Capitulo 11

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• Capitulo 11
• Efecto de los fluidos no corrosivos
• Llamamos fluidos no corrosivos a aquellos fluidos
  tales como los disolventes, grasas y aceites, que
  si bien pueden hinchar y ablandar y por tanto
  degradar las propiedades mecánicas de los
  elastómeros, no atacan químicamente las cadenas
  moleculares. Su efecto es reversible,
  recuperando el vulcanizado su dureza y
  propiedades mecánicas iniciales una vez el
  fluido absorbido haya sido evaporado.
  Contrariamente, los líquidos corrosivos, como
  ácidos y bases, atacan irreversiblemente la
  cadena fundamental de los vulcanizados causando
  daños irreparables, dejando sin posibilidad de
  regeneración las propiedades mecánicas
  originales del compuesto.
• El efecto de los disolventes en los polímeros ya
  fue estudiado por Hildebrand y Scott en 1924.
  Posteriores teorías sobre solubilidad de los
  polímeros han sido desarrolladas por Flory y
  Huggins. Pero la más importante publicación
  práctica para los ingenieros fue publicada por
  Burrell en 1955.
• Las moléculas de un disolvente van penetrando
  hacia el interior de la masa del polímero,
  aprovechando los espacios vacíos que dejan las
  moléculas en su movimiento browniano. Como
  consecuencia, el polímero se va hinchando hasta
  alcanzar un punto de equilibrio, o se puede
  disolver completamente si no está reticulado. Se
  ablandará, aumentará de volumen y todas sus
  propiedades mecánicas se degradarán notablemente.
  La velocidad de difusión hacia adentro se puede
  estudiar por las leyes de la difusión de Gibb,
  las cuales exigen conocer el coeficiente de
  difusión de los disolventes en cada polímero. La
  posibilidad de que esto ocurra puede predecirse
  de la comparación de los valores de la energía
  cohesiva de disolvente y polímero, o más
  prácticamente por la raiz cuadrada de este valor
  llamado parámetro de solubilidad. Si la
  diferencia entre los parámetros de solubilidad es
  igual o menor a 1.2, el disolvente hinchará
  fuertemente al polímero. E incluso lo disolverá
  si no está reticulado. Sin embargo hay que tener
  en cuenta otros factores como el grado de
  cristalinidad, la facilidad para formar enlaces
  de hidrógeno, la polaridad y la temperatura, lo
  cual hace difícil la predicción.
• Paralelamente al fenómeno de hinchamiento, puede
  ocurrir un fenómeno de extracción de algún
  ingrediente del vulcanizado, particularmente de
  algún plastificante por el líquido, lo que tiende
  a disminuir el volumen. Según predomine un efecto
  u otro el resultado final será un hinchamiento o
  una contracción. El técnico creador del compuesto
  tiene la posibilidad teórica de igualar la
  velocidad de hinchamiento con la velocidad de
  extracción, consiguiendo una estabilidad mayor
  del vulcanizado frente a la acción de un líquido
  determinado.

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• La Norma ISO 1817 trata de los ensayos de
  evaluación del comportamiento de los vulcanizados
  frente a líquidos. Describe los siguientes
  métodos
• Determinación del cambio de volumen, del cambio
  de masa o de los cambios dimensionales tras la
  inmersión.
• Determinación de la materia soluble extraída.
• Determinación de los cambios de las propiedades
  físicas ( microdureza y tracción) tras la
  inmersión o tras la inmersión seguida de secado
  posterior.
• Ensayos con líquidos actuando sobre una sola cara
  del artículo, como en los diafragmas.
• La Norma establece que en lo posible los
  ensayos de inmersión se deben realizar con los
  líquidos reales que estarán en contacto con los
  vulcanizados. Pero con fines teóricos con vista
  al estudio del comportamiento general de un
  determinado tipo de caucho, asi como con fines de
  clasificación se definen varios líquidos de
  ensayo que no corresponden a ningún producto real
  comercial.
• La Norma ISO establece los siguientes
  líquidos de ensayo
• Tres aceites
• Aceite No 1 con un punto de anilina de 124, que
  produce poco hinchamiento.
• Aceite No 2, con un punto de anilina de 93, que
  produce un hinchamiento medio.
• Aceite No 3, con un punto de anilina de 70, que
  produce un alto hinchamiento.
• Estos tres aceites ISO se corresponden
  exactamente con los aceites ASTM números 1, 2 y 3
• Siete tipos de combustible (fuel) sin alcohol
• A Un liquido de isooctano puro 100
• B Una mezcla de isooctano y tolueno, 70/30 en
  volume
• C Una mezcla de isooctano y tolueno, 50/50 en
  volumen
• D Una mezcla de isooctano y tolueno, 60/40 en
  volume
• E Tolueno 100
• F Una mezcla de n-parafinas entre 12 y 18
  atomos de carbono y metilnaftaleno, 80/20 en
  volumen.

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• Liquido 1 Mezcla de isooctano/tolueno/di-isobutil
  eno/etanol, 30/50/15/5
• Líquido 2 Mezcla de Líquido 1/metanol/agua,
  84.57/15/0.5
• Líquido 3 Mezcla de isooctano/tolueno/etanol/met
  anol, 45/45/7/3
• Líquido 4 Mezcla de isooctano/tolueno/metanol,
  42,5/42.5/15
• Tres líquidos especiales para simular los
  lubricantes sintéticos, los liquidos hidráu licos
  de alta presión y los liquidos hidráulicos de
  ésteres fosfóricos de aviación
• Líquido 101 Mezcla de sebacato de 2-etilhexilo
  y fenotiacina, 99.5/0.5
• Líquido 102 Mezcla de aceite patrón No1 y de un
  aditivo que contiene azufre, fosforo y nitrógeno.
• Líquido 103 Fosfato de tri-n-butilo.
• Recordemos ( Capítulo 3), que la Norma ASTM
  D-2000 clasifica los materiales elastoméricos por
  tipo y clase, siendo la clase la que especifica
  la resistencia a los aceites. Combinando el tipo
  (resistencia a la temperatura) con la clase, la
  misma Norma señala las combinaciones más usuales
  encontradas en los compuestos comerciales
• AA Caucho natural,SBR,butilo,EP,polibu
  tadieno. (70 C y no resistencia aceites)
• AK Polisulfuros (70 C y 10
  hinchamiento en Aceite ASTM No 3)
• BA EPDM,butilo (100 C y no
  resistencia aceites)
• BC Cloroprenos (100 C y 120
  hinchamiento)
• BE Cloroprenos (100 C y 80
  hinchamiebnto)
• BF NBR (100 C y 60 hinchamiento)
• BG NBR, poliuretanos (100 C y 40
  hinchamiento)
• BK Polisulfuros,NBR (100 C y 10
  hinchamiento)
• CA EPDM (125 C y no resistente al
  hinchamiento)

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• FK Siliconas fluoradas (200 C y 10
  hinchamiento)
• GE Siliconas (225 C y 80 hinchamiento)
• HK Elastómeros fluorados (Viton,Fluorel,etc.
  ) (250 C y 10 hinchamiento)
• Como se observa, se tienen muchos polímeros para
  cumplir especificaciones del formato AA (hasta 70
  C y sin exigencia de resistencia a los aceites).
  Pero para exigencias HK (250 C y máximo
  hinchamiento del 10) solo disponemos de los
  cauchos fluorados. La resistencia a los aceites
  es progresivamente ascendente en la serie
• CloroprenoltHypalonltnitrilo,epicloridrina,poliureta
  noltpoliacrílicoltfluorsiliconaltViton
• Los lubricantes y fluidos hicráulicos pueden
  tener como base aceites vegetales, minerales o
  sintéticos. Además todos tienen aditivos como
  antioxidantes, inhibidores de corrosión,
  detergentes, mejoradores del índice de
  viscosidad, inhibidores de espuma, aditivos par
  alta presión, etc., que pueden atacar al
  caucho,dificultando la elección a priori del tipo
  de elástómero más adecuado para cada aceite. Son
  necesarios ensayos de resistencia con los fluidos
  reales.Es de notar que un caucho como el EPDM no
  resistente a los aceites minerales, es muy
  resistente a ciertos aceites o fluidos
  sintéticos,mientras que un fluoelástomero no
  sería recomendable en absoluto para el mismo
  aceite. El próximo capítulo (capítulo 12)
  contiene una tabla con las resistencias
• a los fluidos corrosivos y no corrosivos de los
  elastómeros más comunes.
• En general los cauchos polares se hincharán en
  liquidos polares y los cauchos no polares se
  hincharán asimismo en líquidos no polares.
• Cauchos más o menos polares como cloroprenos,
  nitrilos, Hypalon, poliacrilatos y poliuretanos
  se hincharán en disolventes polares como cetonas
  y ésteres, pero resistirán liquidos no polares
  como gasolinas, aceites parafínicos y nafténicos.
• Cauchos con baja polaridad como natural, SBR,
  polibutadieno,butilo y EPDM serán resistentes a
  los liquidos polares citados y se hincharán en
  los no polares.
• Los fluoelastómeros como el Viton y similares
  poseen la más alta resistencia a la temperatura y
  productos químicos. Sin embargo no deben usarse
  con disolventes polares como ésteres y cetonas,
  ácidos orgánicos como fórmico y acético, metanol,
  fluidos hidráulicos del tipo ester fosfórico,
  fluidos de frenos basados en glicoles, amoniaco y
  aminas.

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Los cauchos de tipo NBR (nitrilos) son los más
usados en aplicaciones de exigencias medias de
resistencia a los aceites y combustibles. A
continuación podemos ver un ejemplo típico de un
compuesto de nitrilo. Recordemos que el
ensayoASTM D573 se realiza durante 70 horas en
aire a 100 C y que el ASTM D471 se realiza en
aceite ASTM No 3 durante 70 horas a 100 C. En
este caso el ensayo de inmersión en Fuel B se
realizó a 25 C.
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(No Transcript)
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• La industria automotriz es el motor y el mayor
  consumidor de productos de caucho en el mundo. Un
  automóvil puede tener hasta 700 piezas
  elastoméricas, que suponen un 4 de su peso
  total. Por supuesto que las llantas constituyen
  el mayor porcentaje. Es interesante conocer qué
  tipos de caucho son usados en los vehículos
• CAUCHO NATURAL Sus excelentes propiedades
  mecánicas y dinámicas lo hacen imprescindible en
  la fabricación de elementos antivibratorios como
  los soportes de motor, asi como en mezclas con
  SBR y CB, en los diversos componentes de una
  llanta.
• Las llantas radiales han incrementado el consumo
  de caucho natural en el mundo.
• No resiste aceites, ni ozono y su resistencia a
  la temperatura está limitada a unos 70 C de
  trabajo continuo. Por esta razón en automóviles
  muy compactos, donde las temperaturas pueden
  elevarse por encima de su límite, se sustituyen
  los soportes de motor de caucho natural por otros
  soportes fabricados con otros cauchos, como
  cloroprenos, EPDM y Parel.
• CAUCHO SBR Y CB En mezclas entre sí y con caucho
  natural proporcionan el delicado equilibrio entre
  resistencia a la abrasión, buena tracción y baja
  resistencia al rodado que exigen las llantas
  modernas. El SBR y el caucho natural son los
  cauchos de mayor consumo mundial y también los de
  menor precio.
• CAUCHO EPDM No resiste aceites, pero tiene
  excelente resistencia a la oxidación, al ozono,
  luz, intemperie y temperatura (120 C). Resiste
  muy bien ciertos líquidos hidráulicos sintéticos,
  asi como los líquidos de frenos. Las mangueras de
  radiador y los perfiles de vidrios y puertas son
  hechos típicamente con EPDM. También se usa en
  mezclas con otros cauchos en los costados de las
  llantas aprovechando su resistencia al ozono
• CAUCHOS NITRILOS Dependiendo de su contenido en
  acrilonitrilo los nitrilos son los cauchos de uso
  general para productos resistentes a los aceites
  y temperaturas hasta de aproximadamente 110 C.
  Mangueras para gasolina, retenedores, empaques,
  mangueras hidráulicas se fabrican en cauchos
  nitrilo. Sin embargo estos elastómeros no
  resisten muchos fluidos sintéticos, ni las
  gasolinas con alcohol.
• CAUCHOS ACRILICOS Constituyen la opción
  siguiente a los nitrilos cuando las condiciones
  de temperatura se endurecen. Pueden resistir
  aceites a 125 C y temperaturas de 150 C.
  Retenedores y sellos de transmisión para altas
  especificaciones son las aplicaciones más
  frecuentes.
• FLUOELASTOMEROS La familia de cauchos con las
  más altas prestaciones en cuanto a temperatura y
  resistencia a los aceites se refiere. Pueden
  resistir temperaturas de 250 C con bajo
  hinchamiento en aceites minerales. Además su bajo
  coeficiente de fricción los hace muy útiles para
  retenedores en ejes giratorios.
  Desafortunadamente su precio es muy alto.
  Recordemos que estos polímeros no resisten todo y
  tienen sus limitaciones que ya señalamos
  anteriormente.

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• NITRILO HIDROGENADO Esta interesante familia de
  cauchos tiene cada día más importancia,
  superando a los fluoelástomeros en algunas
  aplicaciones críticas de explotación del petróleo
  donde se utilizan fluidos con aditivos básicos
  como inhibidores de corrosión. Sus propiedades
  mecánicas pueden ser excelentes.
• CAUCHO CSM (HYPALON) Es usado en caperuzas de
  bujías y cables de alta. Resiste
  extraordinariamente el efecto corona producido
  por las descargas eléctricas de alto voltaje.
  Tambien es inherentemente resistente al ozono y
  posee una alta resistencia química a ácidos y
  bases.
• BUTILO Y HALOBUTILOS Desde siempre se han
  utilizado en la fabricación de las cámaras de
  aire por su baja permeabilidad al aire y
  modernamente en la parte interna de las llantas
  sin cámara. Por otra parte, su alta resistencia a
  la temperatura los hacen muy adecuados para
  mangueras de radiador. Con butilo se fabrican
  grandes cantidades de masillas y sellantes que
  impermeabilizan las carrocerías de los
  vehículos.
• CAUCHOS TERMOPLASTICOS (TPE,s) Están ganando
  terreno día a día en aplicaciones automotrices
  sustituyendo a los clásicos cauchos vulcanizados.
  Su potencial es muy alto que se incrementará a
  medida que vayan apareciendo nuevos tipos más
  resistentes a la temperatura y a los aceites, así
  como al creep y compresion set. Aplicaciones
  típicas son tubos flexibles, retenedores y
  perfiles.