Proceso de vulcanización
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Vulcanización
El caucho crudo, obtenido mediante la adición de aditivos al polímero, es un material con un comportamiento plástico, no elástico. Para lograr las características elastoméricas deseadas, es necesario un tratamiento térmico particular llamado vulcanización, útil tanto para mejorar las propiedades como para impartir elasticidad al material a través de la reticulación de las cadenas de polímero. Las cadenas de polímero antes de la vulcanización están retorcidas sobre sí mismas, unidas entre sí por fuerzas intermoleculares débiles. La vulcanización, de hecho, conduce a la formación de enlaces químicos transversales de una cadena a otra: de esta manera, a partir de una maraña de cadenas individuales se crea una red continua y tridimensional. Después de la vulcanización, el caucho adquiere propiedades elastoméricas, y el producto adquiere estabilidad dimensional. El proceso de vulcanización depende exponencialmente de la temperatura y, como en todas las reacciones químicas, exotérmicas o endotérmicas (como la vulcanización), a medida que aumenta la temperatura, la velocidad de reacción también aumenta (a un aumento de aproximadamente 10 ° C, la temperatura corresponde a aproximadamente la mitad del tiempo requerido para completar la vulcanización). A nivel industrial, por esta razón, se hacen esfuerzos para operar a temperaturas más altas permitidas, a fin de reducir el tiempo del proceso tanto como sea posible. Sin embargo, se cumple el límite de resistencia a las altas temperaturas del caucho. De hecho, puede ocurrir el fenómeno de reversión, que es una descomposición química del producto vulcanizado, causada por sobre-vulcanización. En este caso, el caucho sobre vulcanizado se ablanda y pierde elasticidad elástica, volviéndose pegajoso.
La primera sección de la curva (de 1 a 2) nos da información sobre la abrasión del compuesto. Desde el punto (2) comienza la vulcanización) hasta el punto 3 tenemos el período de inducción, que es el tiempo necesario para encontrar un aumento significativo en el módulo y, por lo tanto, en la viscosidad de una mezcla cruda durante el proceso de vulcanización. Desde el punto (3), el par aumenta rápidamente, ya que a medida que se produce la vulcanización, el compuesto adquiere carga y módulo, por lo tanto, el esfuerzo de la herramienta aumenta hasta el punto (4) donde la vulcanización se presumiblemente se completa y se obtienen las mejores propiedades . Entre los puntos (4) y (5) se indica la meseta, es decir, cada elastómero alcanza su propia meseta característica donde las características permanecen constantes durante un cierto período de tiempo, tanto variando la duración de la vulcanización mientras se mantiene constante la temperatura, como cambiando la temperatura y manteniendo constante la duración de la vulcanización. Más allá del punto (5), si la vulcanización se prolonga demasiado, existe la llamada reversión: el compuesto se sobre vulcaniza y hay una disminución progresiva de las propiedades mecánicas y físicas.
Existen principalmente dos tipos de vulcanización: vulcanización continua y vulcanización a presión. Dependiendo del tipo de vulcanización, la forma y el grosor del producto, las temperaturas óptimas para este proceso pueden variar desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 300°C, mientras que los tiempos requieren de unos pocos segundos a varias horas. Las presiones involucradas también varían considerablemente, desde unos pocos bares hasta 300 bares.
Vulcanización continua
En este tipo de proceso, la vulcanización y la formación se llevan a cabo de forma continua, en una sola fase operativa. El principio general de operación es dejar que el producto pase a través de un baño de sal, un túnel de aire caliente, vapor o una mezcla de ambos. En el caso de los cables, la vulcanización se realiza a través de largas tuberías calentadas por vapor con presiones de 6 a 12 bar y más. Generalmente estas plantas están dispuestas horizontalmente pero también hay plantas verticales.
Vulcanización con vapor
En el túnel de vulcanización, de aproximadamente 80 - 100 m de largo, la velocidad depende de la cantidad de material, el tipo de receta utilizada, etc. Dentro del túnel hay vapor de agua a una presión de 6 ÷ 20 atm y a una temperatura de 140 ÷ 205 ° C, necesaria para la reticulación. El sello de vapor en la parte inicial del tubo de vulcanización está garantizado por el caucho extruido. La vulcanización real se lleva a cabo en los primeros 60 - 80 metros de longitud del tubo, porque los últimos 20 metros están llenos de agua líquida, introducida a temperatura ambiente.
Sales fundidas (catenaria)
Las sales fundidas se utilizan con excelentes resultados en la vulcanización de perfiles de goma y ofrecen las siguientes ventajas:
- Alta velocidad de vulcanización.
- Los perfiles tienen una superficie libre de porosidad.
- La sal fundida tiene una estabilidad térmica prolongada.
- Excelente protección contra agentes corrosivos.
- Los perfiles de goma tienen menos impurezas (más fáciles de limpiar)
- Son adecuados para temperaturas superiores a 180°C
Vulcanización en prenza
En la vulcanización de la prensa, se utilizan prensas en caliente de las más diversas técnicas de construcción. Este método, utilizado en este estudio, se basa en el principio de que una cierta cantidad de mezcla no vulcanizada se coloca en un molde de metal precalentado y se ejerce presión sobre él. De esta manera, la mezcla se ablanda, fluye y llena las cavidades del molde. Después de un cierto período de tiempo, se convierte en un cuerpo elástico, ya no es termoelástico y, por lo tanto, puede retirarse del molde aún caliente. El proceso de vulcanización en la prensa generalmente toma al menos diez minutos para completarse adecuadamente.