Propiedades a Bajas Temperaturas

Temperatura de Transición Vítrea

Cuando sometidos a bajas temperaturas, los cauchos sufren variados tipos de alteraciones de naturaleza física. Algunas de esas alteraciones son casi instantáneas, otras hay que tan solo se manifiestan después de una larga exposición a eses temperaturas. Pero, este tipo de alteraciones son de naturaleza reversible, por lo que el caucho retoma sus propiedades originales a la temperatura ambiente.

Veamos el comportamiento del caucho, cuando sometido a temperaturas progresivamente negativas (desde los +25 °C hasta los -60 °C). Cuando la temperatura empieza a bajar, el caucho va perdiendo sus características elásticas, eso lo hace cada vez más difícil de alargar o doblar. Este paso corresponde a la Zona A que se presenta en la Figura 72 y, en el límite, corresponde a una temperatura de -28 °C. Este paso corresponde a la adquisición de una rigidez simple.

Fig. 72 – Temperatura de transición vítrea (Tg)

Después de este punto, la rigidez empieza a subir rápidamente y en menos de dos docenas de grados de temperatura (entre los -28°C hasta los -45 °C), la rigidez sube 360 veces. Este paso corresponde a la Zona B. En un punto intermedio de esta zona, por lo general en el punto de inflexión de la curva, el caucho cambia a quebradizo y se rompe como el vidrio. La temperatura que corresponde a este punto se llama temperatura de transición vítrea (glass transition temperatura) y se le conoce comúnmente por Tg.

Después de cierto punto, inicio de la Zona C y hasta el límite logrado de temperatura negativa (-60 °C), la rigidez sigue subiendo, pero con una menor velocidad, y el efecto provocado en el caucho ya no es tan sensible, tal el estado de fragilidad alcanzado. En la Table 23 se indica la temperatura de transición vítrea para varios tipos de caucho.

Los cauchos son, por lo general, y en un amplio rango de temperaturas, materiales amorfos. Pero, en algunos tipos de polímeros (NR, IIR y en algunos tipos de CR), sobre todo a temperaturas bajas (por debajo de los 10 °C y hasta de los 0 °C), pueden tener fenómenos de cristalización que pueden tardar por largos períodos de tiempo, mesmo después de retomada la temperatura normal.

Aunque, este aumento de rigidez está aún lejos de las condiciones de fragilidad, puede provocar perdidas de eficiencia en la función del artefacto de caucho. Se puede decir que efecto de cristalización se aprovecha, en la industria del calzado, para la obtención de suelas de caucho natural del tipo crepe (material no vulcanizado), condicionando, durante algún tiempo, las placas de la crepe de caucho natural a temperaturas negativas.

En muchos países es muy común que se logren temperaturas de -50 °C y hasta menos. En estas condiciones, el desempeño de muchos artefactos de caucho puede hacerse dramático. Por este motivo, hay que tener cuidados especiales en el proyecto de artefactos para estas condiciones de servicio, por selección cuidadosa de los cauchos base y su correcta formulación. En la Figura 73 se indican las temperaturas de servicio recomendadas para los principales cauchos.

Fig. 73 – Temperaturas de servicio recomendadas