¿Qué es el caucho? Materias primas, cómo se fabrica, usos y tipos de sellos

¿Qué es el caucho y de dónde viene?

El caucho es un polímero elástico que puede estirarse, comprimirse y deformarse bajo fuerza y ​​luego volver a su forma original. Existe en dos formas fundamentales: caucho natural , derivado de la savia de látex del árbol del caucho. Hevea brasiliensis , y caucho sintético , producido a partir de materias primas petroquímicas mediante polimerización industrial. Ambos comparten la propiedad central de la elasticidad, pero difieren en composición, características de desempeño y costo.

El caucho natural se cosecha y utiliza desde hace miles de años. Las civilizaciones precolombinas de Mesoamérica fabricaban pelotas de goma, telas impermeabilizadas y calzado a partir de látex mucho antes del contacto europeo. El potencial del material en aplicaciones industriales sólo se hizo evidente en el siglo XIX, después de que Charles Goodyear descubriera la vulcanización en 1839, un proceso que transformó el látex suave y pegajoso en el material resistente y resistente que hoy se conoce como caucho.

Hoy en día, la producción mundial de caucho supera los 28 millones de toneladas métricas por año, divididas aproximadamente entre tipos naturales y sintéticos. Tailandia, Indonesia y Costa de Marfil son los mayores productores de caucho natural del mundo. El caucho sintético, desarrollado por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial, cuando se cortó el suministro de caucho natural, ahora representa aproximadamente el 60% del consumo total de caucho en todo el mundo.

Materias primas de caucho: fuentes naturales y sintéticas

La materia prima del caucho natural es el látex, una suspensión coloidal de color blanco lechoso producida en la corteza del Hevea brasiliensis árboles. El látex contiene aproximadamente entre un 30 y un 40 % de poliisopreno en peso, suspendido en agua con proteínas, lípidos y oligoelementos. Las cadenas de polímero de poliisopreno son las que dan elasticidad al caucho: son moléculas largas y enrolladas que se enderezan bajo tensión y regresan cuando se liberan.

Los cauchos sintéticos se derivan de monómeros obtenidos principalmente mediante la refinación de petróleo y el procesamiento de gas natural. Las materias primas de caucho sintético más importantes incluyen:

• butadieno — un subproducto de la producción de etileno, utilizado para fabricar caucho de estireno-butadieno (SBR) y caucho de polibutadieno (BR), los dos cauchos sintéticos más producidos.
• estireno — combinado con butadieno para producir SBR, que representa aproximadamente la mitad de toda la producción de caucho sintético y es el material dominante en los neumáticos para turismos.
• Isobutileno e isopreno — polimerizados juntos para producir caucho butílico (IIR), valorado por su excepcional impermeabilidad a los gases y utilizado en revestimientos interiores de neumáticos y tapones farmacéuticos.
• Etileno y propileno. — combinado con un monómero dieno para producir caucho EPDM, ampliamente utilizado en burletes para automóviles, membranas para techos y sellos para exteriores.
• Acrilonitrilo y butadieno — polimerizado para producir caucho de nitrilo (NBR), que tiene una excelente resistencia a aceites, combustibles y disolventes, lo que lo convierte en el material estándar para mangueras de combustible y sellos de aceite.
• cloropreno — polimerizado para fabricar neopreno (CR), uno de los primeros cauchos sintéticos, conocido por su resistencia a la intemperie, el ozono y los productos químicos moderados.

El caucho de silicona ocupa una categoría propia: su columna vertebral de polímero está hecha de silicio y oxígeno en lugar de carbono, lo que lo distingue químicamente de los cauchos naturales y derivados del petróleo. Esto le da a la silicona una resistencia excepcional a la temperatura, biocompatibilidad y estabilidad a los rayos UV que los cauchos de cadena de carbono no pueden igualar.

Cómo se fabrica el caucho: desde la materia prima hasta el producto terminado

El viaje desde el látex en bruto o el polímero sintético hasta un producto de caucho terminado implica varias etapas, cada una de las cuales afecta significativamente las propiedades del material final.

Cosecha y Coagulación (Caucho Natural)

El látex se extrae de los árboles de caucho haciendo un corte diagonal poco profundo a través de la corteza. La savia gotea en recipientes recolectores durante varias horas. Luego se coagula el látex fresco, generalmente agregando ácido fórmico o acético, lo que hace que las partículas de caucho se aglutinen y se separen del suero acuoso. El coágulo resultante se prensa, se enrolla en láminas y se ahuma (para producir láminas ahumadas acanaladas o RSS) o se seca con aire caliente (para producir grados de caucho técnicamente especificados). Estas láminas secas o fardos de caucho desmenuzado son la forma comercial de caucho natural.

capitalización

El caucho en bruto, ya sea natural o sintético, no se utiliza tal cual. Se combina con una variedad de aditivos en mezcladores internos (mezcladores Banbury) o molinos abiertos. Un compuesto de caucho típico contiene:

• Agentes vulcanizantes — azufre o peróxidos que crean enlaces cruzados entre las cadenas de polímeros durante el curado.
• Aceleradores y activadores — óxido de zinc, ácido esteárico y aceleradores orgánicos que aceleran y controlan la reacción de vulcanización.
• Masillas de refuerzo — el negro de humo es el más importante y aumenta drásticamente la resistencia a la tracción y la resistencia a la abrasión. La sílice se utiliza en compuestos para neumáticos de alto rendimiento y baja resistencia a la rodadura.
• Plastificantes y aceites de procesamiento. — mejorar el flujo durante el procesamiento y modificar la dureza y flexibilidad del producto terminado.
• Antioxidantes y antiozonantes. — proteger el caucho de la degradación por oxígeno, ozono, radiación ultravioleta y calor durante su vida útil.

Dar forma

Al caucho compuesto se le da forma antes de la vulcanización mientras permanece termoplástico y trabajable. Los métodos de modelado comunes incluyen moldeo por compresión (presionando caucho en un molde calentado bajo presión), moldeo por inyección (inyectar caucho en moldes cerrados), moldeo por transferencia , extrusión (forzar el caucho a través de una matriz para producir perfiles, tubos y tiras), y calandrado (enrollar caucho en láminas o recubrirlo sobre tela).

Vulcanización

Vulcanización is the chemical process that converts soft, weak rubber into the strong, elastic material used in finished products. Heat causes sulfur atoms (or peroxide radicals) to form cross-links between adjacent polymer chains, creating a three-dimensional network. The degree of cross-linking determines hardness: lightly cross-linked rubber is soft and elastic; heavily cross-linked rubber becomes hard (ebonite). Most rubber products are cured in presses, autoclaves, or continuous vulcanization lines at temperatures between 140°C and 200°C.

¿Para qué se utiliza el caucho? Principales categorías de productos

La combinación del caucho de elasticidad, durabilidad, impermeabilidad y aislamiento eléctrico lo hace indispensable en una enorme variedad de industrias. La aplicación más grande por volumen son los neumáticos: los neumáticos para pasajeros, camiones y todoterreno representan aproximadamente el 70% de todo el caucho consumido a nivel mundial. Más allá de los neumáticos, los productos de caucho aparecen en prácticamente todos los sectores de la industria moderna y de la vida cotidiana.

• Neumáticos y productos relacionados con los neumáticos: Los neumáticos para pasajeros, neumáticos para camiones, neumáticos para bicicletas, cintas transportadoras y compuestos para recauchutado de neumáticos representan en conjunto el uso dominante tanto del caucho natural como del caucho SBR.
• Mangueras y tubos: Las mangueras de refrigerante para automóviles, mangueras hidráulicas, líneas de frenos de aire, mangueras de jardín, líneas de combustible y tuberías médicas dependen de la flexibilidad y la resistencia a los fluidos del caucho. NBR y EPDM son los materiales más comunes según el fluido que se transporta.
• Cinturones: Las correas de transmisión, correas de distribución, correas transportadoras y correas trapezoidales en maquinaria industrial y motores de automóviles están hechas de compuestos de caucho reforzado, generalmente EPDM o CR con refuerzo textil o de cordón de acero.
• Calzado: Las suelas, botas y chanclos de goma estuvieron entre los primeros productos de caucho producidos en masa. El caucho natural y el SBR siguen siendo dominantes en el calzado, valorados por su agarre y resistencia a la abrasión.
• Guantes: Los guantes de examen de látex, los guantes de nitrilo para resistencia química y los guantes industriales de alta resistencia se producen a partir de caucho natural, NBR y neopreno, respectivamente.
• Aislamiento eléctrico: Las cubiertas de los cables, el aislamiento de los cables y la cinta aislante utilizan caucho para proteger los conductores de la humedad, la abrasión y el contacto accidental.
• Soportes antivibraciones: Los soportes de motores, las almohadillas de aislamiento de maquinaria, los cojinetes de puentes y las almohadillas de vías de ferrocarril utilizan compuestos sándwich de caucho natural o NR/acero para absorber y amortiguar las vibraciones.
• Médico y farmacéutico: Los tapones para viales de medicamentos inyectables, guantes quirúrgicos, catéteres, manguitos de presión arterial y soportes ortopédicos se basan en compuestos de caucho de grado médico.
• Bienes de consumo: Las gomas elásticas, las gomas de borrar, las juntas de los equipos de cocina, las ventosas, las esterillas de yoga y los equipos deportivos son productos cotidianos que dependen de la elasticidad y el agarre del caucho.

Sellos de goma : Materiales, tipos y aplicaciones

Los sellos de caucho se encuentran entre los productos de caucho más críticos y ampliamente especificados en ingeniería. Su función es impedir el paso de fluidos, gases o contaminantes a través de una junta o interfaz, una tarea que requiere que el caucho se ajuste íntimamente a las superficies de contacto, se comprima bajo carga y mantenga su recuperación elástica durante millones de ciclos o años de exposición estática.

Tipos comunes de sellos de goma

• Juntas tóricas: Sellos en forma de toro que se asientan en una ranura y se comprimen radial o axialmente para formar una interfaz hermética. Las juntas tóricas son la forma de sello más utilizada universalmente en sistemas hidráulicos, neumáticos, plomería y de potencia de fluidos en todo el mundo.
• Juntas: Sellos planos o perfilados colocados entre superficies bridadas (juntas de tuberías, culatas, cuerpos de válvulas) para evitar fugas bajo la fuerza de sujeción atornillada. Las juntas de goma son comunes en sistemas de agua, HVAC y tuberías de proceso.
• Sellos de labio (sellos de eje radiales): Se utiliza para retener lubricantes y excluir contaminantes alrededor de ejes giratorios en cajas de engranajes, ejes, bombas y motores eléctricos. El labio de sellado mantiene un contacto dinámico con la superficie del eje.
• Diafragmas: Membranas de goma flexibles que separan dos cámaras mientras transmiten presión o movimiento. Se utiliza en reguladores de presión, bombas, válvulas y servofrenos de automóviles.
• Perfiles de extrusión y sellos climáticos: Perfiles de caucho extruidos a medida que se utilizan para sellar huecos en puertas, ventanas, trampillas y cerramientos contra el aire, el agua, el polvo y el ruido. Comúnmente fabricado con EPDM o neopreno.

Selección de materiales para sellos de caucho

El compuesto de caucho utilizado en un sello debe adaptarse cuidadosamente al entorno de servicio. El uso del material incorrecto provoca hinchazón, endurecimiento, agrietamiento o disolución química, todo lo cual provoca fallas en el sello y fugas potencialmente catastróficas en el sistema.

Más allá de la selección del material, el rendimiento del sello depende del durómetro (dureza), el acabado superficial de las piezas acopladas, la resistencia a la deformación por compresión y la presencia de lubricantes o recubrimientos. Para aplicaciones críticas (aeroespacial, submarina, hidráulica de alta presión), el diseño del sello implica un análisis de elementos finitos de la tensión de contacto y pruebas de envejecimiento acelerado para verificar el rendimiento durante la vida útil requerida.