Prevulcanización de Compuestos de Caucho

En el análisis que nos proponemos hacer, nos vamos a admitir que los compuestos en evaluación se produjeron de manera totalmente correcta, o sea, sin errores groseros o lo mismo sin pequeñas desviaciones en su composición, mezclados de acuerdo con la normativa establecida por el fabricante y que, en consecuencia, sus parámetros reométricos se encuentran dentro de los límites establecidos y acordados entre las partes (Cliente y Proveedor, sean estos, un Cliente Interno o un Cliente Externo, y un Proveedor Interno o un Proveedor Externo). Cuando sea un proveedor Externo, se debe entender que los parámetros reométricos del compuesto de caucho, en la fecha de entrega en las instalaciones del cliente, están dentro de los límites establecidos y acordados por las partes, como se va a ver más adelante.

Los compuestos de caucho, cuando listos (también lo decimos como finalizados) y aptos a que sean transformados y vulcanizados, tienen una característica muy importante que determina, de cierta manera, su tiempo de vida (life time), o sea, el periodo de tiempo en lo cual se pueden transformar sin dificultades. Este tiempo de vida es también, muchas veces, designado por periodo de validad o plazo de validad.

Esto transcurre del hecho de que, después del compuesto incluir en su composición un sistema de vulcanización (constituido, como es sabido, por agentes de vulcanización, aceleradores de vulcanización y retardadores o inhibidoras de vulcanización), tendrá inicio lo que se llama su historia térmica (heat history).

Luego de completada la adición del sistema de vulcanización, el compuesto de caucho presenta una curva reométrica caracterizada, como también ya lo sabemos, por algunos parámetros relacionados a binarios y a tiempos, como sean:

 

Incluso cuando mantenido a la temperatura ambiente (± 25°C) (o temperaturas inferiores), el compuesto almacena energía calorífica, lo que constituye una contribución para su historia térmica y así va, gradualmente, caminando para un estado progresivo de vulcanización, aun que, inicialmente muy incipiente, este estado también es conocido como fase de inducción. Esto significa que, al final de algún tiempo, más o menos largo, el compuesto ya no es procesable por los habituales procesos de transformación. Esta alteración depende, obviamente, del tipo de compuesto de caucho y, muy en lo particular, de su sistema de vulcanización. Los compuestos vulcanizados con azufre elementar, como agente de vulcanización, son muy sensibles. En la Figura 62, se muestra la evolución ocurrida, en un periodo de 30 días, en el comportamiento reológico de un compuesto de caucho vulcanizado con azufre elementar y un sistema de aceleración. 

Figura 62 – Curvas reométricas (caucho nuevo y caucho después de 30 días a 25 °C

 

Se puede observar una significativa reducción en el tiempo de prevulcanización t_s2 (alrededor de 56%), originalmente con el valor de 1.35 minutos, que pasan para un valor bien más reducido de 0.60 minutos. En estas condiciones, el procesamiento del compuesto al final de 30 días a la temperatura ambiente se hace casi imposible.

El proceso de vulcanización es relativamente complejo. Muchos autores refieren que los principales factores son:

Todavía, no nos podemos olvidar que el tiempo de vulcanización depende del tipo de compuesto de caucho y, en lo particular, de su sistema de vulcanización, como se ha dicho antes. Es, sin duda alguna, un importante factor a considerar.

Considero que la presión es un factor menos relevante, sobre todo si nos enfocamos en el hecho de que algunos procesos de vulcanización se hacen sin presión. La presión sí es importante, en los variados procesos de moldeados (compresión, transferencia o inyección).

Otro hecho que nos muestra que la presión es un factor tan solo importante en algunos procesos de vulcanización es lo que ocurre con los inventarios de compuestos de caucho en la situación de almacenamiento. Mantenidos a la presión atmosférica, el proceso de vulcanización va transcurriendo, aunque muy lentamente, a la temperatura del entorno. La energía calorífica absorbida por el compuesto se va acumulando, contribuyendo para el crecimiento de su historia térmica, como ya lo referimos. El proceso de reticulación va evolucionando lentamente, traduciéndose en una progresiva reducción del tiempo de prevulcanización y del tiempo de vulcanización. Y, si no hubo ningún procesamiento hecho, el compuesto deja de ser procesable y se pierde su validad para su utilización.

En todo este proceso, existe otra característica del compuesto de caucho que ejerce una importante influencia en el proceso de transferencia de calor para la masa de caucho: su conductividad térmica. Característica ni siempre debidamente valorada. Cuanto mayor sea la conductividad térmica del compuesto de caucho, más va a ser la velocidad de propagación del calor hacia la masa de caucho y, en lo particular, hacia su interior, lo que es sobre todo importante en los artefactos de elevado espesor.

El análisis de este problema se hace aún más complejo porque el valor de la conductividad térmica de un compuesto de caucho aumenta según aumenta su grado de reticulación (Figura 63). 

Figura 63 – Conductividad térmica como función del estado de vulcanización. Fuente: Thermal Conductivity of Rubber compounds Versus the State of Cure

 

Los valores de la conductividad térmica de los compuestos de caucho son relativamente bajos si los comparamos con otros tipos de materiales, como se puede ver en la Tabla 11.

Tabla 11 – Conductividad térmica de algunos materiales
Material	W/m*K	Material	W/m*K
Plata	427	HDPE	0.45 – 0.52
Cobre	398	AU, EU (elastómeros)	0.29
Oro	317	CR (elastómero)	0.19
Aluminio	237	FKM (elastómero)	0.19 – 0.30
Hierro	80	IIR, CIIR Y BIIR (elastómero)	0.09
Acero (1% carbono)	43	NBR (elastómero)	0.24
Acero (inoxidable 18/8)	15	NR (elastómero)	0.15
Vidrio	0.81	MQ/VMQ/PMQ (elastómeros)	0.17 – 0.26
LDPE	0.33	Compuesto de caucho	0.18 – 1.6

 

Para aplicaciones en donde se exija una mejor conductividad térmica, los compuestos de caucho se formulan de manera especial, se pueden entonces obtener valores de conductividad de 0.40 a 1.60 W/m*K. En la formulación de estos compuestos de caucho se utilizan cargas especiales, por lo general metales en polvo, óxidos metálicos, fibras de carbono o grafito.

Los compuestos de caucho, sin cualquier aditivo especial para aumentar su conductividad térmica, suelen poseer valores del orden de 0.18 a 0.24 W/m*K.

 

Gestión Técnica de los Compuestos de Caucho y su Almacenamiento

Los aspectos antes referidos se deben considerar en la gestión técnica de los compuestos producidos en la empresa o adquiridos externamente. Después del proceso de mezcla, los compuestos se deben controlar por reometría, para checar si se encuentran dentro de los limites especificados, así como se enseña en la Figura 64.

Figura 64 – Definición de los parámetros reométricos

 

Se consideran, por lo general, los siguientes valores:

Si el fabricante de artefactos no produce sus compuestos de caucho y los adquiere a otras empresas (proveedor externo, designados en dialecto ingles por Rubber Compounders), entonces debe exigir, en sus contratos de proveeduría, que estos parámetros sean observados en el momento de la entrega de las cargas en su empresa. Esto porque, muchas veces, los transportes son tardados y, hay veces también, que no cumplen las mejores condiciones. En estos casos el Proveedor debe cuidar la calidad del suministro ocupando, por ejemplo, camiones con compartimiento de carga refrigerado. Pero estos son detalles que deben estar muy bien definidos en los Contratos de Proveeduría.

Para que los compuestos de caucho no sufran prevulcanización antes de su utilización, las empresas deben tener almacenes climatizados, manteniendo los distintos lotes de caucho a una temperatura entre 15 a 25 °C. No se recomiendan temperaturas inferiores para compuestos de caucho natural (NR) o de Caucho de Policloropreno (CR), una vez que estas temperaturas facilitan indeseables fenómenos de cristalización.

 

Observación: Se llama la atención para el hecho de que las condiciones de almacenamiento recomendadas para compuestos de caucho (caucho no vulcanizado), nada tienen que ver con las condiciones de almacenamiento para productos de caucho (caucho vulcanizado). Dependiendo del tipo de elastómero, la validad del articulo vulcanizado se puede alargar por periodos de 3 a 20 años.