TECNOLOGÍA DEL CAUCHO
17.1 INTRODUCCIÓN
En el Perú la empresa pionera fue la Fabrica Nacional de Jebe S.A.; iniciando SUS operaciones en 1921; y posteriormente se instaló Manufacturas del Jebe SA.; ésta última cubría líneas de producción de moldeados y reencauches de piezas; en la década de los 40 se desarrolla la actividad de reencauche de llantas, dando origen a la primera fábrica de llantas: Goodyear; la cual tenía en ese entonces como ventaja principal la disponibilidad del caucho natural.
Según la Sociedad Nacional de Industria (SNI), la capacidad de producción de llantas en 1995 superó el millón de unidades, en el país las empresas más importantes que se dedican a este rubro son:
· Calzado Atlas S.A
· Cía. Goodyear del Perú S.A
· Lima Caucho S.A
Teniendo como principales productos: calzado de goma y llantas para auto, camionetas, camión, tractor y fuera de carretera.
17.2 MATERIAS PRIMAS
17.2.1 Caucho Natural
El caucho natural es un sólido elástico y coherente obtenido a partir de árboles tropicales siendo el más conocido el Hevea Brasilienses. El látex de este árbol es un líquido lechoso que sin adición de conservadores se pudre y solidifica parcialmente (coagule).
El látex se obtiene de los árboles y se envía a la fábrica para su tratamiento, antes de ser enviado. se diluye con agua y se deja sedimentar la materia extraña. El látex diluido se coagule con ácido acético subiendo el coágulo a la superficie en forma de un producto blanco pastoso, que se prensa para eliminar la mayor parte de la humedad. El caucho prensado puede ser curado al humo antes del envío o puede prensarse muy fino en máquinas de rodillos estriados y enviarse como hoja inglesa crepé. Algunos productos requieren del uso de látex sin coagular, y en este caso se agregan al látex bruto soda cáustica, formaldehído o amoniaco, ordinariamente este último, para evitar la coagulación durante el período de transporte.
17.2.2 Caucho Sintético
El caucho sintético es un producto obtenido químicamente a partir del 1,3 butadieno llegando a tener una constitución final de elementos de isopropeno. Posee propiedades de resistencia a las grasas y en algunos casos son superiores a los cauchos naturales.
El proceso de fabricación del caucho sintético se basa en la polimerización propiamente dicha; los productos básicos para lograrlos son los hidratos de carbono de origen agrícola, el carbón, petróleo crudo, piedra caliza, sal, agua y aire.
El butadieno se obtiene a partir de crackeo de los gases del petróleo optimizando su rendimiento a través del aumento de temperatura y la disminución de presión; sin embargo más de la mitad de la producción necesaria se obtiene por la deshidrogenación catalítica del butano o butileno; en caso de emplear el primero se debe deshidrogenar hasta conseguir el butileno y posteriormente continuar deshidrogenando hasta obtener el butadieno tal como se muestra en la reacción:
C4H10 C4H8 +H2
C4H8 CH2 CH - CH = CH2 + H2
El cloropreno 2- cloro 1,3 butadieno se obtiene tratando vinil-acetileno con HCl acuoso frío. Los pasos esenciales partiendo del acetileno son:
El estireno, vinil -benceno, se prepara a partir del benceno y acetileno mediante una acción Friedel- Crafts. Se deshidrogena por su mezcla con vapor a 8000C. En presencia de un catalizador de Bauxita.
El Acrilonítrilo: Se obtiene por la deshidratación de la cianohidrína estilénica, la cual puede prepararse a su vez agregando cianuro de hidrógeno al óxido de etileno o tratando la clorhidrinica etílénica con cianuro sódico.
Los productos obtenidos necesitan ser polimerizados, los del tipo butadieno pueden llevarse a cabo por una polimerización en bruto o por emulsión; cambiando en la primera los monómeros con un catalizador apropiado sin embargo el segundo está siendo más utilizado implicando la emulsión de los monómeros en un liquido constituido por agua y jabón, obteniéndose un producto semejante al látex y pudiéndose coagular con ácidos diluidos.
17.3 DESCRIPCION DEL PROCESO
17.3.1 La Preparación de la Buna S
Son copolímeros de materias primas propias de la preparación del caucho sintético del butadieno, donde se aprecia los principales procesos. Este esquema de
fabricación presenta las operaciones y procesos elementales.
fabricación presenta las operaciones y procesos elementales.
La solución del jabón se diluye con agua, a una temperatura ligeramente elevada en una cuba de maderas, agregándose en este catalizador de iniciación. La mezcla se pasa a una autoclave de unos 8000 litros revestidos interiormente de vidrio (o de acero inoxidable).
El estireno acompañado del agente modificador de la cadena de bombeo al autoclave; se pone en marcha el agitador del autoclave y se hace el vacío, evitándose el exceso de formación de espuma. Se bombea entonces al autoclave la cantidad precisa de butadieno (unas 75 partes para 25 partes de estireno)
Se lleva acabo la polimerización en condiciones controladas, inicialmente se requiere de poco calor, lográndose esto con agua caliente, seguido de un enfriamiento; pues la reacción es exotérmica debido al butadieno, cuando la reacción ha alcanzado un 75%, la masa copolimerizada con el exceso de sustancias reaccionantes, se vierte por su propia presión a un tanque donde se introduce un agente de inhibición de la reacción.
El exceso de butadieno se recupera, para reutilizarlo, haciendo pasar el producto de la reacción primero por un destilador relámpago a baja presión y después por un destilador al vacío.
El exceso de estireno se elimina en un destilador de platos que opera con vapor. Se mezclan muchos lotes de látex en grandes tanques de hormigón, agregándose un antioxidante mediante una bomba, de modo proporcional, según va entrando el látex.
El Látex Buna - S se bate en un tanque de madera con una solución de sal de 4% con un poco de álcali y de cola, lo que produce una floculación de las partículas de caucho. El látex se coagula y el jabón se convierte en ácido graso para la acción del ácido sulfúrico; empleando bombas de metal monel y uniones del mismo metal para disminuir la corrosión.
Los flóculos de caucho se filtran y se lavan sobre filtros rotatorios. Las partículas de caucho se transportan a un desintegrador y luego se sacan de modo continuo; finalmente, se comprime el caucho Buna 5 en bloques y se embala para su envío.
17.3.2 Vulcanización
La vulcanización se define como el proceso de tratamiento de cauchos sintéticos naturales y a sus compuestos; con el objeto de reducir sus propiedades elásticas. En otras palabras los principales efectos de vulcanización pueden ser: eliminación de la pegajosidad, aumento de la tensión, disminución de la solubilidad, disminución del flujo y plasticidad a la temperatura, así como el aumento de la dureza
17.3.2.1 Proceso de Vulcanización
La industria del caucho está en el proceso de vulcanización, y para llegar a este proceso es necesario pasar por diferentes etapas, cada etapa constituye en si una operación mecánica, operación que se realiza con una maquinaria especial.
· El caucho natural llega al Perú en bloques de laminas superpuestas, del oriente peruano, Tingo Maria, Puerto Bermúdez, etc., según el proceso de coagulación que se ha seguido.
· Los bloques, tienen un peso aprox. de 40 a 70 Kg. y la primera operación es cortarlo en trozos de 4 a 5 Kg.
· El caucho laminado es a veces lo suficientemente limpio y seco como para mezclarlos directamente en un molino con los demás componentes que intervienen en la fórmula señalada para la mezcla. En cambio el caucho catalogado como caucho de primera, que se usa en artículos de caucho de primera calidad, es necesario lavarlo, operación que se verifica en una lavadora, que es esencialmente un molino de rodillos cuyos cilindros giran a la misma velocidad, y la superficie de ellos no es lisa, pudiendo ser estriada o en cocada, a fin de favorecer el pasaje del caucho por la luz que hay entre ellos.
· Luego se realiza el secado del caucho en estufas a temperaturas de 32 a 38ºC, aceptando que ya esta listo para la molienda, cuando su humedad es de 3 a 5%.
· Una vez que está seco, se procede al masticado que se realiza en un molino de rodillos, luego viene el mezclado que es la operación principal en la industria que tiene como objeto agregar los componentes necesarios al caucho para que pueda vulcanizar a partir de la formula siguiente: Caucho, activador, agente vulcanizante, acelerador, ácido orgánico.
· El compuesto obtenido a través de la formula señalada, estará listo para ser empleado en la vulcanización de un objeto, el mismo que deberá tener la forma y estructura apropiada y con este fin se usan corrientemente dos máquinas. La entubadora y la Calandra.
Para vulcanizar los objetos se utilizan los siguientes equipos: Prensa, autoclaves de vapor, autoclaves de aire caliente, cuartos de temperatura.
17.4 PROCEDIMIENTOS DE FABRICACION
El caucho en estado natural es demasiado plástico y no lo suficientemente elástico para ser muy útil. Por ello la manufactura consiste esencialmente en la vulcanización para comunicarle elasticidad y reducir la plasticidad. Se agregan otros ingredientes para diferentes fines: evitar la oxidación y comunicarle resistencia a la abrasión etc.
Las operaciones y maquinarias en la manufactura del caucho serán detalladas a continuación:
17.4.1 Mezclado
Para esta operación se utilizan dos máquinas, los molinos o mezcladores de rodillos y los bambury o mezcladores internos de mayor producción.
El molino esta constituido por dos cilindros de acero, que poseen refrigeración interna, y están achicados en su parte exterior, dichos cilindros giran a diferentes velocidades, haciendo pasar el caucho alrededor del rodillo de baja velocidad.
17.4.2 Masticado
La operación del masticado tiene PO, objeto bajar la plasticidad del caucho, y se verifica por medios físicos y químicos. El masticado se realiza en el molino de dos rodillos, y debido a la gran fricción y poca abertura que hay entre ellos, el caucho absorbe oxígeno, volviéndose más plástico.
En los métodos químicos se emplean plastificantes, que son materiales que entran en el caucho en pequeñas cantidades, reduciendo su plastificación al reaccionar químicamente.
Los peptizantes tienen una acción química que afecta la estructura molecular del caucho, destruyendo uniones intermoleculares, incluyendo oxigeno sobre la misma, haciéndolo mas fluido y flexible. En cambio cuando se usan plastificantes, actúan sobre el caucho hinchándolo.
17.4.3 Calandrado
La calandra puede ser considerada como un simple molino o mezclador y de acuerdo con la disposición de sus cilindros se tiene diversos tipos de calandra.
Una calandre estándar para usos corrientes consta de tres cilindros con sus respectivos accesorios cargadores, recogedores, rodillos de compresión, polines locos, etc. Los ejes de los tres rodillos están en un mismo plano y este perpendicular al suelo. Los trabajos que se pueden hacer en una calandra son:
· Fricción
· Recubrimiento
· Laminado
17.4.4 Entubado
Se efectúa en la entubadora, que es una máquina constituida principalmente por un tornillo o gusano que empuja el material hacia adelante. El gusano esta dentro de una capa o camiseta, por donde circula agua o vapor. Al final del gusano esta la cabeza y dentro de ella la matriz El material al ser empujado por el gusano y pasado por la matriz proporciona un flujo de material continuo y uniforme. La tolva de alimentación esta en la base del tornillo o gusano.
17.4.5 Neumáticos
La fabricación de neumáticos de automóviles da una idea clara de los fundamentos generales de la manufactura del caucho. Después de haber amasado suficientemente el caucho, se agregan negro de carbón, oxido de cinc, azufre, caucho regenerado y ablandadores, moliéndose lo suficiente la "fórmula" para incorporar todos los productos. Cada uno de los ingredientes agregados cumple una finalidad determinada.
El negro de carbón es una carga y sirve para aumentar la resistencia del producto a la abrasión. El óxido de cinc es un acelerador de vulcanización, el azufre es un agente de vulcanización y el caucho regenerado se utiliza para disminuir el costo de fabricación. Los productos químicos que actúan como aceleradores de la vulcanización y antioxidantes se incorporan para acotar el tiempo de vulcanización y para proteger el caucho acabado del envejecimiento por acción del aire y de la luz. Los ablandadores o plastificantes son ordinariamente aceites minerales o vegetales, ceras o alquitrantes.
De las máquinas de masticación del caucho pasan a través de calandrias, que consisten en tres rodillos huecos colocados Lino encima de otro. El caucho queda obligado a laminarse en hojas finas, y entre los rodillos se introduce también tejido de algodón con objeto de que el producto sea una lámina fina de caucho adherida al tejido.
El tejido cauchotado se corta en tiras. De esta manera las cuerdas estarán en el neumático formando ángulo y tendrán mayor resistencia. Se da forma a las tiras sobre un núcleo de hierro para obtener el armazón del neumático. Alrededor del armazón se va dando forma a la superficie de rodadura o bandeja protector, que es una tira de caucho muy dura que lleva empotrados hilos de alambre y forma el borde del neumático que esta en contacto con la pestaña de la rueda.
El neumático montado se coloca en un molde en el que se ha detallado e! patrón de la rodadura. El calor, suministrado por vapor, y la presión es controlada esto hace que el azufre vulcanice el caucho. El neumático vulcanizado se inspeccione y envuelve.
Diagrama 17.1 Manufactura del Caucho Sintético
Diagrama 17.2 Esquema de Manufactura de Cámara
y Neumáticos de Cubierta
17.5 BIBLIOGRAFIA
- ALLIGER G. AND SJOTHUN I., Vulcanation of Elastomers
- BARBEN FABIKEN BAYER, Anual para la industria del caucho
- EI. DUPONT DELAWARW, El lenguaje del caucho
- INEI, Perú: Compendio de estadísticas económicas y financieras.
- INDUSTRIA PERUANA, Revista 1997
- MITINCI, Indicador Conyuntural de Manufactura - Enero
- WEBB, RICHARD Y FERNANDEZ, GRACIELA, "Anuario Estadístico" Perú en número 1999 Previo al 2000
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