A grandes rasgos, los campos de actuación del caucho podrían definirse como “sellar, amortiguar, transportar”. Estas tres palabras suponen mucho más de lo que parece a simple vista, ya que los productos de caucho actúan mayormente de forma oculta, de modo que la extrema versatilidad del material pasa casi totalmente desapercibida para una persona profana. Los productos de caucho, por ejemplo, sellan desde los tejados de los grandes estadios hasta pequeñas ampollas médicas, permiten que los trenes se deslicen suavemente, que los motores trabajen silenciosamente, reducen el consumo de energía en los sistemas transportadores de cinta, facilitan la rotación en las instalaciones de energía eólica, proporcionan un tacto suave a los elementos de mando, protegen a las personas contra las sustancias peligrosas en forma de trajes de seguridad, transmiten la energía en forma de correas y transportan fluidos en forma de mangueras, en los hogares, en la industria y en la medicina.
Desde la invención del caucho sintético hace 100 años, el material ha ido recibiendo continuamente nuevas propiedades, totalmente específicas, en una enorme variedad de polímeros diferentes. Durante los últimos años se han producido desarrollos importantes, como por ejemplo en las aplicaciones bajo capó, donde las condiciones son cada vez más extremas. Actualmente, incluso las mangueras y juntas más sencillas deben resistir temperaturas continuas de 150 °C. Los picos térmicos de hasta 180 °C y los medios agresivos, como por ejemplo combustibles y aceites para motores, así como varios millones de ciclos de trabajo, provocan el fracaso de los elastómeros convencionales. Generalmente, los productos especiales de caucho fluorado, tales como el FKM, son un clásico para obtener resistencia térmica y química, aunque frecuentemente resultan más difíciles de procesar que los tipos estándar. Hace algunos años, DuPont Performance Elastomers logró un gran éxito con los tipos de Viton fabricados con APA (APA = Advanced Polymer Architecture). Las características de fluencia, reticulación y desmoldeo obtenidas de este modo son similares a las de los cauchos fluorados estándar, mientras que las características de los productos finales están a la par de los productos especiales de máximo rendimiento.
Si se aborda desde el otro lado, es decir, el de la facilidad de procesamiento, destaca la silicona líquida (LSR), aunque su alta resistencia a la temperatura contrasta con una resistencia sólo moderada a los productos químicos orgánicos. La solución llegó, entre otros, a través de Wacker, que desarrolló siliconas líquidas fluoradas (FLR) que se caracterizan por una buena resistencia a los aceites para motores incluso a altas temperaturas.
Momentive Performance Materials dio un paso más con las siliconas líquidas totalmente fluoradas (FFSL). Al igual que las FLR, son resistentes al gasóleo y a los aceites calientes, pero además también presentan una resistencia química superior a la altura de las siliconas fluoradas de reticulación peroxídica (FVMQ). Éstas se utilizan en general allí donde se necesita combinar una excelente flexibilidad térmica con buena resistencia a los combustibles, aceites y gases de soplado.
El caucho proporciona cierres herméticos en frascos.
Cauchos en el automóvil
Los elastómeros fluorados se utilizan también para el biodiésel, que pese a su condición de medio ecológico, se ha mostrado especialmente agresivo frente a los materiales convencionales de juntas y mangueras. Un tipo de FPO desarrollado por Dyneon especialmente para esta aplicación mostró una buena resistencia en los ensayos de larga duración a 150° C frente a la variante de biodiésel más corriente en Europa, el éster metílico de aceite de colza.
Si bien los cauchos fluorados poseen unas propiedades que los hacen muy indicados para las exigentes aplicaciones en el compartimiento del motor de los automóviles, tienen un inconveniente común: su precio relativamente alto. Por este motivo se perfeccionó el caucho acrílico como alternativa para algunas aplicaciones, ya que su eficacia estaba demostrada. Por ejemplo, Zeon ofrece un material de este tipo con sus elastómeros de poliacrilato de alta temperatura HyTemp (HT-ACM). Resultan apropiados para el uso continuado bajo temperaturas de 175° C y para picos térmicos de hasta 200° C junto con aire, aceite para motores, aceite para engranajes y gasóleo. Garantizan una flexibilidad hasta -35° C sin apenas modificación de la dureza y aumento de volumen. Con la entrada del nuevo HyTemp AR212HR en esta gama de productos se desarrolló un tipo pensado especialmente para el procedimiento de extrusión. De este modo es apropiado para mangueras de aire de turbocompresores, mangueras para radiadores de aceite de engranajes (TOCH) y cubiertas para cables de automóviles e industriales bajo temperaturas de servicio continuas de hasta 175° C. También DuPont Performance Elastomers ha adaptado sus cauchos de acrilato de etileno Vamac a los nuevos requisitos. La serie GXF es una buena solución cuando se necesita una alta resistencia dinámica con altas temperaturas y la agresión por parte de aceites.
El pionero del caucho, Lanxess, se ha encargado de preparar otro clásico para las nuevas exigencias. Los cauchos de nitrilo hidrogenados (HNBR) han ganado prestigio en los campos de aplicación avanzados, con temperaturas de 150° C, en aire caliente y cargado con vapores de aceite. Los tipos HNBR Therban TA vuelven a aumentar el potencial de este elastómero de alto rendimiento. Son menos viscosos que los cauchos HNBR convencionales y, en consecuencia, más fáciles de procesar. Pueden extraerse de la boquilla de la instalación de inyección con una menor presión, se mezclan fácilmente con otros componentes de caucho, como por ejemplo hollín, y necesitan muchos menos productos químicos auxiliares para su procesamiento que los HNBR clásicos. Además de las ventajas de procesamiento, la mayor admisión de material de relleno ofrece una mayor libertad para ajustar la dureza y la deformación permanente. Con el incremento de la proporción de nitrilo acrílico se pudo implementar el caucho HNBR también en las aplicaciones de biocombustible.
Los elastómeros termoplásticos
Gracias a su mayor facilidad de procesamiento, el grupo de materiales de los elastómeros termoplásticos (TPE), pese a ser relativamente nuevo, cada vez está presente en un mayor número de aplicaciones en el sector de automoción. Los nuevos elastómeros, que pueden refundirse como termoplásticos, estaban limitados en principio a aplicaciones suaves al tacto en el habitáculo del vehículo o en las molduras interiores y exteriores, pero ahora se han penetrado también bajo el capó, donde reemplazan en parte el uso clásico de los cauchos.
Por ejemplo, el proveedor de automoción francés MGI Coutier fabrica conductos de aire para el compartimiento del motor utilizando elastómeros de copoliéster termoplásticos (TPE-E) Arnitel de DSM Engineering Plastics, Países Bajos. MGI Coutier afirma que la gran cristalinidad de este tipo de material mejora el rendimiento, especialmente a altas temperaturas. En comparación con el caucho, el grosor de las paredes y el peso se pudieron reducir hasta en un 70%. A ello hay que añadirle un alto punto de fusión, que permite picos térmicos de hasta 175 °C. El copoliéster termoplástico soporta temperaturas de uso continuo de 150 °C, desde 800 hasta 1.000 horas, con lo que el fabricante recibe un módulo de elasticidad 3 veces superior al de los materiales predecesores.
Los vulcanizados termoplásticos (TPV) también resultan apropiados para las altas temperaturas del compartimiento del motor. En la serie de productos Zeotherm, el fabricante de caucho japonés Zeon ofrece diferentes tipos de TPV para el moldeo por inyección y moldeo por soplado. Resisten a temperaturas continuas de hasta 150 °C y a picos térmicos de hasta 175 °C. Además, se adhieren a la poliamida, lo que los hace apropiados para la fabricación de piezas de 2 componentes. El material se usa, por ejemplo, para conductos de aire (radiador del aire de admisión) y manguitos para la columna de dirección. Esto proporciona una gran estanqueidad y aislamiento en las condiciones del compartimiento del motor. Además, es apropiado para manguitos aislantes en las líneas de admisión de los motores turbodiésel, donde generalmente se usa caucho AEM.
Con una resistencia a temperaturas de hasta 170 °C y, al mismo tiempo, resistencia a los aceites de motores y de engranajes, las propiedades del TPV Hipex de Kraiburg TPE se pueden comparar a las de los compuestos de caucho de alto rendimiento. El material con base de copolímeros de bloque de estireno hidrogenados (HSBC) se adhiere además sobre todos los componentes sólidos importantes (PA, POM y PBT) en el compartimiento del motor, facilitando de esta forma la fabricación de piezas de dos componentes en comparación con el caucho ACM o AEM, ya que no se necesita vulcanización.
Debido a las múltiples posibilidades de combinación de fases o bloques de polímeros elásticos y termoplásticos, los TPE forman parte de los elastómeros de desarrollo más dinámico, gracias a lo cual continuamente encuentran nuevas aplicaciones, incluso fuera de la automoción. Un ejemplo sería la tecnología médica. Además de su facilidad de procesamiento, están ausentes de residuos de vulcanización gracias a la supresión de la reticulación, algo muy importante para las aplicaciones médicas. Kraiburg TPE ha tenido en cuenta esta tendencia recientemente con una gama de productos totalmente nueva.
Otra tendencia en los TPE va en la dirección 'bio'. Debido a la constante solicitud por parte de los transformadores y sus clientes, las materias primas renovables y los polímeros biodegradables se han introducido también en el mundo de los TPE. Esta tendencia supone un desafío para los fabricantes. En los círculos especializados se esperan “materiales de base orgánica que tengan, como mínimo, las mismas características que los TPE ya conocidos, pero ni un céntimo más caros”. Los campos de aplicación serían principalmente las áreas en las que el cliente final pueda ver y sentir el biomaterial, como por ejemplo, en aplicaciones deportivas y de estilo de vida. En el mercado hay disponibles, entre otros, TPU con base biológica de Bayer Material Science y Elastogran, polieterblocamida (TPA) de Arkema, fabricados 100% a partir de materias primas renovables, así como un material totalmente biodegradable del fabricante italiano API.
Incluso el bioplástico más antiguo, el caucho natural, constituye siempre una novedad. La limitación geográfica a de que goza el cultivo por parte de los proveedores de caucho vegetales Hevea brasiliensis ha despertado siempre el deseo de los importadores de de esta valiosa materia prima. En 1867, los británicos lograron romper el monopolio brasileño importando la semilla de contrabando. Durante la 2ª Guerra Mundial, químicos alemanes, rusos y americanos, entre otros, experimentaron con el diente de león, otra fuente de caucho natural. Los ensayos se mostraron infructuosos a causa de la savia, que se polimeriza de forma descontrolada inmediatamente después de su salida de la planta. Científicos del Instituto Fraunhofer de biología molecular y ecología aplicada de Aachen (Aquisgrán) han retomado de nuevo esta antigua idea. Las plantas de diente de león modificadas genéticamente deben ayudar a lograr el éxito y quizá a reducir la dependencia de los proveedores asiáticos.
¿Volvemos a recauchutar?
Volvamos a los neumáticos de automóvil. La creciente conciencia medioambiental y la evolución de los precios del petróleo han generado una tendencia a recauchutar el producto de caucho clásico por excelencia. Alrededor del 20% del consumo de combustible en los automóviles y el 30% en los camiones se debe a la resistencia a la rodadura de los neumáticos. Por este motivo, uno de los principales objetivos de los fabricantes de neumáticos es reducir este factor. Con el desarrollo del 'neumático verde', Michelin marcó un hito a comienzos de los años 90. La base de ello fue, entre otras cosas, el uso de silicio como material de relleno. Lanxess ha lanzado hace poco un nuevo tipo de caucho Nd-BR, que, gracias a su gran elasticidad de rebote, reduce la resistencia a la rodadura en todos los casos. Sin embargo, los fabricantes de neumáticos se enfrentan continuamente a un dilema. La física del propio caucho provoca un conflicto de objetivos entre las distintas propiedades de los neumáticos: adherencia sobre mojado, resistencia al desgaste y resistencia a la rodadura. Este efecto se conoce como triángulo mágico: cuando mejora una de estas tres características, las otras empeoran automáticamente. Este triángulo mágico se debería poder superar con ayuda de la nanotecnología. Según Lanxess, existe un nuevo aditivo de nanopartículas que puede mejorar simultáneamente la adherencia sobre mojado, la resistencia a la rodadura y la vida útil de los neumáticos.
Con los nuevos materiales, cambia también el procesamiento del caucho. El aumento en el coste de las materias primas y el descenso de los precios de venta obligan a los transformadores a usar métodos de producción cada vez más eficientes.
Especialmente en el segmento de inyección, en los últimos años se han producido numerosas innovaciones que se han convertido rápidamente en un estándar. Furore lanzó en 2006 la máquina de inyección con optimización automática de Maplan, distinguida con el premio DKG, que con pocos ciclos regula las condiciones de procesamiento con tiempos de vulcanización cortos y una calidad de producto óptima. Actualmente, todos los fabricantes de máquinas de inyección de caucho ofrecen técnicas parcialmente distintas para acortar el tiempo de calentamiento; de esta forma, además de tiempo se ahorra también energía y se garantiza una calidad alta y constante de los productos. Además, también se han producido avances en la tecnología de canal frío que, a diferencia de la tecnología de canal caliente, no produce mazarotas y permite ahorrar los materiales costosos. Hay disponible una amplia oferta para todas las necesidades, desde el canal frío estándar hasta la tecnología de boquillas con regulación activa, como por ejemplo la de Desma. Con un canal frío variable desarrollado por Desma, gracias al cual las boquillas de regulación independiente se pueden adaptar rápidamente a las herramientas presentes, esta tecnología es apta incluso para series pequeñas. La tendencia más reciente son las máquinas de inyección de caucho eléctricas. Los transformadores de caucho pueden beneficiarse ahora también de la tecnología de bajo consumo energético utilizada hasta ahora casi exclusivamente en el procesamiento de termoplásticos. Las posibilidades comprenden desde el accionamiento totalmente eléctrico, como el que ofrece Engel, hasta la tecnología híbrida, como la que ya ha realizado Maplan.
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