Clasificación de los Métodos de Vulcanización

Los métodos de vulcanización se pueden clasificar de varias formas:

Métodos descontinuos y métodos continuos;
Métodos que confieren al artefacto su forma definitiva, en simultaneo con la vulcanización, y métodos en el cual el proceso de vulcanización se aplica a artefactos que adquieren su forma final, de manera muy aproximada, en operaciones previas;
Tipo de energía utilizada;
Presión utilizada;
Equipo utilizado.

Métodos Descontinuos y Métodos Continuos

Los artefactos de caucho pueden ser vulcanizados de manera descontinua, como es el caso de los artefactos moldeados, o de manera continua, como es el caso de los perfiles vulcanizados en baño de sales.

Métodos de Vulcanización y la Forma Definitiva de los Artefactos

Existen métodos que confieren la forma definitiva de los artefactos en simultaneo con el proceso de vulcanización y métodos en los cuales el proceso de vulcanización se aplica a artefactos que tienen su forma final ya muy aproximadamente definida en operaciones anteriores.

Relativamente a los primeros, se puede considerar, por ejemplo, todas las operaciones de moldeo en prensa. El material que rellena la cavidad, o cavidades, del molde (por lo general acero o aluminio) recibe la energía calorífica que es transmitida al molde, por un proceso de conducción de calor, y vulcaniza. Es en la vulcanización, y por acción de la fuerza de compresión de la prensa, que el caucho asume, definitivamente, la forma de la cavidad (ver Artefactos Industriales Moldeados).

Relativamente a los segundos, se puede considerar, por ejemplo, la vulcanización en autoclave calentada a vapor, de mangueras para radiadores de vehículos automóviles, que son previamente confeccionados de la siguiente manera: extrusión de la pared interior (o alma), aplicación de refuerzo del tipo malla y aplicación, de nuevo en extrusora, pero con cabeza angular o recta, del revestimiento exterior (o cobertura). Después se corta la manguera en trozos de largo adecuado, los cuales son enfilados en mandriles de metal (acero o aluminio), que poseen la configuración deseada. Estos mandriles son después subidos a carros-soporte y sujetados a la operación de vulcanización en autoclave (vapor directo) – ver Mangueras.

Tipo de Energía Utilizada

Ya vimos en la página La Descubierta de la Vulcanización, que la Vulcanización se procesa, de forma más rápida, bajo la acción de calor.

Por lo que, todas las formas de energía pasibles de transformación en energía calorífica pueden ser utilizadas en el proceso de Vulcanización, así como todas las formas de transferir esa energía calorífica para los artefactos a vulcanizar, son también pasibles de ser utilizadas en este proceso.

Las formas de energía más utilizadas son las siguientes:

Vapor de agua saturado, producido en generadores de vapor (comúnmente calderas) alimentados con variados tipos de combustibles como, por ejemplo, gas natural, GLP, gasoil, fuel, carbón, leña, etc.
Vapor de agua super calentado, producido en generadores de vapor y posteriormente super calentado.
Fluidos térmicos, calentados en sistemas que utilizan varios tipos de combustibles como, por ejemplo: gas natural, GLP, gasoil, fuel, carbón, leña, etc.
Energía eléctrica, transformada en calor por medio de resistencia eléctricas. Es el conocido efecto de Joule: Q=I²*R*t, en lo cual Q es la cantidad de calor generada por una resistencia R, cuando por ella pasa una corriente eléctrica de intensidad I, durante un tiempo t.
Energía calorífica generada en el compuesto de caucho por elevadas tensiones de naturaleza tangencial. Técnica utilizada en sistemas de extrusión con Cabeza al Corte (Shear Head System), ver en Extrusoras Especiales, Cabeza al Corte.
Radiación infrarroja de alta intensidad (potencias variables entre 12 y 42 kW).
Radiación de alta frecuencia (UHF – ultra high frequency), comúnmente conocida por microondas.
Radiación de alta energía, por ejemplo, radiaciones gama, radiaciones de Cobalto 60, o radiaciones de electrones de alta energía, como vimos en una de las páginas de Agentes de Vulcanización.
Calor ambiente: no se puede dejar de referir esta forma de energía, de baja temperatura, también utilizada en algunos procesos de vulcanización dichos “a frío”. Para el efecto, los compuestos de caucho se formulan adecuadamente, de manera a que ocurra la vulcanización en un período de tiempo relativamente corto (24 a 48 horas).

Pero, los técnicos saben que, después de el momento en que un compuesto de caucho tiene su composición completada, teniendo, entre otros ingredientes:

Un agente de vulcanización;
Un sistema de activación de la vulcanización y;
Un sistema de aceleración de la vulcanización,

su historia térmica comienza a desarrollarse, incluso a la temperatura ambiente.

Por eso, muchos compuestos mantenidos en almacenaje por largos períodos de tiempo se echan a perder y pasan a no utilizables porque mientras tanto se alcanzó, a la temperatura de almacenaje (muchas veces controlada en limites bien definidos), un nivel de reticulación entre las cadenas moleculares del caucho que no permite su posterior transformación. Se dice, comúnmente, que el compuesto se quemó o, en lenguaje más correcta, que el compuesto prevulcanizó. Esto pasa a la temperatura que sea; es tan solo una cuestión de tiempo. Por esta razón, para todos los compuestos de caucho se debe definir, con algún margen de seguridad, su período de validad. Si no se ocupa dentro de los plazos establecidos, se debe considerar el compuesto no conforme para su utilización. Normalmente esta situación se debe confirmar por una evaluación reométrica.

La transferencia de calor para el caucho puede hacerse utilizando distintos medios:

Conducción de la energía calorífica del vapor saturado directamente para el artefacto a vulcanizar (vulcanización por vapor directo).
Conducción de la energía calorífica de un medio gaseoso (aire o nitrógeno) para el artefacto a vulcanizar. Estos gases son normalmente calentados por medio de una serpentina en donde circula el vapor de agua, saturado (vulcanización con vapor indirecto), por medio de resistencias eléctricas o aun por la combustión de un gas.
Conducción de la energía calorífica contenida en un molde metálico para el artefacto a vulcanizar. El molde puede ser calentado por vapor de agua, fluido térmico o por resistencias eléctricas.
Conducción de la energía calorífica contenida en un medio liquido para el artefacto a vulcanizar. Es la situación de la vulcanización en baño de sales fundidos (mezcla eutéctica de nitrato de potasio – 53%, nitrito de sodio – 40$ y nitrato de sodio – 7%, que tiene un punto de fusión de 140 °C) – proceso de vulcanización conocido por LCM (Liquid Curing Media) o de vulcanización en agua caliente (calentamiento por medio de serpentina en donde circula vapor de agua o un fluido térmico o, directamente, por el vapor de agua).
Conducción de la energía calorífica de un medio fluidizado para el artefacto a vulcanizar. El medio fluidizado es constituido por microesferas de vidrio (corrientemente designadas por ballotini), con diámetro de la orden de los 0.2 a 0.4 mm, calentadas con aire caliente alrededor de 200-250 °C (aire calentado por medio de resistencias eléctricas o por la combustión de gas).

Presión utilizada

El proceso de vulcanización puede desarrollarse bajo presión, de más o menos grandeza (valores típicos están entre 1 y 15 MPa, o sea, sensiblemente, entre 10 y 150 kg/cm2), o prácticamente a presión atmosférica (procesos normalmente designados por sin presión). Como ejemplos de procesos de vulcanización hechos bajo presión tenemos la vulcanización de Artefactos Moldeados en prensa o en una máquina de inyección y la vulcanización de Mangueras, que se realiza en autoclave, con vapor directo. Como ejemplos de procesos de vulcanización hechos prácticamente sin presión, tenemos la vulcanización de Perfiles en baño de sales, en horno microondas, en túnel de aire caliente y la vulcanización de tejidos recubiertos con caucho (obtenidos por el proceso de Recubrimiento), en horno de aire caliente.

Tipo de equipo utilizado

El proceso de vulcanización puede ocurrir, como ya lo referimos, en varios tipos de equipos. Y estes tipos de equipos pueden también servir para clasificar los procesos de vulcanización. Así tenemos:

Vulcanización en prensa de compresión (vulcanización por compresión convencional o por transferencia);
Vulcanización en prensa sin presión (técnica utilizada en el fabrico de cierto tipo de calzado);
Vulcanización en prensa de inyección (caso particular de vulcanización en prensa);
Vulcanización en prensa Rotocure (caso particular de vulcanización en prensa, utilizado en el fabrico de hojas de caucho – con o sin tela de refuerzo, de tejidos revestidos con caucho y de bandas transportadores de pequeño espesor);
Vulcanización en prensa de plato rotativos (DOBA – Prensa de banda dupla, utilizada en el fabrico de bandas transportadoras);
Vulcanización en autoclave calentado con vapor directo;
Vulcanización en autoclave calentado con vapor indirecto, en atmosfera de aire, anhidrido carbónico o nitrógeno, bajo presiones variables;
Vulcanización en autoclave calentado eléctricamente o por combustión de gas, en atmosfera de aire, anhidrido carbónico o nitrógeno, bajo presiones variables;
Vulcanización en baño de sales (LCM);
Vulcanización en horno de microondas (UHF);
Vulcanización en túnel de aire caliente;
Vulcanización en túnel de radiación infrarroja;
Vulcanización en lecho fluidizado;
Vulcanización por el método Helicure;
Vulcanización en horno de aire caliente;
Vulcanización continua en tubo de vapor (sistema de vulcanización utilizado en el fabrico de cables eléctricos);
Vulcanización con camisa de plomo, técnica aplicada con prensa o con extrusora (sistema de vulcanización utilizado en el fabrico de algunos tipos de mangueras y de cables eléctricos);
Vulcanización in situ, por medio de agua caliente, calentada por vapor directo o por medio de una serpentina adonde circula vapor o fluido térmico, Es el caso de la vulcanización de revestimientos ejecutados en equipos industriales (tanques, reservatorios, reactores, etc.).

En la descripción de los métodos de vulcanización vamos a utilizar la clasificación por tipo de equipo utilizado, pues así aprovechamos para describir los variados tipos de equipos y sus características principales, como también procederemos a su encuadramiento en los otros tipos de clasificación antes referidos