En un compuesto típico de la banda de rodadura de un neumático, el polímero de caucho constituye sólo alrededor del 47 por ciento del peso total. El resto llega al mezclador en forma de negro de carbón, aceite de proceso, óxido de zinc, azufre, aceleradores y antidegradantes. Esa única proporción es la forma más rápida de responder a la pregunta de de qué está hecho el caucho, porque el material que la gente realmente corta, moldea y vende no es una sola sustancia. Es un polímero más un paquete de química cuidadosamente pesado.
30-40% Contenido de hidrocarburos del caucho en látex fresco de campo.
100 por hora El peso de referencia fijo sobre el que se basa cada receta
1,5-2,5 por hora Azufre en un sistema de curado convencional
La respuesta corta: una columna vertebral de polímero más un paquete de compuestos
El caucho está hecho de un polímero de cadena larga combinado con rellenos, aceites, curativos y productos químicos protectores. El polímero en sí es cis-1,4-poliisopreno extraído del árbol Hevea brasiliensis o una cadena sintética construida en un reactor a partir de monómeros recuperados del petróleo y el gas natural. Todo lo demás en la receta existe para hacer que esa cadena sea procesable, duradera y predecible en servicio.
El caucho es una red de polímeros elásticos en lugar de una sola sustancia. Su comportamiento gomoso proviene de los enlaces cruzados que unen largas cadenas de polímeros entre sí; sin esos enlaces cruzados, las mismas cadenas se ablandan y fluyen cuando se calientan.
El isopreno, el monómero de cinco carbonos detrás del caucho natural, es una molécula pequeña. La polimerización une miles de esas unidades de principio a fin formando una cadena cuyo peso molecular puede alcanzar varios cientos de miles de gramos por mol. Esa longitud es la que permite que el material se estire varias veces su longitud original y se recupere, siempre que las cadenas estén ancladas entre sí.
Un polímero en bruto por sí solo es casi inútil en una línea de producción. El caucho natural no vulcanizado es pegajoso en climas cálidos y quebradizo en climas fríos, y pierde fuerza rápidamente por encima de los 60 grados centígrados. El paquete de compuestos soluciona esas debilidades, razón por la cual casi todas las especificaciones que leerá describen un compuesto, no un polímero.
Caucho natural: lo que sale del árbol
El caucho natural está hecho de látex de campo, una suspensión lechosa que contiene aproximadamente entre un 30 y un 40 por ciento de poliisopreno, entre un 55 y un 65 por ciento de agua y una pequeña pero importante fracción de proteínas, lípidos, azúcares y sales minerales. La fracción sin caucho es pequeña en peso, pero influye en el comportamiento de curación, el olor, el envejecimiento y el riesgo de alergia.
| Componente | acción típica | Por qué es importante |
| cis-1,4-poliisopreno | 30 a 40 por ciento | La columna vertebral elástica del material. |
| agua | 55 a 65 por ciento | Fase portadora, eliminada durante la coagulación y el secado. |
| Proteínas | 1 a 2 por ciento | Estabiliza el látex en el árbol y causa alergia al látex tipo I en las personas |
| Lípidos y resinas | 1 a 2 por ciento | Actúan como antioxidantes naturales e influyen en el curado. |
| carbohidratos | Alrededor del 1 por ciento | Se alimentan de bacterias, por eso se añade amoniaco u otro conservante. |
| Cenizas y sales minerales. | Menos del 1 por ciento | Permanecen como residuos y se informan como contenido de cenizas en la hoja de datos. |
La cosecha comienza cuando el árbol tiene entre cinco y siete años. Un siringuero corta una fina espiral de corteza, el látex corre hacia una taza y el líquido se conserva con amoníaco para su envío. En la fábrica, el látex se coagula con ácido fórmico y luego se procesa en una de tres formas comerciales: láminas sin ahumar, láminas ahumadas con nervaduras o caucho granulado vendido en grados técnicamente especificados.
Los nombres de los grados contienen información de composición. Marcas como SVR 10, SIR 20 o SMR 20 se refieren al contenido máximo de suciedad permitido en partes por cien, por lo que una goma de grado 20 tiene aproximadamente el doble de contaminación que un material de grado 10.
Para una comparación más profunda de las dos rutas de polímeros, el desglose de Látex natural y polímeros sintéticos. Vale la pena leerlo junto con las especificaciones de la materia prima que recibe de su proveedor.
Caucho sintético: lo que sale de la refinería
El caucho sintético se fabrica a partir de monómeros recuperados del petróleo y del gas natural y luego se polimeriza en un reactor en condiciones controladas de temperatura, presión y catalizador. Debido a que las proporciones de monómeros se pueden ajustar dentro de márgenes ajustados, el polímero resultante es mucho más consistente lote a lote que el caucho de plantación.
| familia | Monómeros iniciales | Propiedad destacada | Piezas típicas |
| SBR | Estireno y butadieno | Agarre en mojado y resistencia a la abrasión | Bandas de rodadura de neumáticos, suelas de zapatos |
| BR | butadieno | Flexibilidad a baja temperatura | Paredes laterales, cubiertas de correas |
| EPDM | Etileno, propileno y un dieno como ENB. | Resistencia al ozono y a la intemperie. | Techos, tapetes para exteriores, mangueras. |
| NBR | Acrilonitrilo y butadieno | Resistencia al aceite y al combustible | Juntas, mangueras de combustible, sellos |
| CR | cloropreno | Resistencia a las llamas y estabilidad a la intemperie. | Cinturones, cubiertas de cables |
| IIR | Isobutileno con un pequeño porcentaje de isopreno | Muy baja permeabilidad al aire. | Cámaras de aire, vejigas curativas |
| Silicona | Polidimetilsiloxano | Amplio rango de temperatura de servicio | Sellos, piezas en contacto con alimentos |
El caucho de butilo contiene sólo entre un 1 y un 2 por ciento en peso de isopreno. Esa pequeña fracción de unidades insaturadas es lo que permite que una cadena que de otro modo sería inerte se vulcanice.
El sistema de denominación ISO 1629 agrupa estos materiales por la estructura de su columna vertebral. Los grados con un sufijo R, como NR, SBR, BR, NBR y CR, tienen cadenas de carbono insaturadas y curan fácilmente con azufre. Los grados con sufijo M, incluidos EPDM y silicona, tienen cadenas saturadas y normalmente necesitan peróxido, resina o un sistema de curado similar.
Qué más incluye: la receta compuesta
Por cada 100 partes de caucho, un compuesto de uso general generalmente contiene de 40 a 60 phr de negro de humo, de 5 a 30 phr de aceite de proceso, de 3 a 5 phr de óxido de zinc, de 1 a 2 phr de ácido esteárico, de 1,5 a 2,5 phr de azufre, de 0,8 a 2 phr de acelerador y de 1 a 3 phr de antidegradante. Esas cifras son el rango de trabajo para un compuesto curado con azufre convencional y cambian considerablemente una vez que la resistencia al calor, la resistencia al aceite o la baja deformación por compresión entran en las especificaciones.
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El negro de humo rara vez tiene menos de 40 phr en un producto de caucho mecánico. Córtelo por debajo de ese nivel y la resistencia a la tracción y al desgarro disminuirán rápidamente, aunque el compuesto se vuelve más fácil de procesar y más barato de mezclar.
Las familias de ingredientes se dividen en cinco grupos funcionales:
- Las cargas, principalmente negro de carbón y sílice precipitada, añaden resistencia, dureza y resistencia a la abrasión.
- Los plastificantes y aceites de proceso suavizan la mezcla, mejoran el flujo y reducen la temperatura de mezcla.
- Activadores como el óxido de zinc y el ácido esteárico convierten el acelerador en su forma activa.
- Los curativos, azufre o peróxido, crean los enlaces cruzados que hacen que el caucho sea elástico.
- Los antidegradantes, incluidas las aminas, los fenoles y las ceras, ralentizan el envejecimiento del oxígeno, el ozono y el calor.
Del polímero al producto: cuatro pasos de procesamiento
Convertir esos ingredientes en una pieza utilizable sigue cuatro pasos y la composición cambia en cada uno de ellos. Un error de pesaje de unos pocos gramos en un lote de 50 kilogramos es suficiente para variar la dureza en varios puntos en la escala IRHD.
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Los ingredientes se pesan según la receta phr y se embolsan. Las balas de polímero se cortan, se calientan y, a menudo, se premastican para que la viscosidad Mooney esté dentro del rango adecuado antes de que entren los rellenos.
Mezclando
Un mezclador interno o un molino abierto incorpora negro de humo y aceite al polímero. La temperatura de descarga es el punto de control crítico, ya que una mezcla que se descarga demasiado caliente se quemará o curará parcialmente en la mezcladora.
Dar forma
El calandrado produce láminas de calibre controlado, la extrusión forma perfiles y mangueras, y el moldeo por compresión o inyección llena una cavidad. El compuesto sigue siendo termoplástico en esta etapa y se puede reelaborar.
Vulcanización
El calor activa el sistema de curado y bloquea la forma permanentemente. Una pieza gruesa puede permanecer en una prensa durante 20 minutos a entre 150 y 160 grados Celsius, mientras que un perfil extruido delgado puede curarse continuamente.
El azufre por sí solo puede tardar horas en curar una sección pesada. Los aceleradores lo acortan a minutos, razón por la cual casi ningún compuesto comercial se cura solo con azufre.
Cómo aparece la composición en una hoja de datos
Una hoja de datos del caucho informa la identidad del polímero, las proporciones de monómeros, los límites de contaminación y el comportamiento de procesamiento, lo que convierte la química invisible en números que se pueden comparar. Leer esos números en la aplicación es la forma más rápida de detectar una discrepancia antes de que el material llegue a la línea.
- El contenido de acrilonitrilo en NBR varía desde aproximadamente el 18 por ciento para baja resistencia al aceite hasta el 42 por ciento para contacto severo con el combustible.
- El estireno unido en SBR suele ser de alrededor del 23,5 por ciento en el grado de emulsión estándar, y una mayor cantidad de estireno aumenta el agarre en mojado y la acumulación de calor.
- La proporción de etileno y propileno más el contenido de ENB definen cómo cura un EPDM y qué tan bien tolera el ozono.
- La viscosidad Mooney ML(1 4) a 100 grados Celsius suele estar entre 40 y 80 para un compuesto mixto.
- El contenido de cenizas, materias volátiles y suciedad marca el límite en la selección del grado de caucho natural.
Dos proveedores pueden cotizar el mismo nombre de grado y entregar material diferente. La variación entre lotes en el caucho natural es una realidad en las plantaciones, mientras que los grados sintéticos se mantienen dentro de márgenes de especificaciones ajustados.
caucho natural
- Fuente: látex de los árboles de Hevea.
- Muy alta resistencia a la tracción y al desgarro.
- Excelente flexibilidad a bajas temperaturas
- Mala resistencia al aceite y al combustible.
- El precio se mueve con el clima y los ciclos de siembra.
caucho sintético
- Fuente: monómeros de refinería.
- Propiedades ajustadas por proporción de monómero
- Resistencia al aceite, al calor y al ozono disponible
- Consistente de un lote a otro
- Precio ligado a los costos de materia prima y energía.
Cuando las especificaciones son más importantes, los datos del compuesto deben compararse con la pieza terminada, no solo con el polímero. El mismo razonamiento se aplica en todos productos de caucho industriales , desde láminas y esteras hasta cubiertas de mangueras y compuestos para correas.
Caucho recuperado: composición después de una segunda vida
El caucho recuperado se fabrica a partir de desechos molidos, en su mayoría neumáticos al final de su vida útil, que se desvulcanizan y refinan hasta obtener una lámina procesable. El material todavía contiene hidrocarburos de caucho, pero también contiene negro de humo, aceite, cenizas y residuos de curado que se encontraban en el compuesto original.
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La recuperación normalmente se carga de 5 a 20 phr en un compuesto técnico. Por encima de ese nivel, la resistencia a la tracción y la deformación por compresión se degradan notablemente, aunque la velocidad de curado a menudo aumenta.
Agregar recuperación reduce el costo de la materia prima y evita que la chatarra termine en los vertederos, razón por la cual aparece regularmente en tapetes, calzos para ruedas y otros bienes no críticos. No es adecuado para sellos dinámicos o aplicaciones de alta temperatura donde el ajuste de compresión constante importa más que el precio.
Preguntas frecuentes
¿El caucho está hecho de petróleo?
En parte. El caucho sintético se fabrica a partir de monómeros como el butadieno, el estireno y el isopreno que provienen del petróleo y el gas natural. El caucho natural no lo es, ya que proviene del látex del árbol Hevea brasiliensis. La mayoría de los productos de caucho industriales utilizan uno u otro, y muchos utilizan ambos en un solo compuesto.
¿Cuál es la diferencia entre caucho natural y sintético a nivel molecular?
El caucho natural es cis-1,4-poliisopreno casi puro, una cadena regular que cristaliza bajo tensión y proporciona una resistencia muy alta. Los grados sintéticos se construyen a partir de dos o más monómeros, por lo que la cadena lleva diferentes grupos laterales a lo largo de su longitud. Esos grupos laterales son los que crean resistencia al aceite en NBR o resistencia a la intemperie en EPDM.
¿Qué significa phr en una receta de caucho?
Phr significa partes por cien de caucho. Cada ingrediente se expresa en relación con 100 partes de polímero de caucho en peso, por lo que un compuesto con 50 phr de negro de humo contiene la mitad de negro que el polímero. Es un sistema de proporciones, no un porcentaje de la mezcla terminada.
¿Se puede fabricar caucho sin azufre?
Sí. El EPDM, la silicona y muchos grados especiales se curan con peróxidos, resinas fenólicas u óxidos metálicos en lugar de azufre. El azufre sigue siendo el curativo más común porque es económico y funciona bien con cadenas insaturadas como NR, SBR y NBR.
La historia de la composición termina donde comienza la aplicación: un compuesto solo es correcto cuando su polímero, carga de relleno y sistema de curado coinciden con el calor, el aceite y la flexión que la pieza realmente cumplirá.
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