La Determinación de los Tiempos Prácticos de Vulcanización

Para definir los tiempos prácticos de vulcanización de un artículo de caucho es necesario conocer los factores que em mayor o menor grado intervienen en la vulcanización.

Eses factores son los siguientes:

Vamos a hacer el análisis de estos factores:

 

1. Articulo a producir

Es evidente que, si el articulo a producir presentar    zonas con geometría muy diferenciada, a saber, grandes variaciones de espesor, estas son las zonas de vulcanización más crítica. En estos casos se debe utilizar una temperatura de vulcanización más baja, para evitar correr el riesgo de sobre vulcanizar las zonas de menor espesor y para vulcanizar adecuadamente las zonas más espesas y, también, ocupar sistemas de vulcanización que puedan proporcionar una amplia platea. Es claro que estas situaciones son más gravosas cuando se ocupan compuestos de caucho que presentan una marcada reversión. Compuestos de caucho con najo nivel de cargas (por lo general estos compuestos son peores conductores de calor) o cuando los sistemas de vulcanización ocupados proporcionan vulcanizaciones muy rápidas.

 

2. Tipo de compuesto a utilizar y tipo de polímero de base

En el número anterior ya referimos los aspectos más importantes relacionados con el compuesto:

 

Tabla 4 – Conductividad Térmica de Cauchos y Adictivos
Materia prima	W.m-1.K-1	Cal.cm-1.s-1.°C-1
Ácido esteárico	0.154	0.000367
Antioxidante	0.121	0.000289
AU/EU	0.290	0.000693
BR	0.115	0.000275
BIIR /CIIR	0,090	0.000215
CR	0.190	0.000454
CSM	0.264	0.000630
Azufre	0.127	0.000303
Fluoroelastómeros	0.190- 0.300	0.000454 – 0.000717
HNBR	0.147	0.000351
IIR	0.090	.000215
NBR	0.240	0.000573
Negro de carbón ISAF	0.339	0.000810
NR/IR	0.150	0.000358
NR (piso de neumático)	0.192	0.000459
Plastificante aromático	0.145	0.000346
Q	0.140 – 0.216	0.000334 – 0.000516
SBR 1500	0.169	0.000404
Sílice	1.450	0.002463

 

3.  Características reométricas del compuesto

En la determinación de los tiempos de vulcanización es fundamental el conocimiento de las curvas de vulcanización obtenidas en reómetro. Para el efeto es necesario conocer cuál es la curva de vulcanización más probable, lo que implica pruebas de un número significativo de partidas de producción (cargas, corridas), para la definición estadística de los parámetros t_s1 (o t_s2), S_mín, S_máx y t₉₀ (ver Figura 20).

El conocimiento del tipo de vulcanización es también muy importante, o sea, si la vulcanización es de marcha, de platea o de reversión. También es necesario conocer el tipo de elastómero utilizado, pues cuando hay la necesidad de proceder a una post vulcanización, hay que considerar este aspecto.

El conocimiento del tipo de curva de vulcanización puede impactar, en cierta medida, la definición de la temperatura de vulcanización en el equipo de producción. Temperaturas muy elevadas pueden abultar los fenómenos de reversión, sobre todo en piezas con zonas muy espesas.

Sea como sea, los tiempos de vulcanización obtenidos en pruebas reométricas, deben ser realizados a la temperatura que se va a utilizar en la fábrica. El valor de t₉₀ debe, en principio, ser el tiempo que se va a ocupar en la fábrica, para las piezas que presenten espesores del orden de los 1.5 hasta 2.5 mm. Para las piezas con zonas más espesas, se puede seleccionar un tiempo de vulcanización en 20-25% al valor de t₉₀ y checar lo que pasa, a saber, cortando la pieza y observando si se presenta o no porosidad o señales de reversión (si es el caso). Este método, de ensayo y error (trial and error) es comúnmente utilizado. La utilización de simuladores de vulcanización es un método más científico, pero trae costos más elevados y necesita de la disponibilidad de equipos adicionales (hardware y software). Es un método utilizado, por ejemplo, en el estudio de la vulcanización de neumáticos (llantas).

 

4. Tipo de molde a utilizar

El tipo de molde utilizado puede también influenciar la definición del tiempo de vulcanización. La concepción del molde, sus dimensiones, el número de cavidades, el material de su construcción, la forma de extracción de las piezas moldeadas son factores que introducen algunas condicionantes en términos de tiempo de vulcanización.

 

5. Post vulcanización

Si el elastómero utilizado exigir una post vulcanización (caso de los HNBR, XNBR, ACM, AEM; CO, ECO, GECO, FKM, TFE/P), es necesario definir el grado de vulcanización a obtener en la primera fase del proceso para que, en la fase complementar de post vulcanización, sean obtenidas las propiedades deseadas.

 

6. Tipo de equipos y condiciones circundantes de la producción

El tipo de equipamiento utilizado en la producción también tiene influencia en la definición de los parámetros de vulcanización. Por un lado, el sistema constituido por máquina-molde debería ser un sistema adiabático, o sea, un sistema sin intercambio de calor con el exterior. El aislamiento relativamente al exterior del conjunto máquina-molde presenta por este motivo alguna importancia y esto esta, naturalmente, conectado a la ubicación del equipo en las instalaciones de la fábrica. Si las condiciones circundantes no son mínimamente satisfactorias, seguramente que se van a presentarse problemas, algunas hasta de carácter estacional. Por otro lado, dentro del propio sistema máquina-molde es importante la potencia de la máquina, enfocado en su capacidad de recuperación de pérdidas de calor.

Los compuestos de caucho empiezan su “historia térmica” a partir del momento en lo cual se adicionan los ingredientes del sistema de vulcanización. A partir de ese momento y aunque a la temperatura ambiente, se inicia el conteo de su “plazo de validez”. Toda entrada de calor (como se ha dicho, los mismo en condiciones de baja temperatura, como es el caso del almacenamiento) llevan el compuesto, más o menos rápidamente, hacia un estado de prevulcanización, que lo cambian a no utilizable.

Los aportes de calor que recibe un compuesto, a partir del momento en que es alimentado a, por ejemplo, una máquina de inyección, hasta el momento de su inyección en las cavidades del molde, son contribuciones decisivas para la obtención del estado final de articulo vulcanizado. Este quiere decir, al final, que en caso de una máquina de inyección los diversos parámetros de la operación (tiempos, temperaturas, velocidades y cursos de los distintos órganos de la máquina), también contribuyen para el estado de vulcanización.

Así como el proceso de desmoldeo, el cual puede ser más o menos rápido. Si es más tardado, las ultimas piezas que se retiran del molde tendrán recibido una mayor cantidad de calor.

Otro aspecto es el tipo de enfriamiento de los artículos producidos y no es solamente del punto de vista de provocar deformaciones en las piezas vulcanizadas. El calor remanente en los artículos retirados del molde (para esto es importante el volumen de material, sobre todo en piezas con zonas gruesas), continuará a cambiar el estado de vulcanización.

 

7. Destreza del personal

La habilidad del operador puede también influenciar el tiempo de vulcanización. Es deseable que eso no pase y que los operadores tengan la capacitación adecuada para realizar la ejecución de los artefactos a producir.

Pero un operador mal entrenado puede:

Por otro lado, extiende el tiempo de residencia del compuesto en sus varios puntos de paso en la máquina de inyección, contribuyendo para el avanzo de su historia térmica.

 

Se puede decir que no existe el tiempo de vulcanización universal, para un dado compuesto y para el mismo artículo. El mismo compuesto puede tener distintos tiempos de vulcanización en distintos fabricantes. El tiempo de vulcanización depende, de hecho, de las capacidades de cada empresa en términos de equipamiento, moldes y de las condiciones ambientales circundantes de las áreas de producción, incluyendo también las áreas de almacenamiento.

La curva de vulcanización también proporciona preciosas informaciones en lo que respecta al procesamiento. Satisfaciendo, en primero lugar, todos los requisitos técnicos que son especificados, la viscosidad de la mezcla de caucho debe ser adecuada al tipo de proceso de vulcanización que se va a utilizar (moldeo convencional, moldeo por inyección, moldeo por transferencia, extrusión seguida de vulcanización, vulcanización en continuo, etc.), al tipo de pieza a producir y al tipo de molde (si se ocupa), de manera que el flujo de caucho sea facilitado y llegue, en la mejores condiciones, o sea, sin apreciable grado de prevulcanización, a sus zonas más distantes y a las de más difícil acceso, en cada cavidad. De hecho, puede que todas las características de vulcanización sean correctas, pero el proceso estar comprometido por dificultades de procesamiento (dificultades de extrusión o de inyección, por ejemplo). Aunque alguna cosa se pueda hacer en el sentido de corregir esta situación como, por ejemplo, alterar adecuadamente el perfil de temperatura en una extrusora o aumentando la temperatura de plastificación para bajar la viscosidad del caucho o, lo mismo, alterar en el molde las dimensiones de las coladas de inyección, se tal es factible. En cualquier situación, en alternativa, es necesario ajustar el compuesto.

Hay que analizar, por otro lado, en qué medida pesa el tiempo de vulcanización en ciclo completo, ya que este comporta todos los períodos de tiempo relativos a las varias operaciones que se hacen entre el inicio y el término de un ciclo de vulcanización. Por ejemplo, el cierre del molde, en el inicio de un nuevo ciclo, y el cierre del molde en el ciclo siguiente (abertura del molde, extracción automática o manual de las piezas, limpieza del molde y nuevo cierre del molde). El sumatorio de los tiempos de “no vulcanización” debe ser considerado, ya que, en determinada fase, por ejemplo, en un proceso de inyección, el molde está abierto y está en enfriamiento y el caucho que está dentro de la máquina en espera de ser inyectado en el próximo ciclo, tiene su historia térmica en evolución. Un tiempo de prevulcanización adecuado debe permitir que todo este ciclo se desarrolle, sin que se presenten vulcanizaciones prematuras.

En el trabajo de definición y ajuste de tiempos de vulcanización el método de ensayo y error constituye una posibilidad relativamente satisfactoria y económica.  Hay que complementar este método con un análisis de diversas propiedades físicas y mecánicas del artefacto final vulcanizado, para garantizar el cumplimiento de varios requerimientos.