Cómo una máquina amasadora de caucho incorpora aceites y plastificantes al compuesto

En el mundo del procesamiento de polímeros, lograr un compuesto de caucho homogéneo y de alta calidad es a la vez una ciencia y un arte. Un elemento central de este proceso es la incorporación estratégica de aditivos, en particular aceites y plastificantes, que alteran drásticamente la trabajabilidad, la flexibilidad, la durabilidad y el costo del compuesto. En el corazón de esta etapa crucial de mezcla se encuentra a menudo una máquina robusta y especializada: el amasadora de goma , también conocido como mezclador interno o mezclador Banbury®.

Comprensión de los componentes clave: aceites y plastificantes

Antes de profundizar en la máquina, es fundamental entender qué se está incorporando.

• Aceites de proceso (a base de petróleo, vegetales): Se utiliza principalmente para suavizar el polímero base, reducir la viscosidad para facilitar el procesamiento, extender el volumen (reduciendo el costo) y ayudar en la dispersión de rellenos como negro de humo o sílice.
• Plastificantes (Ftalatos, Adipatos, etc.): Tiene una función similar a la de los aceites, pero a menudo se elige específicamente para mejorar la flexibilidad a bajas temperaturas, mejorar propiedades elásticas específicas o reducir la temperatura de transición vítrea (Tg).

Ambos son típicamente líquidos de baja viscosidad que deben transformarse de una fase macroscópica separada a una mezcla íntima microscópicamente dispersa con polímeros de caucho sólidos y cargas en polvo.

La anatomía de una amasadora de goma

Una amasadora de goma es una cámara de mezcla cerrada de alto cizallamiento. Sus componentes clave relevantes para la incorporación de líquidos son:

1. Cámara de mezcla: Una carcasa resistente y revestida que se puede calentar o enfriar.
2. Palas del rotor: Dos rotores contrarrotativos que no se entrelazan con diseños complejos en forma de alas. Estos son el corazón de la máquina y generan el flujo de corte y alargamiento necesario.
3. Peso Ram o Flotante: Un pistón operado hidráulicamente que sella la cámara desde arriba, aplicando presión (normalmente de 3 a 7 bar) al lote.
4. Puerta abatible: Ubicado en el fondo de la cámara para descargar el compuesto mezclado.

El proceso de incorporación paso a paso

La incorporación de aceites y plastificantes no es un simple paso de vertido; es una secuencia cuidadosamente orquestada de eventos mecánicos y térmicos.

Fase 1: Masticación y compromiso del polímero

El ciclo comienza con la adición del caucho base (natural o sintético). Los rotores, al girar a diferentes velocidades, agarran, rasgan y deforman las balas de caucho. esto masticación rompe las cadenas de polímeros temporalmente, reduciendo el peso molecular y aumentando la temperatura del caucho a través de la fricción interna (generación de calor viscoso). Este calentamiento es fundamental, ya que reduce la viscosidad del caucho, haciéndolo más receptivo a aceptar aditivos.

Fase 2: La Adición Estratégica de Líquidos

El tiempo lo es todo. Añadir grandes volúmenes de aceite desde el principio puede resultar perjudicial. La mejor práctica estándar es:

• Suma dividida: Se agrega una porción (a menudo de 1/3 a 1/2) del líquido total. después de masticar el caucho pero antes de los rellenos principales (negro de carbón/sílice) . Este “aceite base” suaviza aún más el caucho, creando una masa pegajosa y adhesiva que humedecerá e incorporará más eficientemente los rellenos en polvo futuros.
• El peligro del “resbalón”: Agregar aceite demasiado pronto o en exceso antes de los rellenos puede causar "deslizamiento", una condición en la que el efecto lubricante del aceite impide que se transmita la tensión de corte adecuada al caucho. El compuesto se desliza sobre los rotores en lugar de cortarse, lo que provoca una dispersión deficiente y tiempos de mezcla prolongados.

Fase 3: Incorporación de relleno y el papel crítico del corte

Ahora se añaden las cargas en polvo. El diseño de los rotores crea un patrón de flujo complejo dentro de la cámara:

• Acción de corte: El compuesto de caucho es empujado a través del estrecho espacio entre la punta del rotor y la pared de la cámara, sometiéndolo a intensos tensión cortante . Esto unta el compuesto capa por capa.
• Plegado y División (Amasado): Las alas del rotor también empujan el compuesto de un extremo de la cámara al otro, doblándolo constantemente sobre sí mismo: la acción literal de "amasar".

En este ambiente de alto cizallamiento, el aceite previamente agregado, ahora calentado por el compuesto, actúa como un medio de transporte . Ayuda al caucho a encapsular aglomerados de relleno individuales. Luego, las fuerzas de corte rompen estos aglomerados, distribuyendo las partículas de relleno y recubriéndolas con una fina capa de matriz de aceite y caucho.

Fase 4: Adición y dispersión final de aceite

A menudo se añade el resto del aceite o plastificante. después de que los rellenos se hayan incorporado en su mayor parte . En esta etapa, la temperatura del compuesto es alta (a menudo 120-160°C) y la mezcla es una masa coherente. La adición de líquido ahora está más controlada.

• La presión del ariete garantiza que el líquido entre en el lote y no simplemente se rocíe sobre las paredes de la cámara.
• La acción continua de amasado. bombas mecánicas el líquido en los poros microscópicos y espacios dentro del compuesto. Los líquidos migran al compuesto a través de dos mecanismos principales:
  1. Acción capilar: Dibujado en pequeños espacios entre cadenas de polímeros y grupos de relleno.
  2. Difusión inducida por cizallamiento: La mezcla macroscópica realizada por los rotores crea superficies siempre nuevas, exponiendo el compuesto seco al líquido, lo que obliga a entremezclarse a un nivel microscópico.

Fase 5: Homogeneización final y control de temperatura.

Los minutos finales del ciclo de mezcla son para la homogeneización. La presión del ariete garantiza el acoplamiento total de la cámara, mientras que el plegado y el corte constantes eliminan cualquier gradiente de concentración local de aceite. A lo largo de todo el proceso, el cámara encamisada Hace circular refrigerante para gestionar el calor exotérmico de la mezcla. El control preciso de la temperatura es vital; demasiado caliente y la goma puede quemarse (vulcanización prematura); demasiado frío y no se logrará la reducción de viscosidad necesaria para una buena dispersión.

Por qué una amasadora sobresale en esta tarea

El diseño del mezclador interno es especialmente adecuado para este exigente trabajo:

• Alta intensidad: Proporciona una enorme energía de corte y deformación en poco tiempo, descomponiendo eficientemente los aglomerados.
• Ambiente contenido: La cámara sellada bajo presión de ariete evita la pérdida de componentes volátiles, controla la contaminación y permite mezclar a temperaturas elevadas de forma segura.
• Eficiencia: Puede manejar lotes grandes (desde litros hasta cientos de kilogramos) con mucha menos energía y tiempo que los molinos abiertos para obtener una calidad equivalente.

Consideraciones prácticas para una incorporación óptima

Los operadores y mezcladores deben equilibrar varios factores:

• Orden de adición: Como se describió, una adición dividida es estándar para lograr un equilibrio óptimo entre la calidad de la dispersión y el tiempo de mezcla.
• Velocidad del rotor y presión del ariete: Las velocidades más altas aumentan el cizallamiento y la temperatura más rápidamente. La presión óptima garantiza un buen contacto sin sobrecargar el motor.
• Viscosidad y química del aceite: Los aceites más ligeros se incorporan más rápido pero pueden ser más volátiles. La compatibilidad (parámetro de solubilidad) del plastificante con el polímero base es fundamental.
• Tamaño de lote (factor de llenado): La cámara debe cargarse correctamente (normalmente entre un 65 y un 75 % de su capacidad). El llenado insuficiente produce un corte insuficiente; el llenado excesivo impide el plegado adecuado y da como resultado una mezcla desigual.

Conclusión

La incorporación de aceites y plastificantes mediante un amasadora de goma machine Es un proceso dinámico y termomecánico que va mucho más allá de la simple agitación. Es una secuencia diseñada con precisión de masticación, timed addition, shear-driven dispersion, and thermal management. Los potentes rotores y la cámara sellada de la máquina trabajan en conjunto para superar el inmenso desafío de mezclar líquidos de baja viscosidad en una matriz de caucho no newtoniano de alta viscosidad. Al comprender la física del corte, la importancia de la secuencia de adición y el papel crítico de la temperatura, los mezcladores pueden aprovechar las capacidades de la amasadora para producir compuestos de caucho consistentes y de alto rendimiento donde cada gota de aceite y plastificante se aprovecha de manera efectiva y uniforme para satisfacer las exigentes demandas del producto final. Este profundo conocimiento garantiza la eficiencia, la calidad y la innovación en el vasto mundo de la fabricación del caucho.