMAS Y ELASTÓMEROS

I – CRONICA DEL CAUCHO

II – ORIGEN, PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS

CAUCHOS, GOMAS Y ELASTÓMEROS

III – ELECCIÓN DE ELASTÓMEROS SEGÚN CARACTERÍSTICAS

IV.A – MEZCLADO DEL CAUCHO

IV.B – CALANDRADO DE LA GOMA

IV.C – MOLDEO DE LA GOMA

IV.D – EXTRUSION DE LA GOMA

IV.E – MANUFACTURAS DIVERSAS

 

 

CAUCHOS, GOMAS Y ELASTÓMEROS

Las piezas de caucho constituyen unos elementos imprescindibles en equipos y maquinaria, en la mayoría de las actividades industriales, de la construcción y en artículos de consumo duradero.

Las propiedades de los cauchos vulcanizados o elastómeros son extraordinarias y sorprendentes, el conocimiento tecnológico es de interés general y sus características son requisito imprescindible para los técnicos que diseñan e incorporan el caucho en sus proyectos.

 

 

I – CRONICA DEL CAUCHO

 

El caucho natural era conocido y utilizado desde tiempos precolombinos por los mayas y otros pueblos aborígenes de América, que extraían el látex de diversas plantas (árboles, lianas o hierbas) generalmente propias de la zona tropical y de las cuales la única que tiene importancia industrial es el árbol conocido como “hevea brasiliensis“.

Sin embargo el suministro del caucho, necesario para cubrir la demanda creciente, presentaba las dificultades propias de una explotación selvática.

La revolución industrial generalizó el uso del caucho y la idea de crear unas plantaciones tomo cuerpo real, así en 1876 se pudieron sacar de Brasil simientes de hevea, a pesar de la férrea vigilancia ejercida por el gobierno brasileño.

 

Las plantaciones fueron aumentando y las hay en Malasia, Indonesia, Tailandia, Sri Lanka, Vietnam, India, China, Liberia, Nigeria, Ghana, Zaire, Camerún, Costa de Marfil, etc., siendo Malasia e Indonesia los principales productores de caucho natural.

 

 

Los neumáticos del automóvil, aeronave o lanzadera espacial son muy probablemente las piezas que mejor reflejan la tecnología y las exigencias que se le solicitan al caucho. Exigencias que no pueden obtenerse con ningún otro material conocido y piezas que representan el mayor consumo en peso de caucho, tanto en el automóvil como en la industria en general.

 

Para la industria moderna el caucho se ha convertido en un elemento de vital trascendencia y consecuentemente, una materia prima imprescindible y estratégica para los países industrializados.

 

 

II – ORIGEN, PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS

CAUCHOS, GOMAS Y ELASTÓMEROS

La terminología técnica e industrial del sector es un tanto permisiva en lo concerniente a las palabras caucho, goma y elastómero, toda vez que las utiliza indistintamente, según el autor o el caso de que se trate, al punto que a menudo el entendimiento puede resultar difícil. El diccionario de la lengua española no ayuda, en absoluto, a concretar y clarificar conceptos.

Considerando las descripciones verbales y escritas de los expertos del país, hemos adoptado como válidas las siguientes definiciones técnicas y las clarificamos como:

CAUCHO: Polímero de origen natural o sintético, de composición química orgánica o inorgánica según que contenga o no carbono en la cadena principal, casos del poliisopreno en el caucho natural o de la silicona, y que mediante el proceso de vulcanización pueden conseguir una gran elasticidad y elevada resistencia, al unir las cadenas moleculares entre sí formando un retículo.

 

 

GOMA: Mezcla de caucho con diversos ingredientes capaces de mejorar sus características mecánicas y/o su precio de coste, además del agente vulcanizante inexcusable, que puede ser azufre, peróxido u otros tipos de reticulantes especiales.

 

 

Vulcanización: Tratamiento al cual se somete a la goma para mejorar sus propiedades, se efectúa añadiéndole azufre u otro agente reticulante y sometiendo la mezcla a temperatura, normalmente superior a 150 ºC.

 

Confiere al caucho la insolubilidad en disolventes orgánicos, una gran resistencia a la tracción y a la abrasión, manteniendo su elasticidad con independencia de la temperatura.

ELASTÓMERO: Polímero vulcanizado que es capaz de recuperar su forma inicial después de haber experimentado deformaciones considerables bajo la acción de fuerzas externas y de temperaturas de trabajo elevadas, sea por el grado de calor o de frío. El primer polímero elastomérico o vulcanizable fue el caucho natural y a partir del inicio del siglo XX se empezaron a utilizar los cauchos sintéticos.

En el caso de algunos plásticos que ofrecen un cierto grado de elasticidad, su denominación correcta debe ser de “termoplásticos elásticos” o bien de “cauchos termoplásticos“, si bien esta última es menos afortunada, toda vez que no se trata de cauchos o polímeros susceptibles de vulcanización.

Presentar detalladamente a los diversos tipos de caucho más usuales en el mercado de manera simple y fácilmente comprensible aconseja utilizar tablas.

CAUCHOS NATURAL Y SINTÉTICOS DE ALTO CONSUMO

Utilizados principalmente para la fabricación de neumáticos, tanto el caucho natural NR como el sintético SBR son usados en la fabricación de todo tipo de artículos industriales. Su coste relativo es económico.

NR   = NATURAL

IR     = POLIISOPRENO SINTETICO

SBR = BUTADIENO – ESTIRENO

BR   = POLIBUTADIENO

 

 

 

CAUCHOS SINTÉTICOS DE CONSUMO MEDIO

Los cauchos sintéticos se presentan y consolidan en el mercado por el hecho de disponer de unas propiedades idóneas para ciertas aplicaciones industriales, en función de lo cual su consumo resulta finalmente más o menos importante.

CR      = POLICLOROPRENO (Neopreno)

NBR    = BUTADIENO – ACRILONITRILO

IIR       = BUTILICOS

EPDM = ETILENO PROPILENO (+Dieno)

 

 

 

CAUCHOS SINTÉTICOS DE CONSUMO BAJO O ESPECIAL

Las singulares propiedades de algunos cauchos sintéticos los hacen casi imprescindibles para aplicaciones industriales con elevados requisitos o muy particulares condicionantes.

ACM = ACRILICOS

BIIR y CIIR = BUTILICOS HALOGENADOS

ECO  = EPICLORHIDRINA

EAM  = ETILENO ACETATO DE VINILO – EVA

FKM  = FLUOROCARBONADO (Viton®)

HNBR = NITRILICOS HIDROGENADOS

CM    = POLIETILENO CLORADO

CSM = POLIETILENO – CLOROSULFONADO (Hypalon®)

TR     = POLISULFURO (Thiokol®)

AU o EU = POLIURETANO (Vulkollan®)

VMQ  = SILICONA

 

 

 

 

 

 

Continua . . . . .

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CAUCHO – TECNOLOGIA BASICA – II

 

 

CAUCHO – TECNOLOGIA EN IMAGENES

  

MANUAL BASICO DEL CAUCHO

 

 

Capítulos

 

CAUCHOS, GOMAS Y ELASTÓMEROS

I – CRONICA DEL CAUCHO

II – ORIGEN, PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS

CAUCHOS, GOMAS Y ELASTÓMEROS

III – ELECCIÓN DE ELASTÓMEROS SEGÚN CARACTERÍSTICAS

IV.A – MEZCLADO DEL CAUCHO

IV.B – CALANDRADO DE LA GOMA

IV.C – MOLDEO DE LA GOMA

IV.D – EXTRUSION DE LA GOMA

IV.E – MANUFACTURAS DIVERSAS

 

 

III – ELECCIÓN DE ELASTÓMEROS SEGÚN CARACTERÍSTICAS

La elaboración o producción de artículos de caucho es muy variada y las hemos resumido según los métodos más tradicionales, o sea: mezclado, calandrado, moldeo, extrusión y manufacturas diversas.

Las tablas CX-21 y 22 del Manual presentan las cualidades teóricas comparadas entre los diversos cauchos vulcanizados o elastómeros, siendo una excelente tabla de trabajo para la elección del tipo de caucho idóneo en cada necesidad.

 

ENSAYOS DE LA GOMA Y DEL ELASTOMERO

Los ensayos de laboratorio concernientes al caucho pueden ser tan amplios como lo requieran los requisitos del artículo a fabricar y teniendo en cuenta que las mezclas de caucho o goma pueden ser prácticamente infinitas, en función de la clase y proporción de sus ingredientes, lo cual incide de forma más o menos trascendente en las propiedades del elastómero.

 

 

 

 

NORMALIZACION Y REGISTRO DE LOS ELASTOMEROS

La normalización y registro de los elastómeros más usuales del mercado, en función de sus características técnicas o propiedades probadas, permitiría publicar un registro o compendio de información técnica de gran utilidad para la industria en general.

La normalización y el registro de elastómeros deberían proporcionar al interesado:

  1. Códigos y requisitos normalizados de los elastómeros más utilizados, según norma UNE 53-535, y de interés para la industria en general.
  2. Características de las gomas o mezclas de caucho correspondientes, en función del proceso de conformado y vulcanización previstos, que debe ser considerada por el fabricante de artículos de caucho.
  3. Información de los cauchos base de dichas gomas y elastómeros, que es necesaria, tanto para el cliente industrial como para el fabricante de artículos de caucho.

PROPOSITO FUNDAMENTAL DEL REGISTRO

El registro debería indica el conjunto de propiedades fundamentales de los elastómeros; de los de consumo comercial más usual y/o de los más apropiados para las aplicaciones técnicas industriales más características.

Propiedades, de los elastómeros que figuren en el registro, que deberían ser verificadas y ratificadas por alguna entidad independiente y especializada, sobremanera, cuando se trate de requisitos con altas exigencias. Confirmándose dicho control en el propio registro.

CODIFICACION BASICA DE LOS ELASTOMEROS

La codificación de los elastómeros se describe ampliamente en la norma UNE 53-535-94, adaptación española de la estadounidense ASTM D2000, que debería formar parte de la biblioteca de toda oficina industrial que utilice artículos de caucho.

1 – Codificación de los requisitos básicos de un elastómero

De la norma UNE 53-535-94 indicamos seguidamente su metodología para codificar los requisitos básicos de un elastómero.

1.1 – Los materiales de caucho se codifican como TIPO (resistencia al calor) y CLASE (resistencia a aceites). TIPO y CLASE se indican mediante letras asignadas de acuerdo con las tablas 1 y 2.

1.2 – TIPO se basa en que después del envejecimiento por calor durante 70 horas a la temperatura de ensayo correspondiente, los cambios de:

  • RT (resistencia a la tracción): No sea superior a + 30%.
  • AR (alargamiento a la rotura): No sea superior a -50%.
  • Dureza: No sea superior a +15 unidades.

1.3CLASE se basa en que el hinchamiento del material en aceite nº 3 después de estar sumergido 70 horas a la temperatura correspondiente al TIPO, hasta un valor máximo de 150 ºC.

TABLAS I y II

 

TABLA III

 

COLOR DEL ELASTOMERO

Los valores de las tablas de materiales de la norma UNE 53-535 están basados en gomas negras y puede ocurrir que no sean valores idénticos en las gomas de otro color. Excepto los cauchos de silicona, MVQ, etc.

EJEMPLOS DE CODIFICACION

Ejemplos de codificación alfanumérica o especificación en UNE 53-535:

 

 

 

 

 

La norma UNE 53-535-94, adaptación española de la estadounidense ASTM D2000, indica que todos los elastómeros pueden ser clasificados en función de sus particulares características técnicas o requisitos que pueden cumplir.

 

 

IV.A – MEZCLADO DEL CAUCHO

El mezclado de los cauchos, con los ingredientes previstos para la fórmula a desarrollar, descritos en el Manual, y que constituirán la goma necesaria para la fabricación de cualquier artículo o pieza de caucho, es un proceso común e imprescindible para todas las industrias del sector caucho.

 

La máquina más antigua y característica que se conoce para el mezclado del caucho o elaboración de las gomas, denominada el mezclador de cilindros. Máquina que, además de su función de mezclador, resulta casi imprescindible para convertir, al final de cualquier proceso, la masa multiforme que es la goma en láminas o tiras enrollables.

 

 

 

 

A principios del siglo XX se produjo un nuevo progreso en la tecnología del mezclado con el invento de Fernley N. Banbury, patente de 1916, quien aplicó a una amasadora de harina, o de tipo similar, un pistón neumático que presionaba la mezcla introducida en el interior de la cámara de la máquina.

 

 

 

 

A mediados del siglo XX asistimos aun nuevo avance en la tecnología del mezclado, a cargo de Francis Shaw, patente de 1946, y concretamente en lo concerniente a los mezcladores internos, que, a diferencia de los ya conocidos y cuyos rotores giran en sentido contrario con diferente velocidad, pero sin rozarse, los nuevos rotores Shaw engranan o penetran uno dentro del otro y producen una plastificación y mezclado del caucho mucho más rápida.

Mezclador interno y dosificadores

 

Sala de mando

 

 

IV.B – CALANDRADO DE LA GOMA

El calandrado de la goma podría compararse a un tren siderúrgico para la laminación de chapas, puesto que la calandra cuenta con varios rodillos y eso le permite actuar de forma progresiva sobre la materia a laminar, transformándola en una banda continua de grosor uniforme y superficie lisa.

El primer par de rodillos cumple la misión básica de transformar la masa multiforme de caucho en lámina relativamente gruesa y rugosa, los rodillos siguientes van laminando y adelgazando el espesor de la banda.

Laminar es la función principal de una calandra, pero laminar sin oclusión de burbujas de aire o gas es una función implícita, particularmente en la industria del caucho, toda vez que al tener posteriormente que vulcanizar, a temperaturas de 150ºC o superiores, las hinchazones podrían aparecer e incluso convertirse en agujeros.

Vulcanizador continuo de bandas

Prensa de vulcanización discontinua

Las aplicaciones características de las bandas calandradas hemos visto que suelen ser cintas transportadoras o, en multitud de aplicaciones de manufactura, como son los neumáticos, las membranas, correas trapeciales, etc., en todos los cuales se precisa de un refuerzo interior con hilo textil o metálico, refuerzos que deben ser incorporados en el interior de la banda con un procedimiento que se denomina engomado o encauchado.

 

 

IV.C – MOLDEO DE LA GOMA

Todo el mundo tiene una idea concreta de como se obtienen objetos mediante la utilización de un molde o, puede que mayormente esa idea se base, en la utilización de un medio molde i la colaboración de una mesa o del propio suelo, en el caso de la arena de una playa.

 

Considerando la pieza habrá que ver en que punto colocar el plano de partición de dos medios moldes, e incluso puede que se precisen tres partes, donde debería situarse la entrada del material, puntos para la evacuación de los gases, forma y apoyos donde soportar los noyos que consiguen los vaciados complementarios, etc., así como la contracción del material, que debe preverse siempre en el moldeo, toda vez que la goma pasará de más de 150º a la temperatura ambiente.

 

 

 

En general, y sobremanera en piezas de formas complejas, la colaboración previa y asesoramiento de un experto fabricante de piezas de caucho resulta siempre muy aconsejable, para garantizar el éxito en todos sus aspectos.

METODOS DE CONFORMADO Y VULCANIZADO POR MOLDEO

Los métodos de conformado y vulcanizado de las piezas de caucho mediante moldeo son básicamente dos: 1) con prensas de moldeo por compresión de la goma, colocada manualmente en el molde, y 2) con prensas de moldeo por inyección de la goma en el molde, goma que alimenta la inyectora automáticamente mediante bandas o gránulos.

 

 

Prensa de compresión

[Siempre se tratará de prensas, generalmente hidráulicas, en el caso del moldeo por compresión justamente para comprimir la goma y el caso del moldeo por inyección para evitar que la presión interior abra el molde.

Prensa de inyección ATMA 2000

Los dos métodos de moldeo, compresión e inyección, coexisten perfectamente y existe una clara tendencia a fabricar por inyección las grandes series, mayormente destinadas al sector de la automoción y electrodomésticos.

 

 

IV.D – EXTRUSION DE LA GOMA

Calentar la goma por extrusión para aumentar su grado de plasticidad es un procedimiento usual, debido a que el caucho es un mal transmisor del calor y resultan poco eficaces los medios ordinarios de calefacción.

 

 

 

El término extrusión se define como la acción y efecto de extrudir, y que consiste en dar forma a un material plastificado, haciéndolo pasar mediante presión a través de un orificio o matriz.

 

 

La extrusión se aplica pues en la obtención de perfiles diversos o tubos y también para precalentar y plastificar la goma mediante su acción mecánica, en máquinas de moldeo por inyección, en equipos para recubrir rodillos, etc.

 

La extrusora moderna está basada en un tornillo de Arquímedes evolucionado y que ha sido constantemente perfeccionado, adecuándolo a las necesidades de las diversas aplicaciones industriales y materiales a elaborar.

 

 

 

La vulcanización, en la fabricación actual de tubos y perfiles de caucho, conocidas ya las características de las extrusoras con desgasificación, se realiza a unos 200ºC y mediante baños de sales fundidas, túneles de micro ondas (si no hay partes metálicas), túneles de aire caliente, túneles de infrarrojos, etc., según el método que haya adoptado cada fabricante de artículos de caucho.

 

 

IV.E – MANUFACTURAS DIVERSAS

Tras describir las técnicas básicas para la fabricación de artículos o piezas de caucho, debe hacerse notar que difícilmente se da el caso de una industria del sector que base sus conocimientos y actividades en una sola de tales técnicas, toda vez que casi siempre precisará dominar y aplicar varias o buena parte de todas ellas, pero sí podrá admitirse que su especialidad consiste mayormente en el desarrollo de una técnica fundamental concreta.

Clasificamos como manufactura del caucho a la especialidad que utiliza varias técnicas de fabricación de las fundamentales o añade otras muy diversas.

El presente capítulo, relativo a Manufactura, resultaría inacabable si tratáramos de exponer las muy diversas formas de fabricar productos concretos que se presentan en el mercado y que son utilizados por un gran número de industrias. En consecuencia exponemos algunos ejemplos y trataremos del caso principal que es el neumático.

 

Tubo con refuerzo para alta presión

 

Piezas de caucho y metal

 

Correas de transmisión

 

Manguitos elásticos

 

Rodillos recubiertos de caucho

 

 

 

 

 

 

 

Martín Ferré

 

Barcelona, 15 de agosto del 2011