Adhesión de elastómeros
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Adhesión de elastómeros
Unir un elastómero consigo mismo o con elastómeros diferentes es una característica ampliamente utilizada en la fabricación de productos a base de elastómeros tales como cintas transportadoras y mangueras. La fuerza de la articulación depende principalmente del tiempo de contacto íntimo entre las superficies. Se encuentra que otros factores como la polaridad, el peso molecular y la temperatura de contacto íntimo influyen en la fuerza de la adhesión interfacial y el tiempo necesario para lograr la fuerza total de la junta. Al unir un elastómero consigo mismo (autoadhesión) o con elastómeros diferentes (adhesión mutua), es esencial llevar las superficies a un contacto íntimo bajo presión. Siempre que las superficies se mantengan bajo presión durante un período de tiempo suficiente, la adhesión interfacial puede aumentar con el tiempo, alcanzando eventualmente su máxima resistencia posible. Hay al menos dos procesos principales que ocurren en la interfaz que contribuyen al desarrollo de la adhesión interfacial.
- El primero es un aumento en el área de contacto íntimo real a nivel molecular). A menudo, las superficies de elastómero son irregulares y contienen cráteres y asperezas que reducen el área disponible para el contacto interfacial entre las superficies participantes. Además, los contaminantes como la grasa o los gases pueden quedar atrapados en la interfaz, lo que reduce aún más el área de contacto; sin embargo, siempre que se aplique una presión suficiente a la junta y se permita el tiempo suficiente, estos inhibidores pueden difundirse desde la región de la interfaz hacia la mayor parte del elastómero, facilitando el contacto real completo a nivel molecular.
- En segundo lugar, tras la consecución del contacto molecular real, las cadenas de elastómero pueden difundirse a través de la interfaz hacia la masa opuesta y enredarse físicamente con otras cadenas. Este mecanismo mejora la fuerza de la adhesión interfacial. El proceso de interdifusión de cadenas está influenciado por la movilidad y la libertad de las cadenas moleculares para difundirse a través de la interfaz y está gobernado fundamentalmente por el coeficiente de difusión del elastómero. El aumento de la temperatura de contacto íntimo o la disminución del peso molecular del elastómero reduce la viscosidad del material y ayuda a las superficies a humedecerse más eficazmente en la interfaz o acelera el proceso de interdifusión de cadena.
INFLUENCIA DE LA POLARIDAD EN LA RESISTENCIA DE LAS ARTICULACIONES INTERFACIALES
Para que dos polímeros sean miscibles, la energía libre de mezcla de Gibb (∆Gmix ) dada por la expresión debe ser negativa :
∆Gmix = ∆Hmix - T∆Smix
donde el término de entalpía ∆Hmix es esencialmente independiente de peso molecular y es una medida del cambio de energía asociado con las interacciones intermoleculares y el término de entropía ∆Smix mezcla está asociado con el cambio en las disposiciones moleculares. La magnitud del cambio de entropía es esencialmente una función inversa del peso molecular de los polímeros que se mezclan y es probable que sea pequeña. Por tanto, Mlmix es el parámetro que determina la miscibilidad de los polímeros de alto peso molecular (ver Aleaciones y mezclas).
Para dos polímeros no polares con parámetros de solubilidad σ1 y σ2 , ∆Hmix se puede expresar como :
∆Hmix ∞ (σ1 - σ2)²
La miscibilidad a escala molecular es posible cuando la diferencia en los parámetros de solubilidad de los dos polímeros es muy pequeña. Sin embargo, este rara vez es el caso, por lo que ∆Hmix es mayor que T∆Smix y, por lo tanto, los pares de polímeros no polares generalmente no pueden satisfacer las condiciones de miscibilidad. Para los polímeros polares, que permiten que se produzcan interacciones específicas, ∆Hmix puede ser negativo, por lo que la mezcla puede tener lugar en la interfaz entre los polímeros creando una buena resistencia de la unión.
El fenómeno de la adhesión interfacial entre elastómeros puede atribuirse principalmente a un aumento en el área de contacto íntimo real entre las superficies y un mecanismo de interdifusión en la interfaz. Es cierto que el alcance exacto o la naturaleza de las contribuciones realizadas por estas fuentes no se conoce de inmediato. Otros factores que pueden estar gobernando el proceso de adhesión aún no se comprenden completamente. Queda por ver en qué medida exactamente los factores antes mencionados pueden estar influyendo en los fenómenos medidos en los ensayos de adhesión y cómo se pueden explicar los incrementos inesperados en la fuerza de adhesión interfacial entre elastómeros químicamente incompatibles.