Caucho

MANUFACTURA DEL CAUCHO (HULE)

ANDREA SANJUAN GONZALEZ RONALD GONZALEZ CORREA SOSEMBERH AREVALO BARROS

ING. IGNACIO CAMACHO RIVAS

INGENIERIA INDUSTRIAL. FACULDAD DE INGENIERIA. UNIVESIDAD SIMON BOLIVAR. 2016. 1

CONTENIDO TABLA DE ILUSTRACIONES ...................................................................................................................3 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................4 1.

¿QUÉ ES EL CAUCHO (HULE)? ................................... ................. ................................... ................................... .................................... ................................5 ..............5

2.

PROCESAMIENTO PROCESAM IENTO Y FORMADO DEL CAUCHO .................................. ................. ................................... ................................... ..........................6 .........6 2.1

Producción Producció n de caucho ................................. ............... ................................... ................................... .................................... ................................... ....................6 ...6

2.1.1 Caucho natural ....................................................................................................................6 2.1.2 Caucho sintético ..................................................................................................................7 2.2

Composición Composic ión................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................... ................................ ............... 11

2.3

Mezcla .................................. ................. .................................. ................................... ................................... .................................. ................................... ........................ ...... 12

2.4

Formación y procesos relacionados relacionad os................................... .................. ................................... ................................... ............................. ............ 14

2.4.2

Extrusión: Extrusi ón: ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... .......................... ......... 14

2.4.3

Calandrado: Calandrado : ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ....................... ...... 14

2.4.4

Recubrimiento:.......... Recubrimien to:........................... ................................... ................................... ................................... ................................... .......................... ......... 15

2.4.5

Moldeo y fundición: .................................. ................ ................................... ................................... .................................... ............................. ........... 16

2.5 3.

Vulcanización Vulcaniza ción .................................. ................. ................................... ................................... ................................... ................................... ............................. ............ 17

MANUFACTURA DE LLANTAS Y OTROS PRODUCTOS DE CAUCHO .................. ........................... .................. ................ ....... 19 3.1

Llantas: Llantas : .................................... .................. ................................... .................................. ................................... ................................... ................................... ..................... ... 19

3.2

Otros productos de caucho .................................. ................ ................................... .................................. ................................... ........................... ......... 23

CONCLUSIÓN ..................................................................................................................................... 25 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 25

2

TABLA DE TABLAS Tabla 1 Características y propiedades comunes de los cauchos sintéticos: a) caucho de butadieno........................................................................................................................... 8 Tabla 2 (continua): b) caucho butilo................................................................................... 8 Tabla 3 (continúa): c) caucho cloropreno (neopreno) ........................................................ 9 Tabla 4 (continúa): d) caucho etileno-propileno-dieno ....................................................... 9 Tabla 5 (continúa): e) caucho isopreno (sintético) ........................................................... 10 Tabla 6 (continúa): f) caucho nitrilo.................................................................................. 10 Tabla 7 (continúa): i) caucho estireno-butadieno ............................................................. 11

TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 Mezclador interno tipo bunbury .................................................................. 13 Ilustración 2 Molino de dos rodillos ................................................................................ 13 Ilustración 3 Proceso con troquel de dorillo para extruir caucho..................................... 15 Ilustración 4 Recubrimiento de tela con caucho, con el uso del proceso de calandrado. 16 Ilustración 5 Efecto de la vulcanización sobre las moléculas de caucho: 1) caucho crudo; 2) caucho vulcanizado (entrecruzado). Las variantes de (2) incluyen: a) caucho suave, baso grado de entrecruzamiento, y b) caucho duro, alto grado de entrecruzamiento. ..... 18 Ilustración 6 Cuerdas en el cinturón ............................................................................... 20 Ilustración 7 Llanta justo antes de retirarse del tambor de construcción, antes del moldeo y la cura. .......................................................................................................................... 22 Ilustración 8 Moldeo de llantas (se muestra la sección transversal de una llanta): 1) se coloca la llanta sin cura sobre un diafragma extensible; 2) el molde se cierra y el diafragma se expande para forzar el caucho sin curar contra la cavidad del molde. ........ 23

3

INTRODUCCIÓN Muchos de los procesos que se usan para dar forma a los plásticos también son aplicables a los cauchos. Sin embargo, en ciertos aspectos la tecnología del procesamiento del caucho es diferente, y la industria de éste está muy separada de la del plástico. La industria del caucho y de los bienes elaborados con éste se encuentra dominada por un solo producto: las llantas (neumáticos). Éstas se emplean en gran número para automóviles, camiones, aeronaves y bicicletas. Aunque las llantas datan de finales de la década de 1880, la tecnología del caucho puede rastrearse hasta el descubrimiento de la vulcanización en 1839, proceso por el que el caucho natural se transforma en un material útil por medio del entrecruzamiento de las moléculas del polímero. Durante su primer siglo, la industria del caucho sólo tenía que ver con el procesamiento de caucho natural. Durante la Segunda Guerra Mundial se inventaron los cauchos sintéticos; hoy día éstos constituyen la mayoría de la producción de caucho.

4

1. ¿QUÉ ES EL CAUCHO (HULE)? El hule es un polímero natural o sintético, en el primer caso hecho de la savia de plantas específicas, como por ejemplo la Castilla elastica . El árbol de caucho inicialmente creció en América del Sur, y el primer europeo en regresar a Portugal desde Brasil con muestras de hule conmocionó al público y fue llevado a los tribunales bajo la acusación de brujería (por el brujo Hervías). Cuando las muestras de caucho llegaron por primera vez a Reino Unido, se observó que el material era muy eficiente para limpiar las marcas de lápiz sobre el papel, por lo tanto, recibió el nombre de rubber (o goma, to rub off  significa borrar algo) y también el hule de los neumáticos de caucho. Sin embargo, en 1876, Henry Wickham reunió miles de semillas de Brasil, y fueron germinadas en Kew Gardens, Reino Unido. Las plántulas fueron enviadas a Ceilán (Sri Lanka), Indonesia, Singapur y malaya británica. Malaya (hoy Malasia) se convirtió en el mayor productor de caucho. Hace 100 años, el Estado Libre del Congo en  África fue también una fuente importante de látex de caucho natural, la mayoría obtenida mediante trabajo forzado. En 1839. El resultado es un producto elástico más estable y resistente contra productos químicos.

5

2. PROCESAMIENTO Y FORMADO DEL CAUCHO La producción de artículos de caucho se divide en dos etapas básicas: 1) Producción del caucho en sí. 2) Procesamiento de éste para obtener artículos terminados. La producción de caucho difiere, en función de si es natural o sintético. La diferencia se debe a la fuente de las materias primas. El caucho natural (NR, por sus siglas en inglés) se produce como cultivo agrícola, en tanto que la mayoría de los sintéticos se fabrican a partir del petróleo. A la producción de caucho sigue su procesamiento hacia los productos finales; éste consiste en 1) composición, 2) mezcla, 3) formación y 4) vulcanización. Las técnicas de procesamiento para cauchos naturales y sintéticos son virtualmente las mismas, las diferencias están en los productos químicos que se emplean para hacer la vulcanización (entrecruzamiento). Esta secuencia no se aplica a los elastómeros termoplásticos, cuyas técnicas de formado son las mismas que para los demás polímeros termoplásticos. Hay varias industrias diferentes involucradas en la producción y procesamiento del caucho. La producción de caucho crudo natural puede clasificarse como industria agrícola, puesto que el látex, ingrediente de inicio del caucho natural, se cultiva en plantaciones extensas ubicadas en climas tropicales. Por el contrario, los cauchos sintéticos los produce la industria petroquímica. Por último, el procesamiento de estos materiales en forma de llantas, suelas de calzado y otros productos de caucho tiene lugar en plantas procesadoras (fábricas).

2.1 Producción de caucho 2.1.1 Caucho natural El caucho natural se obtiene de árboles (hules) de caucho (Hevea brasiliensis) en forma de látex. Los árboles se cultivan en plantaciones del sureste de Asia y otras partes del mundo. El látex es una dispersión coloidal de partículas sólidas del polímero poliisopreno en agua. El poliisopreno es la sustancia química que incluye al caucho, y la emulsión lo contiene en 30%. El látex se almacena en tanques grandes, donde se mezcla el producto de varios árboles. El método preferido de obtención del caucho a partir del látex involucra la coagulación. Primero se diluye el látex con agua a cerca de la mitad de su concentración natural. Se agrega un ácido como el fórmico (HCOOH) o acético (CH3COOH) para hacer que el látex se coagule al cabo de 12 horas. El coágulo, ahora en forma de trozos sólidos suaves, 6

se exprime a través de una serie de rodillos que expulsan la mayor parte del agua y reducen el espesor a 3 mm (1/8 in). Los últimos rodillos tienen muescas que le dan un patrón cuadriculado a las hojas resultantes. Luego, éstas se comprimen sobre marcos de madera para secarlas en ahumaderos. El humo caliente contiene creosota, que impide la formación de moho y la oxidación del caucho. Normalmente se requieren varios días para terminar el proceso de secado. El caucho resultante, ahora en una forma llamada hoja ahumada acanalada, se pliega en pacas grandes para su envío al procesador. Este caucho natural tiene un color café oscuro característico. En ciertos casos, las hojas se secan con aire caliente en vez de ahumadores por lo que se aplica el término hoja secada al aire; se considera que éste es el mejor grado de caucho. Un grado aún mejor, denominado crespón o crepé pálido, involucra dos etapas de coagulación; la primera retira los componentes indeseables del caucho, y el coágulo que resulta se sujeta luego a un lavado más intenso y a un procedimiento de trabajo mecánico, seguido por el secado con aire caliente. El color del crespón pálido de caucho se parece al del tostado claro.

2.1.2 Caucho sintético La mayor parte de los cauchos sintéticos se producen a partir del petróleo con las mismas técnicas de polimerización que se emplean para sintetizar otros polímeros. Sin embargo, a diferencia de los polímeros termoplásticos y termofijos, que se entregan al fabricante en su presentación normal de pellets o resinas líquidas, los cauchos sintéticos se le dan a los procesadores en forma de pacas grandes. La industria ha implantado una larga tradición de manejar el caucho natural en estas unidades de carga.

2.1.2.1

Tipos de caucho sintético



Caucho de butadieno:  El polibutadieno (BR) es importante sobre todo en combinación con otros cauchos. Está compuesto de caucho natural y estireno y se emplea para producir llantas de autos. Solo, tiene características de resistencia al desgarre y a la tensión, y facilidad de procesamiento, que lo hacen menos que conveniente.

7

Tabla 1 Características y propiedades comunes de los cauchos sintéticos: a) caucho de butadieno



Caucho butilo: El caucho butilo es un copolímero de poliisobutileno (98.99%) y poliisopreno (1-2%). Se vulcaniza para darle al caucho una permeabilidad muy baja al aire, lo que tiene aplicaciones en productos inflables tales como cámaras interiores, revestimientos de llantas sin cámaras y artículos deportivos.

Tabla 2 (continua): b) caucho butilo



Caucho cloropreno:  El policloropreno fue uno de los primeros cauchos sintéticos que se desarrollaron (a principios de la década de 1930). Hoy se conoce como Neopreno, que es un caucho importante de propósitos especiales. Cristaliza cuando se estira para dar buenas propiedades mecánicas. El caucho cloropreno (CR) es más resistente que el CN a los aceites, al clima, al ozono, al calor y a las llamas (el cloro hace que este caucho se autoextinga), pero algo más caro. Sus aplicaciones incluyen mangueras para combustible (y otras partes automotrices), bandas transportadoras y juntas, pero no llantas.

8

Tabla 3 (continúa): c) caucho cloropreno (neopreno)



Caucho etileno-propileno: La polimerización de etileno y propileno con proporciones pequeñas (3-8%) de un monómero dieno produce el terpolímero etileno-propilenodieno (EPDM), un caucho sintético útil. Las aplicaciones son para piezas sobre todo en la industria automotriz, más que para llantas. Otros usos que tiene son para aislar alambres y cables.

Tabla 4 (continúa): d) caucho etileno-propileno-dieno



Caucho isopreno:  El isopreno se polimeriza para sintetizar un equivalente químico del caucho natural. El poliisopreno sintético (sin vulcanizar) es más suave y se moldea con mayor facilidad que el caucho natural. Las aplicaciones del material sintético son similares a las de su contraparte natural, y las llantas de automóvil constituyen el mercado individual más grande. También se emplea para zapatos, bandas transportadoras y compuestos para calafatear. El costo por unidad de peso es 35% más alto que el del CN.

9

Tabla 5 continúa : e caucho iso reno sintético



Caucho nitrilo:  Éste es un copolímero vulcanizado de butadieno (50-75%) y acrilonitrilo (25-50%). Su nombre técnico es caucho butadieno-acrilonitrilo. Tiene resistencia buena a la tensión y también a la abrasión, al aceite, a la gasolina y al agua. Estas propiedades lo hacen ideal para aplicaciones tales como tanques de gasolina y sellos, así como para calzado.

Tabla 6 (continúa): f) caucho nitrilo



Caucho estireno-butadieno: El SBR es un copolímero aleatorio de estireno (alrededor de 25%) y butadieno (cerca de 75%). Originalmente se desarrolló en Alemania como caucho Buna-S antes de la Segunda Guerra Mundial. Hoy día, es el elastómero del que se produce el mayor peso, con 40% del total de todos los cauchos producidos (el caucho natural ocupa el segundo lugar por peso). Sus características atractivas son costo bajo, resistencia a la abrasión y mejor uniformidad que el CN. Cuando se refuerza con negro de humo y se vulcaniza, sus características y aplicaciones son similares a las del caucho natural. Su costo también es similar. Una comparación rigurosa revela que la mayoría de sus propiedades mecánicas, excepto la resistencia al desgaste, son inferiores que las del CN, pero su resistencia al envejecimiento térmico, al ozono, al clima y a los aceites es superior. Las aplicaciones incluyen llantas

10

para carros, calzado y aislamiento de alambres y cables. Un material que se relaciona con el SBR es el bloque de copolímeros estirenobutadienoestireno, elastómero termoplástico que se estudia a continuación.

Tabla 7 (continúa): i) caucho esti reno-butadieno

2.2

Composición

El caucho se compone con aditivos. Es con la composición que el caucho específico se diseña para satisfacer la aplicación dada en términos de propiedades, costo y susceptibilidad de procesamiento. La composición agrega productos químicos para la vulcanización. El azufre se ha utilizado tradicionalmente para este propósito. Los aditivos incluyen productos de relleno que actúan tanto para mejorar las propiedades mecánicas del caucho (rellenos reforzadores) como para mezclarlo y reducir su costo (rellenos no reforzadores). El relleno simple más importante de los cauchos es el negro de humo, forma coloidal del carbono, de color negro, que se obtiene por descomposición térmica de los hidrocarburos (hollín). Su efecto es incrementar la resistencia a la tensión, a la abrasión y a la separación del producto final. El negro de humo también da protección contra la radiación ultravioleta. Estas mejoras tienen especial importancia para las llantas. La mayoría de las piezas de caucho son de color negro debido a su contenido de negro de humo. Aunque el negro de humo es el relleno más importante, también se usan otros que incluyen arcillas chinas, silicatos hidratados de aluminio (Al2Si2O5(OH4)), que proporcionan menos refuerzo que el negro de humo pero se usan cuando el color negro no resulta aceptable; el carbonato de calcio (CaCO3), que es un relleno no reforzador; y el sílice (SiO2), que tiene funciones de reforzador o no reforzador, en función del tamaño de sus partículas; y otros polímeros como el estireno, PVC y fenoles.

11

También se agrega caucho recuperado (reciclado) como relleno en ciertos productos, pero por lo general no excede la proporción de 10%. Otros aditivos de la composición del caucho incluyen antioxidantes para retardar el envejecimiento por oxidación, productos químicos que dan protección contra la fatiga, y el ozono, pigmentos, aceites plastificadores y suavizantes, agentes de soplado para producir hule espuma y compuestos antiadherentes para liberarlo del molde. Muchos productos requieren filamentos de refuerzo para reducir la extensibilidad y conservar otras propiedades deseables del caucho. Ejemplos notables de esto son las llantas y las bandas transportadoras. Los filamentos que se usan para este propósito incluyen celulosa, naylon y poliéster. La fibra de vidrio y acero también se emplean como refuerzo (por ejemplo, llantas radiales con cinturones de acero). Estos materiales de fibra continua deben agregarse como parte del proceso de dar forma; no se mezclan con los demás aditivos.

2.3

Mezcla

Los aditivos deben mezclarse por completo con el caucho base para obtener una dispersión uniforme de los ingredientes. Los cauchos sin curar tienen viscosidad elevada. El trabajo mecánico que experimenta el caucho llega a incrementar su temperatura hasta 150 ºC (300 ºF). Si los agentes de vulcanización estuvieran presentes desde que comienza la mezcla, ocurriría la vulcanización prematura, la pesadilla del procesador de caucho. En consecuencia, por lo general se emplea un proceso de mezcla en dos etapas. En la primera de ellas, se combina negro de humo y otros aditivos no vulcanizadores con el caucho crudo. El término lote maestro se emplea para esta primera etapa de mezclado. Después de completada la mezcla, y habiéndose dado tiempo para que se enfríe, se efectúa la segunda etapa, en la que se agregan agentes vulcanizadores. El equipo para mezclar incluye un molino de dos rodillos y mezcladores internos tales como el Banbury. El molino de dos rodillos consiste en dos rodillos paralelos, apoyados en un marco de modo que pueden acercarse para obtener el “mordisco” (tamaño de la brecha) que se desea, y se hacen rotar con las mismas velocidades u otras ligeramente distintas. Un mezclador interno tiene dos rotores contenidos en una carcasa, como se aprecia en la figura para el mezclador interno tipo Banbury. Los rotores tienen navajas y giran en direcciones opuestas a velocidades diferentes, lo que ocasiona un patrón de flujo complejo de la mezcla que contiene.

12

Ilustración 1 Mezclador interno tipo bunbury

Ilustración 2 Molino de dos rodillos

13

2.4

Formación y procesos relacionados

Los procesos de formación de los productos de caucho se dividen en cuatro categorías básicas: 1) extrusión. 2) calandrado. 3) recubrimiento. 4) moldeo y fundición.

2.4.2 Extrusión: Para extruir el caucho, por lo general se emplean extrusores de tornillo. Igual que con la extrusión de plásticos termofijos, la razón L/D de los barriles extrusores es menor que la de los termoplásticos, y es común que esté en el rango de 10 a 15 para reducir el riesgo del entrecruzamiento prematuro. La dilatación del troquel ocurre con los extruidos de caucho, ya que el polímero se encuentra en una condición muy plástica y presenta la propiedad de memoria (original). Aún no ha sido vulcanizado. 2.4.3 Calandrado: Este proceso implica pasar el material de caucho a través de una serie de espacios de tamaño decreciente entre un conjunto de rodillos rotatorios. El proceso del caucho debe operarse a temperaturas más bajas que las de los polímeros termoplásticos para evitar la vulcanización prematura. Asimismo, el equipo que se emplea en la industria del caucho es más pesado que el que se usa para los termoplásticos, ya que aquél es más viscoso y difícil de conformar. La salida del proceso es una hoja de caucho de espesor determinado por el espacio final entre los rodillos; de nuevo, en la hoja se da la expansión, lo que hace que el espesor sea ligeramente mayor que el tamaño del espacio. También se emplea calandrado para recubrir o impregnar textiles para producir telas con caucho. Hay problemas para producir hojas gruesas, sea por extrusión o calandrado. El control del espesor es difícil en el proceso original, y en el posterior ocurre un entrampamiento del aire. Estos problemas se resuelven en gran medida con la combinación de la extrusión y el calandrado en el proceso de troquel de rodillo .El troquel extrusor es una rendija que alimenta a los rodillos de calandrado.

14

Ilustración 3 Proceso con troquel de dorillo para extruir caucho

2.4.4 Recubrimiento: El recubrimiento o impregnación de telas con caucho es un proceso importante en la industria de éste. Estos materiales compuestos se emplean en las llantas para automóviles, bandas transportadoras, balsas inflables y telas impermeables para toldos, tiendas e impermeables. El recubrimiento de caucho sobre un sustrato de tela incluye varios procesos. Ya se vio que uno de los métodos para recubrir es el calandrado. La figura 14.3 ilustra una forma posible en la que se alimenta la tela a los rodillos del calandrado para obtener una hoja de caucho reforzado. Las alternativas del calandrado incluyen desnatado, inmersión y rociado. En el proceso de desnatado, se aplica una solución espesa de compuesto de caucho en un solvente orgánico a la tela conforme se desenrolla desde un carrete de abasto. La tela recubierta pasa por la herramienta de bisturí que desnata el solvente al espesor apropiado, y luego se lleva a una cámara de vapor en la que se quita el solvente por medio de calor. Como sugiere su nombre, la inmersión involucra inmersión temporal de la tela en una solución muy fluida de caucho, seguida por secado. De igual modo, en el rociado se utiliza una pistola para aplicar la solución de caucho.

15

Ilustración 4 Recubrimiento de tela con caucho, con el uso del proceso de calandrado.

2.4.5 Moldeo y fundición: Los artículos moldeados incluyen suelas de zapato y tacones, juntas y sellos, copas de succión y tapas de botella. Muchas partes de caucho espumado (hule espuma) se producen con moldeo. Además, éste es un proceso importante en la producción de llantas. Los principales procesos de moldeo de caucho son: 1) por compresión. 2) por transferencia. 3) por inyección. El moldeo por compresión es la técnica más importante debido a su uso en la manufactura de llantas. La cura (vulcanización) se lleva a efecto en el molde con los tres procesos, lo que representa una diferencia de los métodos para dar forma que ya se estudiaron, y requiere de una etapa separada de vulcanización. Con el moldeo por inyección del caucho, hay riesgos de una cura prematura similar a la que se enfrenta en el mismo proceso cuando se aplica a plásticos termofijos. Las ventajas del moldeo por inyección sobre los métodos tradicionales para producir piezas de caucho incluyen un mejor control dimensional, y menor duración del ciclo. Además de su uso en el moldeo de cauchos convencionales, el moldeo por inyección también se aplica a elastómeros termoplásticos. Debido a los altos costos del molde, se requiere que el moldeo por inyección se justifique con grandes cantidades de producción. 16

Para producir guantes de caucho y zapatón de goma se utiliza una forma de fundición llamada fundición por inmersión. Involucra la inmersión de un molde positivo en un polímero líquido (o una forma calentada en un plastisol) durante cierto tiempo (el proceso puede involucrar inmersiones repetidas) para formar el espesor deseado. Después se desmonta el recubrimiento de la forma y se cura para que haya entrecruzamiento del caucho.

2.5

Vulcanización

La vulcanización es el tratamiento que lleva a cabo el entrecruzamiento de las moléculas de elastómero, de modo que el caucho se vuelve más rígido y fuerte, pero mantiene su extensibilidad. La secuencia es de crucial importancia en el procesamiento del caucho. El proceso a escala submicroscópica se ilustra en la figura 14.4, en el que las moléculas de cadena larga del caucho se unen en ciertos puntos de enlace, el efecto de lo cual es reducir la capacidad que tiene el elastómero para fluir. Un caucho común suave tiene uno o dos entrecruzamientos por cada mil unidades (meros). Conforme el número de entrecruzamientos aumenta, el polímero se vuelve más rígido y se comporta más como plástico termofijo (caucho duro). La vulcanización, inventada por Goodyear, involucra el uso de azufre (alrededor de ocho partes por peso de S mezcladas con 100 partes de caucho natural) a una temperatura de 140 ºC (280 ºF) durante unas cinco horas. En el proceso no entra ningún otro producto químico. Hoy día, la vulcanización con sólo azufre ya no se emplea más como tratamiento comercial, debido a los periodos largos de cura. Otros productos, incluso óxido de zinc (ZnO) y ácido esteárico (C18H36O2), se combinan con dosis pequeñas de azufre a fin de acelerar y dar resistencia al tratamiento. El tiempo de cura resultante es de 15 a 20 minutos por llanta de un automóvil normal de pasajeros. Además, se han creado varios tratamientos de vulcanización sin azufre. En los procesos de moldeo con caucho, la vulcanización se lleva a cabo en el molde; la temperatura de éste se mantiene en el nivel apropiado para la cura. En otros procesos de formado, la vulcanización se lleva a cabo después de que la pieza ha sido formada. Los tratamientos por lo general se dividen en procesos por lote y procesos continuos. Los métodos por lote incluyen el uso de una autoclave, recipiente de presión calentado con vapor; y la cura con gas, en el que un gas inerte como el nitrógeno cura al caucho. Muchos de los procesos básicos hacen un producto continuo, y si la salida no se corta en piezas discretas, es apropiado aplicar vulcanización continua. Los métodos continuos incluyen vapor a alta presión, adecuado para 17

curar el caucho que recubre alambre y cable; el túnel de aire caliente, para extrusión celular y basamentos de carpeta; y cura con tambor continuo, en el que hojas continuas de caucho (por ejemplo, cinturones y materiales para pisos) pasan a través de uno o más rodillos calentados para efectuar la vulcanización.

Ilustración 5 Efecto de la vulcanización sobre las moléculas de caucho: 1) caucho crudo; 2) caucho vulcanizado (entrecruzado). Las variantes de (2) incluyen: a) caucho suave, baso grado de entrecruzamiento, y b) caucho duro, alto grado de entrecruzamiento.

18

3. MANUFACTURA DE LLANTAS Y OTROS PRODUCTOS DE CAUCHO Las llantas son el producto principal de la industria del caucho, que contribuye con tres cuartas partes del tonelaje total. Otros productos importantes incluyen suelas, mangueras, bandas transportadoras, sellos, componentes para absorber choques, productos de caucho espumado y equipo deportivo.

3.1 Llantas: Las llantas neumáticas son componentes críticos de los vehículos en que se usan. Soportan el peso del carro y el de los pasajeros y carga a bordo; transmiten el par del motor para impulsar el vehículo y absorben las vibraciones del camino y los impactos para brindar un viaje confortable. Se utilizan llantas en automóviles, camiones, autobuses, tractores agrícolas, equipo para movimiento de tierras, vehículos militares, bicicletas, motocicletas y aviones. Construcción de una llanta y secuencia de la producción Una llanta es el ensamble de muchas piezas, cuya manufactura es inesperadamente compleja. Una llanta de automóvil de pasajeros consiste en alrededor de 50 piezas individuales; la de un equipo grande para mover tierra puede llegar a tener 175. Para comenzar, hay tres construcciones básicas de llantas: a) De capas diagonales. b) Diagonal con cinturones c) De capas radiales. En los tres casos, la estructura interna de la llanta, conocida como carcasa, consiste en capas múltiples de cuerdas cubiertas de caucho, llamados capas. Las cuerdas son tiras de varios materiales tales como naylon, poliéster, fibra de vidrio y acero, que quitan la elasticidad para reforzar al caucho en la carcasa. La llanta de capa diagonal tiene las cuerdas en forma diagonal, pero en direcciones perpendiculares en capas adyacentes. Una llanta común en diagonal tiene cuatro pliegues. La llanta diagonal con cinturones está hecha de capas diagonales con sesgos opuestos, pero agrega varias capas alrededor de la periferia exterior de la carcasa. Estos cinturones incrementan la rigidez de la llanta en el área de estría y limitan su expansión diametral durante el inflado. Las cuerdas en el cinturón también corren en forma diagonal, como se indica en el esquema.

19

Ilustración 6 Cuerdas en el cinturón

Una llanta radial tiene pliegues que corren en forma radial en vez de diagonal; también usa cinturones alrededor de la periferia para proveer apoyo. Una radial con cinturones de acero es una llanta en la que los cinturones de la circunferencia tienen cuerdas hechas de acero. La construcción radial proporciona una pared lateral más flexible que tiende a reducir el esfuerzo sobre los cinturones y estrías cuando se deforman de modo continuo o en contacto con la superficie plana del camino durante la rotación. Este efecto va acompañado de una vida más larga de las estrías, mejora la estabilidad al dar la vuelta y en el manejo, y da un agarre mejor a velocidades altas. En cada tipo de construcción, la carcasa está cubierta de caucho sólido que alcanza un espesor máximo en el área de estrías; también está forrada por dentro con un recubrimiento de caucho. Para llantas con cámaras interiores, el forro interior es un recubrimiento delgado que se aplica a la capa más interna durante la fabricación. Para llantas sin cámaras, el forro interior debe tener permeabilidad baja, puesto que mantiene la presión del aire; por lo general se trata de un caucho laminado. La producción de llantas se resume en tres etapas: 1) preformar los componentes, 2) construir la carcasa y agregar bandas de caucho para formar las paredes y superficies de estrías, y 3) moldear y curar los componentes en una pieza integral. Las descripciones de estas etapas que siguen 20

son comunes; hay variantes en el proceso según la construcción, tamaño de llanta y tipo de vehículo en que se usará.

Preformar los componentes: la carcasa consiste en cierto número de componentes separados, la mayor parte de los cuales son caucho o caucho reforzado. Éstos, así como el caucho de la pared lateral y las estrías, se producen en procesos continuos y luego se cortan al tamaño y forma para el ensamble posterior. Los componentes, y los procesos de preformado para fabricarlos son: 











Rollos de talón: Alambre de acero continuo recubierto de caucho cortado, enrollado y con los extremos unidos. Capas: Tela continua (textil, naylon, fibra de vidrio, acero) cubierta de caucho en un proceso de calandrado y precortada al tamaño y forma. Forro interior: Para llantas con cámaras, el forro interior es con calandrado sobre la capa más interna. Para llantas sin cámara, el forro es calandrado como laminado de dos capas. Cinturones: Tela continua recubierta de caucho (como los pliegues, ya descritos), pero cortada en ángulos diferentes para tener mejor refuerzo; después se fabrica en cinturones multicapa. Estrías: Extruida como banda continua; después se corta y preensambla a los cinturones. Pared lateral: Se extruye como banda continua; luego se corta al tamaño y forma.

Construcción de la carcasa: La carcasa se ensambla por tradición con el uso de una máquina conocida como tambor de construcción, cuyo elemento principal es un árbol cilíndrico que rota. Alrededor de éste se construyen bandas precortadas que forman la carcasa en un procedimiento paso a paso. Las capas sucesivas que forman la sección transversal de la llanta están fijados en los lados opuestos del aro por dos rollos doblados. Los rollos de talón consisten en filamentos múltiples de alambre de acero de alta resistencia. Su función es brindar un soporte rígido cuando la llanta se monta en el aro de la rueda. Con las capas y rollos de talón se combinan otros componentes. Éstos incluyen varias envolturas y piezas de relleno para dar a la llanta la resistencia apropiada, resistencia al calor, retención de aire y ajuste al aro de la rueda. Después de que estas piezas han sido colocadas alrededor del árbol y se ha agregado el número apropiado de capas, se aplican los cinturones. A esto le sigue el caucho exterior, que se convertirá en la pared lateral y las estrías. En este punto del proceso, las estrías son bandas de caucho de sección transversal uniforme; el diseño de las estrías se agrega después, en el 21

moldeo. El tambor de construcción es plegadizo, de modo que la llanta sin acabado puede retirarse una vez terminada. En esta etapa, la forma de la llanta es aproximadamente tubular.

Ilustración 7 Llanta justo antes de retirarse del tambor de construcción, antes del moldeo y la cura.

Moldeo y cura:  Los moldes de las llantas por lo general son elementos de dos piezas (moldes deslizantes) y contienen el patrón de estrías que ha de imprimirse en la llanta. El molde está remachado a una prensa, una mitad sujeta a la placa superior (la tapa) y la mitad inferior sujeta a la placa de abajo (la base). La llanta sin curar se coloca sobre el diafragma extensible y se inserta entre las mitades del molde como se observa en la figura 14-7. Después, se cierra la prensa y el diagrama se expande, de modo que el caucho suave se comprime contra la cavidad del molde. Esto hace que se imprima el patrón de estrías al caucho. Al mismo tiempo, éste se calienta, tanto desde el exterior del molde y desde el interior del diafragma. Para calentar este último se emplea agua caliente o vapor en circulación. La duración de este paso de cura depende del espesor de la pared de la llanta.

Una llanta de automóvil común de pasajeros se cura en alrededor de 15 minutos. Las llantas de bicicleta se curan en cuatro minutos, mientras que las llantas para equipos grandes para mover tierras requieren varias horas de cura. Una vez terminada ésta, la llanta se enfría y se quita de la prensa.

22

Ilustración 8 Moldeo de llantas (se muestra la sección transversal de una llanta): 1) se coloca la llanta sin cura sobre un diafragma extensible; 2) el molde se cierra y el diafragma se expande para forzar el caucho sin curar contra la cavidad del molde.

3.2 Otros productos de caucho La mayoría de productos de caucho están hechos con procesos menos complejos. Las bandas de caucho se emplean mucho en transportadores y sistemas mecánicos de transmisión de potencia. Igual que con las llantas, el caucho es un material ideal para estos productos, pero la banda debe tener poca o ninguna elasticidad a fin de que funcione. En concordancia, se refuerza con fibras, por lo común poliéster o naylon. Las telas de estos polímeros por lo general se recubren en operaciones de calandrado, se ensamblan juntas para obtener el número de pliegues y espesor requeridos, y después se vulcaniza por medio de procesos continuos o de calentamiento por lotes. Una manguera de caucho puede ser sencilla o reforzada. La manguera sencilla es un tubo extruido. El tubo de refuerzo consiste en un tubo interior, una capa de refuerzo (a veces denominada carcasa) y una cubierta. El tubo interno se extruye de un caucho compuesto para la sustancia particular que fluirá por él. La capa de refuerzo se aplica al tubo en forma de tela, espiral, tejida, trensada u otro método de aplicación. La capa exterior está compuesta para resistir las condiciones ambientales. Se aplica por extrusión, con el uso de rodillos o de otras técnicas. Los componentes de calzado incluyen

23

suelas, tacones, zapatones de goma y ciertas piezas superiores. Para fabricar componentes de calzado se usa una variedad de cauchos. Las piezas moldeadas se producen por inyección, compresión y ciertas técnicas especiales de moldeo creadas por la industria del calzado; los cauchos incluyen variedades tanto sólida como espumada. En ciertos casos, para un volumen bajo de producción, se utilizan métodos manuales para cortar el caucho de un suministro sencillo. El caucho se usa mucho en equipo y artículos deportivos, que incluyen superficies de paletas para ping pong, mangos de palos de golf, sacos de golpeo para futbol americano y pelotas deportivas de varias clases. Por ejemplo, las pelotas de tenis se fabrican en número significativo.

24

CONCLUSIÓN Desde su extracción natural y fabricación artificial; la obtención del caucho conlleva una serie de procesos complejos que dan como resultado un material que tiene una amplia aplicación en la fabricación de muchos productos (zapatos, llantas, piezas mecánicas, juguetes etc.), debido a esto es de vital importancia el estudio de este material (sus componentes, métodos de fabricación) lo que ha permitido un avance significativo en la tecnología de fabricación y en la calidad del producto terminado.

BIBLIOGRAFÍA 

(GROOVER )Fundamentos de manufactura moderna, Pag 307-319

25