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Control de Calidad en la industria del caucho pág. 1 de 1 Ing. Nelson Castaño Ciro Noviembre de 2 001 - U de A CONTROL DE CALIDAD EN LA INDUSTRIA DEL CAUCHO Ing. Nelson Castaño Ciro Universidad de Antioquia Ingeniería de materiales Laboratorio de Polímeros [email protected]

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Ing. Nelson Castaño Ciro Noviembre de 2 001 - U de A

CONTROL DE CALIDAD EN LA INDUSTRIA DEL CAUCHO

Ing. Nelson Castaño Ciro

Universidad de Antioquia Ingeniería de materiales

Laboratorio de Polímeros [email protected]

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TABLA DE CONTENIDO

ENSAYOS DE LABORATORIO Y SU SIGNIFICADO¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

1. RAZONES PARA LA REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS. 3

2. CONTROL DE CALIDAD. 3 2.1.1 RAZONES PARA LOS ENSAYOS. 4 2.1.2 ENSAYOS DE LABORATORIO. 5

2.2 EL CAUCHO NO ES UN SIMPLE MATERIAL. 6

2.3 SIGNIFICADO DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO. 7 2.3.1 DUREZA. 8 2.3.2 TENSIÓN. 13 2.3.3 COMPRESSION SET. 19 2.3.4 “CREEP” 25 2.3.5 ESFUERZOS DE RELAJACIÓN. 29 2.3.6 FATIGA. 34 2.3.7 ABRASIÓN. 43 2.3.8 RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO. 48 2.3.9 RESISTENCIA A LOS GASES. 54 2.3.10 RESISTENCIA A LOS LÍQUIDOS. 56 2.3.11 PROPIEDADES ELÉCTRICAS. 60

2.4 BIBLIOGRAFIA 68

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CONTROL DE CALIDAD EN LA INDUSTRIA DEL CAUCHO

1. RAZONES PARA LA REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS.

1.1. INTRODUCCIÓN.

Los elastómeros son materiales complejos que difieren considerablemente de otros materiales de ingeniería. Esta clase “inusual” de materiales requiere su propio y elaborado trabajo de procedimientos de chequeo. El caucho ha sido ampliamente usado en aplicaciones de ingeniería desde hace unos cien años. Aún hoy en día, los ingenieros y diseñadores siguen teniendo dificultad en correlacionar los términos y expresiones usadas en la tecnología del caucho con los que se usan frecuentemente. La resistencia a la tensión, la dureza, la elongación y el deslizamiento (¨creep¨), por ejemplo, son términos familiares para los ingenieros pero su significado en la tecnología del caucho puede ser diferente. Las propiedades físicas de los elastómeros dependen en gran medida de la temperatura, la rata de deformación y la forma y espesor de las piezas. Por ejemplo la resistencia a la tensión de un compuesto de caucho a 100°C puede ser tan pequeña como del 10 % al 20% del valor obtenido a temperatura ambiente. Las repetidas deformaciones de la pieza de ensayo pueden también generar cambios substanciales en la medida de los valores de las propiedades. Además debe anotarse que no todos los datos físicos medidos de los compuestos de caucho no son valores constantes o exactos debido a que en la mezcla y en el curado van envueltas muchas variables que son difíciles de controlar. Es necesario tener un gran cuidado para obtener una precisión de ±10%. En este punto es importante considerar el significado de los ensayos en los compuestos de caucho.

2. CONTROL DE CALIDAD.

El control de calidad es necesario para asegurar la calidad del producto final. Durante varias etapas, el chequeo se deberá realizar desde la recepción de la materia prima, el material en proceso hasta el artículo final. El fabricante de productos de caucho generalmente chequea los materiales crudos ( por ejemplo el caucho crudo y los

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ingredientes del compuesto) para asegurarse que son uniformes y de una adecuada calidad. Los ensayos son aplicados en varios pasos en los procesos de manufactura. El mas importante de estos son las corridas en los lotes después de la operación de mezclado con el fin de certificar que no se han cometido errores. Los ensayos empleados son sensibles a cualquier cambio en el compuesto de caucho, de errores tales como falta de algún ingrediente en el compuesto, pobre dispersión, control inapropiado de la temperatura, secuencia errónea del orden de adición y demasiado o corto tiempo de ciclo de mezclado. El esquema de control utiliza principalmente ensayos estandarizados tanto en los compuestos sin vulcanizar como en los ya vulcanizados. Los ensayos hechos a los compuestos no vulcanizados incluyen, por ejemplo, medida de la viscosidad, tiempo de scorch y la rata de cura. Los ensayos normalizados que deben hacerse a los compuestos vulcanizados incluyen, entre otros, medidas de la densidad, dureza, módulo de tensión, esfuerzo de tensión y elongación al rompimiento. El control de calidad del producto terminado involucra la inspección visual para detectar defectos, control dimensional así como también ensayos físicos de acuerdo a especificaciones tales como dureza, compression set y densidad.

2.1.1 RAZONES PARA LOS ENSAYOS. Los ensayos y sus procedimientos en el caucho crudo deben ser clasificados en tres grupos: • ensayos de control, • ensayos de especificaciones; y • ensayos de investigación y desarrollo.

Los ensayos de control son hechos para determinar propiedades de los cauchos crudos, del material en proceso y del producto terminado con el fin de asegurar su uniformidad. Los ensayos bajo especificaciones son aplicados a los productos de caucho que fueron hechos para cumplir especificaciones del cliente. Primero el manufacturero elabora los ensayos especificados para asegurar que los productos de la compañía se encuentran dentro de los límites impuestos por las especificaciones. Si es el caso, el producto que va a ser enviado al cliente deberá ir con los resultados de los ensayos.

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Los ensayos para investigación y desarrollo están diseñados especialmente para obtener un mejor entendimiento de la química o física del caucho, tales como la vulcanización, el envejecimiento y el desempeño en servicio. Los ensayos pueden envolver la evaluación de nuevos cauchos crudos, cargas y químicos entre otros. Los resultados de este trabajo serán la base para desarrollar nuevos materiales elastoméricos.

2.1.2 ENSAYOS DE LABORATORIO.

Los ensayos de laboratorio en la industria del caucho son generalmente usados para establecer satisfacción de productos reproducibles más que por cuestiones de diseño. Por ejemplo, las propiedades de tensión del caucho medidos por los métodos de laboratorio, de cualquier tipo de caucho, tiene un comportamiento directo en el desempeño y siempre afecta grandemente un cálculo de diseño. Similarmente el ensayo estándar de la abrasión, en el cual una muestra estándar es colocada en contacto con una superficie abrasiva en movimiento, da resultados completamente falsos para el uso de un caucho como son la mangueras para soplado de arena (¨sandblasting¨). La manguera para soplado de arena está sujeta a una corriente abrasiva más que a una superficie abrasiva rígida y aquellos compuestos de mangueras que han sido probados a ser los mejores en servicio, pueden dar resultados inferiores en el ensayo estándar de laboratorio. Estas dificultades no significan que los ensayos de laboratorios son superfluos. Con un mejor entendimiento de las situaciones, los escollos o las “trampas” se pueden evitar y de esta manera se puede obtener información útil y de confianza. Los resultados de los ensayos pueden ser usados para decidir que compuestos garantizan el campo de aplicación y eliminar aquellos que son inadecuados. También, una vez que el compuesto ha sido probado para estar en servicio, los datos de los ensayos físicos periódicos son necesarios para asegurar la uniformidad en el producto comercial. La interpretación de los resultados se discutirá y se hará énfasis donde sea necesario en su significado, o por lo menos, como una indicación de su desempeño. Sin embargo, el desempeño de los productos de caucho solamente se puede predecir de una manera exacta en el servicio real o por métodos de ensayo muy bien simulados.

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2.2 EL CAUCHO NO ES UN SIMPLE MATERIAL.

Los elastómeros son materiales complejos que exhiben combinaciones de propiedades únicas muy útiles. Los cauchos son descritos como materiales que muestran propiedades elásticas. Tales materiales son generalmente moléculas de largas cadenas conocidas como “polímeros” y la combinación de elástico y polímero ha dado un nombre alternativo de “elastómeros” La primera y la propiedad más importante es la elasticidad (opuesta a la plasticidad). Todos los elastómeros tienen la habilidad de deformarse substancialmente por esfuerzos, por compresión o por torsión y regresar casi a su forma original después de remover la fuerza causante de su deformación. Junto con su propiedad elástica, la mayoría de los elastómeros poseen otras propiedades útiles, tales como: • baja permeabilidad al aire, a diferentes gases, al agua y al vapor; • buenos aislantes térmicos y eléctricos; • buenas propiedades mecánicas; y • la capacidad de adherirse a varias fibras, metales y plásticos rígidos. También, por selección propia de los ingredientes del compuesto, los productos se mejorarán o también pueden diseñarse con propiedades específicas para cumplir una gran variedad de condiciones de servicio. Esta sobresaliente e importante combinación de propiedades útiles es la razón por la cual los elastómeros sirven en una gran cantidad de aplicaciones en ingeniería en campos como los sellos, absorbedor de choques, amortiguamiento de vibraciones, aislamiento eléctrico y térmico, entre otros. Consecuentemente, los elastómeros son usados en una gran variedad de productos como las llantas, suelas de zapatos, bandas transportadoras, juguetes, balones, artículos médicos, productos para el hogar, caucho esponjado, abrigos para la lluvia, empaques y miles de otros productos elastoméricos esenciales para la civilización moderna. Lo citado anteriormente debe ser suficiente para probar que el caucho no es simple material. En adición, es un material en el cual las propiedades cambian con el tiempo y las cuales son afectadas por el medio en el cual son utilizados. Los metales están sujetos a la corrosión pero el caucho puede deteriorarse en contacto con calor, aceites, químicos, luz solar, y las condiciones ambientales. Un compuesto de caucho aparentemente puede ser útil en un medio específico según ensayos de laboratorio, pero puede deteriorarse en pocos meses de exposición a las condiciones de

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servicio. Por ejemplo, el ensayo estándar de abrasión es un índice bastante confiable de la calidad de los tacones y suelas de caucho, si los zapatos van a ser utilizados en condiciones normales. Pero el mismo ensayo dará resultados muy diferentes después que las suelas han sido utilizadas en algún taller de mecánica, estación de gasolina u otro local donde se usen aceites. Otro problema es que las propiedades físicas de los compuestos de caucho varían enormemente con las condiciones de ensayo, más aún que las propiedades del cemento y del concreto. Por ejemplo, considere el efecto de la temperatura. La resistencia a la tensión de un compuesto de caucho a 100°C puede ser el 10% de la medida a la temperatura ambiente. La rata de aplicación de la carga también tiene su efecto. La carga requerida para producir una elongación determinada en un compuesto de caucho bajo condiciones de carga rápida puede ser hasta tres veces que la dada a una baja velocidad de carga. La correlación entre las propiedades del compuesto de caucho es también algunas veces confusa y pueden ser lo contrario que las relaciones de uso común, como las de el acero. Por ejemplo, un incremento en la dureza del acero es acompañada de un incremento en la resistencia a la tensión. Esta correlación entre estas dos propiedades es muy estrecha y es muy conocida. Sin embargo esta relación no es aplicable a todos los compuestos de caucho. Con el incremento en la dureza, la resistencia a la tensión del caucho puede llegar a un máximo y luego disminuir, o simplemente puede disminuir desde el comienzo, dependiendo de la formulación del compuesto.

2.3 SIGNIFICADO DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO.

Probablemente hay miles de procedimientos para chequear los materiales elastoméricos y los productos. Ahora hay diferentes ensayos de estos que están incluidos en normas nacionales e internacionales. Es importante anotar que estos ensayos son valorables solo para control de calidad y desarrollo de compuestos, pero son raras veces son confiables para predecir la función en servicio de la parte elastomérica ya que las condiciones en servicio pueden variar. El propósito de este artículo es discutir el significado de la mayoría de los métodos de ensayo estandarizados y enfatizar que la funcionalidad en servicio de los productos elastoméricos pueden ser predichos sólo por lo real o por ensayos simulados en servicio de alta calidad.

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2.3.1 DUREZA.

En Europa, los ensayos de dureza del caucho vulcanizado generalmente siguen la norma ISO 48. Esta norma esta basada en la medida de la profundidad de indentación por una bola rígida bajo una carga constante. La indentación, la cual es convertida a grados de dureza internacional del caucho (IRHD; International Rubber Hardness Degrees), tiene una escala que abarca desde 0 (infinitamente blando) hasta 100 (infinitamente duro). La norma ISO permite un ensayo “normal” y un ensayo “micro”. Es importante enfatizar que cualquier ensayo de indentación depende del espesor del caucho. Aquí el espesor indicado en la norma de ensayo deberá ser usado hasta donde sea posible, y cualquiera que se utilice deberá ser reportado. La dureza que es aplicada a los elastómeros esta definida como la resistencia de una superficie a la penetración por un indentador con unas dimensiones dadas sobre una carga específica. La dureza es una propiedad de considerable importancia, usualmente incluida en las especificaciones junto con las propiedades de tensión. Los durómetros o los instrumentos IRHD (International Rubber Hardness Degrees) son los utilizados para medir la dureza. Los durómetros (los cuales utilizan un resorte para producir la fuerza de indentación), no son tan precisos como lo son los instrumentos de carga muerta o fija para medir la dureza. Sin embargo, los durómetros son ampliamente usados debido a su bajo costo. La dureza es medida tanto en IRHDs como en grados de dureza Shore. El ensayo IRHD esta basado en la medida de la penetración de una bola rígida especificada en el espécimen de ensayo bajo una carga constante específica. Los instrumentos de dureza Shore son llamados durómetros, tipos A y D. En ambos mecanismos Shore un resorte calibrado fuerza un indentador específico en el espécimen de ensayo. El durómetro tipo A tiene un indentador cónico obtuso y es usado para medir la dureza del caucho suave hasta 90 Shore A. El durómetro tipo Shore D tiene un indentador cónico puntiagudo es usado para medir la dureza de materiales duros (mayores de 90 Shore A). Los grados Shore A son aproximadamente los mismos de IRHD. Sin embargo se deben evitar conversiones directas ya que se podrían

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presentar diferencias. Para la mayoría de las aplicaciones de los compuestos elastoméricos, la dureza puede variar entre 40 y 90 IRHDs. En las figuras 1 y 1A se relacionan las diferentes durezas.

Figura No 1. Relación de las escalas de dureza.

Figura No 1A. Relación gráfica entre los sistemas de dureza IRHD, Shore

A y Shore D. Los métodos estándar para la determinación de la dureza están dados en la tabla No. 1. Sin embargo, no hay una norma internacional que cubra la dureza para todos los elastómeros, la norma ISO 868 para plásticos y ebonitas puede ser usada para los elastómeros. La figura No. 2 muestra

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un durómetro de banco y la figura No. 3 muestra los diferentes tipos de indentadores usados para medir la dureza.

Tabla No. 1. Métodos estándar para la medida de la dureza. ESTÁNDAR

ISO TITULO CORRESPONDENCI

A 868 Plásticos y ebonitas -

Determinación de la dureza por medio de un durómetro (dureza Shore).

ASTM D 2240 BS 2719 DIN 53505

48 Caucho vulcanizado - Determinación de la dureza (dureza entre 30 y 85 IRHD).

ASTM D 1415 BS 903 Parte A 26 DIN 53519

1400 Caucho vulcanizado de alta dureza (85 a 100 IRHD) - Determinación de la dureza.

ASTM D 1415 BS 903 Parte A 26 DIN 53519

1818 Caucho vulcanizado de baja dureza (100 a 35 IRHD). - Determinación de la dureza.

ASTM D 1415 BS 903 Parte A 26 DIN 53519

Figura No. 2: Durómetro de banco o de mesa.

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Figura No. 3. Diferentes tipos de indentadores. La pieza debe tener las partes superior y la inferior planas, suaves y paralelas. La lectura de la dureza depende de las dimensiones de la pieza de ensayo, siendo el espesor la dimensión más crítica. Para el ensayo normal de IRHD, la pieza deber tener al menos 4 mm pero preferiblemente de 8 a 10 mm de espesor. También hay piezas no-estándar mas delgadas o mas gruesas. Las medidas no son exactas para piezas de menos de 4 mm de espesor. Para piezas de ensayo más delgadas se utiliza un instrumento micro IRHD o microdurómetro (con una versión de la escala por debajo del ensayo normal). La pieza de ensayo para la microdureza debe ser de 2.0±0.5 mm. Sólo un espesor en éste rango dará resultados acordes con el ensayo normal, usando su pieza estándar. Podrán ser usadas piezas más delgadas o mas gruesas, pero tampoco deberán emplearse espesores menores de 1 mm. Si las lecturas son tomadas demasiado cerca al borde de la pieza de ensayo, habrá un “efecto de borde”, es por esto que hay unas distancias mínimas al borde las cuales están dadas en las normas ISO 48, 1400 y 1818. El ensayo de la dureza debe ser llevado a cabo a las temperaturas estándar de laboratorio [20(±2)°C, 23(±2)°C, 27(±2)°C ] . El reporte del ensayo deberá contener (a) las dimensiones de la pieza de ensayo, (b)temperatura, (c) tipo de superficie evaluada (moldeada, alisada, etc.) y (d) tipo de instrumento utilizado. Todas las medidas hechas en piezas no estándar son llamadas dureza aparente. El término dureza estándar se refiere a la medida hecha en piezas estándar [8-10 mm para ensayo normal y 2.0(±0.5 mm) para la microdureza]. Las partes elastoméricas hechas de un mismo material deben tener diferente dureza aparente basado en su forma y en su

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espesor. Los resultados de ensayos obtenidos de superficies curvas (por ejemplo “O” rings) son valores arbitrarios aplicables sólo a esta parte particular y pueden diferir del ensayo estándar de la dureza hasta por 10 grados o mas. La dureza de algunos productos de caucho típicos se muestran a continuación:

PRODUCTO IRHD Empaques de grifería, pisos 90 ± 5 Suelas de zapatos 80 ± 5 Llantas sólidas, tacones de zapatos, empaquetaduras 70 ± 5 Llantas, mangueras, bandas transportadoras 60 ± 5 Neumáticos, gorros de baño 50 ± 5 Bandas de caucho 40 ± 5 Las durezas por debajo de 30 son, en la mayoría de los casos, para productos tales como borradores y rodillos de impresión. Significado. La dureza no es una medida confiable de la rigidez. Las medidas de la dureza se derivan de pequeñas deformaciones en la superficie, mientras que la medida de la rigidez, tales como la medida del módulo de tensión, se derivan de grandes deformaciones de la masa entera. No como en los metales, aquí no hay una correlación entre la dureza y los esfuerzos de tensión en los elastómeros. A medida que la dureza se incrementa, la medida de tensión de un elastómero puede incrementar a un máximo y luego disminuir, o simplemente puede disminuir desde el comienzo, dependiendo de la formulación del compuesto. La dureza es una de las más útiles y frecuentes propiedades del caucho pero, en contraste, los datos pueden ser engañosos. Primero, los valores medidos, especialmente por los durómetros, son frecuentemente erróneas debido a las limitaciones mecánicas del instrumento y por los errores del operador. Los grados de la dureza no deben, por tanto, tener una tolerancia menor de 5 grados. Segundo, la característica que se mide, la indentación de la superficie, raramente guarda alguna relación con el desempeño del producto de caucho en su función final.

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2.3.2 TENSIÓN. Las propiedades de tensión incluyen esfuerzo de tensión, elongación y módulo de tensión. Estas propiedades son determinadas por el estiramiento de una probeta estándar a una velocidad constante usando una máquina de tensión. Esfuerzo de tensión es la fuerza, o esfuerzo, expresado en Mpa o en N/mm2, requerida para romper la probeta estándar por estiramiento a una velocidad constante. El esfuerzo de tensión de diferentes elastómeros puede variar desde menos 7 N/mm2 hasta por encima de 45 N/mm2 , dependiendo del elastómero base y los ingredientes utilizados en la formulación. Elongación, o deformación, está definida como la extensión producida por una fuerza de tensión aplicada a un espécimen estándar y es expresada como porcentaje de la longitud original. Una elongación del 300% por ejemplo significa que el espécimen ha sido estirado 4 veces su longitud original. La elongación última o elongación al rompimiento, es la elongación al tiempo de la ruptura y es determinada simultáneamente con el esfuerzo de tensión. La elongación al rompimiento de diferentes materiales elastoméricos puede variar desde menos de 100% hasta por encima de 1,000%, dependiendo de la formulación del compuesto. El módulo de tensión que es aplicado a los elastómeros está definido como la fuerza, expresada en N/mm2, requerida para producir una cierta elongación. La elongación de ensayo típica es de 100 o de 300%. Entonces, si se requieren 5 N/mm2 para producir una elongación de 100%, se dice que el elastómero tiene un módulo al 100% de 5 N/mm2. El módulo de tensión es una medida de la rigidez y grado de vulcanización del compuesto de caucho. Normalmente es determinado durante el ensayo de esfuerzo de tensión. El módulo de un compuesto de caucho al 100% puede variar desde menos de 1 N/mm2 hasta por encima de 13 N/mm2, dependiendo de la composición química del compuesto. Los métodos estándar para determinar estas propiedades están dadas en la ISO 37, ASTM D 412, BS 903: parte A 2 y DIN 53504. El ensayo de tensión involucra el estiramiento de una probeta estándar al rompimiento a una velocidad constante usando una máquina de tensión.

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La probeta de ensayo es cortada de una lámina moldeada. Son utilizadas dos tipos de probetas: las de anillo y las de corbatín.

Figura No. 4. Diferentes tipos de probetas de tensión.

Las normas estándar permiten una gran variedad de dimensiones en las probetas, pero se sabe que varios tipos y formas pueden dar resultados diferentes. La medida de la resistencia a la tensión decrece con el aumento del área seccional en la pieza de ensayo. Más aún, las probetas en forma de anillo dan más bajos valores que las de tipo corbatín. Esto es principalmente porque en el anillo estirado, el esfuerzo de tensión y la deformación no son uniformes sobre el área seccional y varían de un máximo desde el centro de la circunferencia hasta un mínimo afuera de la circunferencia. Es por esto que es importante hacer comparaciones entre los especímenes con la mismas características de forma y tamaño. La temperatura a la cual es hecho el ensayo tiene un efecto importantísimo en los resultados y, consecuentemente, debe ser controlada y reportarse con los resultados. Las temperaturas estándar del laboratorio especificadas en la ISO 37 es 20(±2)°C, 23(±2)°C o 27(±2)°C. Las variaciones en la velocidad de la elongación tienen un gran efecto en el módulo y en la elongación última: a medida que la velocidad en la elongación se incrementa, el módulo se incrementa, la elongación última disminuye y la resistencia a la tensión puede aumentar o disminuir. Se ilustra un ejemplo de esto en la tabla No. 2.

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Tabla No. 2. Efecto de la velocidad de la elongación en las propiedades de tensión en un compuesto de NBR usando una probeta tipo

anillo. PROPIEDAD VELOCIDAD DE ELONGACIÓN

200 mm/min. 500 mm/min. Módulo al 100% (N/mm2) 3.0 4.5 Módulo al 200% (N/mm2) 9.0 11.0 Esfuerzo de tensión (N/mm2)

13.7 14.6

Elongación al rompimiento (%)

320 270

También es importante anotar que las propiedades de tensión están influenciadas por el efecto de grano causado por la acción del mezclado en el molino, dejando una orientación regular de las cadenas de las moléculas en una dirección. Por ejemplo se obtendrán altos valores de tensión cuando los ensayos son realizados en la misma dirección del grano, esto es, en la misma dirección del molineado. Finalmente se debe enfatizar que la prueba de tensión debe hacerse sobre probetas que no hayan sufrido previamente algún estiramiento. La curva de esfuerzo-deformación de un compuesto de caucho es única y no puede ser obtenida de nuevo en un subsiguiente estiramiento ya que el material cambia. La figura No. 4A muestra una curva de esfuerzo-deformación original (I), y una segunda (II) del mismo material pero que ha sido previamente estirado una sola vez al 300% de elongación. Hasta 300% de elongación, la segunda curva muestra más baja deformación, pero continuando esta misma curva, casi coincide con la primera curva. Este comportamiento es llamado esfuerzo de ablandamiento.

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Figura No. 4A. Curva de esfuerzo - deformación Procedimiento de ensayo. Las propiedades de esfuerzo - deformación de los compuestos de caucho son medidos en una máquina de ensayos de tensión, como se ilustra en la figura No. 5. Los antiguos y pesados dinamómetros de péndulo han sido ampliamente reemplazados por los transductores sin inercia, los cuales convierten la fuerza en una señal eléctrica. Las medidas del esfuerzo y la deformación se toman frecuentemente desde cero esfuerzo hasta el punto de rompimiento y los datos son grabados gráficamente. Figura No. 5. Máquina de ensayos

de tensión la cual mide la elongación y el esfuerzo mediante un extensómetro.

Las probetas de ensayo tipo corbatín de 10 a 13 cm de longitud son cortadas con un troquel de una lámina plana y se marcan en la sección mas angosta con líneas de separación de 2.5 a 5 cm. Los bordes de las probetas se colocan en las mordazas de la máquina, la cual se enciende y se coloca a la velocidad especificada por la norma empleada. La pieza de ensayo es estirada hasta el rompimiento. Se determina la distancia de las marcas de separación en el rompimiento para calcular la elongación. La temperatura estándar para acondicionar las muestras y realizar el ensayo, generalmente es de 23±2°C.

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Significado. Los ensayos de tensión son útiles para el control de la producción. En particular la resistencia a la tensión es muy sensible a cualquier cambio en los compuestos de caucho, resultado de los percances en la manufactura. Los ensayos de tensión también son útiles para determinar la resistencia de los elastómeros a la deterioración por el calor, líquidos, gases, químicos, ozono y ambientales. Para estos propósitos, la resistencia a la tensión, el módulo de tensión y la elongación última son medidos antes y después de la exposición. Si los cambios obtenidos son pequeños se espera que los compuestos tengan una larga durabilidad en el tiempo y viceversa. Es importante reconocer que las propiedades de tensión están limitadas para el diseño de ingeniería. No se deben usar cálculos en los diseños ya que guardan poca relación con el desempeño práctico. No como el acero, el esfuerzo y la deformación no son proporcionales en los elastómeros, particularmente a altos esfuerzos. La figura No. 6. muestra la resistencia a la tensión de diferentes elastómeros para diferentes durezas. Estas curvas son un instructivo para los técnicos del caucho y que reafirman que no deben ser usadas para los cálculos en los diseños de ingeniería o para seleccionar un compuesto para una aplicación específica. Tampoco las propiedades de tensión son una indicación confiable de la calidad del caucho. Es cierto que los compuestos con resistencia a la tensión por debajo de 7 Mpa son usualmente los más pobres en la mayoría de las propiedades mecánicas y aquellos que tienen una resistencia a la tensión mayor de 21 Mpa tienen las mejores. Sin embargo, en la mitad de este rango, digamos de 10 a 20 Mpa, en el cual cubre la gran mayoría de los productos de caucho, la correlación entre la resistencia a la tensión y tales propiedades como la resiliencia, resistencia a la abrasión, compression set y resistencia a la flexión son, en el mejor de los casos, pura casualidad.

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Figura No. 6 . Curvas de esfuerzo - deformación en tensión.

Los compradores de productos de caucho los cuales sobreespecifican las propiedades de tensión hallarán que están pagando un precio que es innecesariamente alto, o que tal vez están sacrificando otra propiedades que sean mas importantes. Se debe enfatizar que las especificaciones de los productos de caucho deben basarse en el servicio mismo mas que en ensayos físicos arbitrarios. La resistencia a la tensión y la elongación son útiles para los técnicos del caucho para el desarrollo de compuestos, control de manufactura y para determinar la resistencia de los compuestos al ataque de varios químicos. Los ensayos de tensión son universalmente utilizados para determinar el efecto de varios ingredientes y son particularmente útiles cuando tales ingredientes afectan la velocidad y el estado de vulcanización del caucho. Similarmente los ensayos de tensión son excelentes para el control de calidad del producto una vez que el compuesto ha sido seleccionado. Estos ensayos son muy sensibles a los cambios en las condiciones de

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manufactura y pueden ser utilizados para identificar una sub o sobre vulcanización, mal mezclado y la presencia de materias extrañas. Los ensayos de tensión también pueden ser tomados antes y después a alguna exposición para determinar la resistencia relativa de un grupo de compuestos a la deterioración por calor, aceites, ozono, condiciones ambientales, químicos, etc. Aún en pequeñas escalas de deterioración, se notan cambios apreciables en las propiedades de tensión. Debe aclararse que la retención de las propiedades de tensión es mucho más significativa que el valor absoluto antes y después del ensayo de exposición. Por ejemplo, si la resistencia a la tensión de un caucho cae de 21 a 14 Mpa después de una exposición en aceite, y un segundo caucho de 12 a 11 Mpa, es este segundo el que más se acomodaría a la práctica. Una retención de la resistencia a la tensión superior es una buena indicación de que el segundo caucho retendrá más de sus otras propiedades.

2.3.3 COMPRESSION SET. Los elastómeros no son perfectamente elásticos. Son materiales viscoelásticos que se comportan parcialmente como un líquido viscoso y parcialmente como un sólido elástico. Una deformación prolongada deja en algunas ocasiones un grado de deformación permanente, lo cual significa que parte de la deformación es recuperada y parte es retenida. El compresión set, los esfuerzos de relajación y el deslizamiento o “creep” son propiedades de cambios progresivos que resultan de una aplicación prolongada de un esfuerzo o deformación.

2.3.3.1 Tension Set.

Los métodos para medir el tension set en Europa generalmente siguen la ISO 2285 y consiste en estirar una probeta estándar o un corbatín tal como se muestra en la figura No. 6A, a un esfuerzo constante, manteniendo la elongación durante un período determinado de tiempo, removiendo la carga y permitiendo su recuperación durante 30 minutos. El incremento en la elongación entre las marcas de la pieza de ensayo, expresado como porcentaje de la longitud original, es el set permanente en tensión.

Tens ionL L

L Lx

s o

Se t = 1 0 100−−

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Donde: Lo es la longitud original de referencia de la probeta. Ls es la longitud de referencia de la probeta estirada y Li es la longitud de referencia después de la recuperación.

Figura No. 6A. Medidas de la probeta de tension set.

El porcentaje de deformación deberá ser seleccionado dependiendo de la aplicación final del vulcanizado y con referencia a su elongación hasta el rompimiento y a la temperatura de ensayo. Generalmente se usa un valor de 100%, pero también son aceptables valores de 25, 50, 200 y 300%. Los ensayos pueden hacerse a temperaturas de 23°, 70°, 85°, 100°, 125° o 150°C y la duración del ensayo puede ser 24, 72 o 168 horas y el período de recuperación después que se ha retirado la deformación a la pieza es de 30 minutos.

2.3.3.2 Compression set.

Si el elastómero es comprimido bajo condiciones específicas, el decrecimiento residual en su espesor después de remover la fuerza de compresión es conocida como compression set. Esta es usualmente expresada como un porcentaje de la deflexión utilizada. Un porcentaje de 100% de compression set significa una deformación completa; 0% significa que no hubo ninguna deformación. El valor de compression set depende de la temperatura y de la cantidad y duración de la deformación.

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Es requisito esencial un bajo compression set a la temperatura de servicio para los materiales de sello. El compression set no debe ser 100% aún después de largos períodos de tiempo. Es la tendencia a remanente a llegar a su la forma original, la cual mantiene la fuerza necesaria para el sellado entre las superficies. Los métodos estándar para la medida de compression set a bajas, ambiente y altas temperaturas están dadas en la tabla No. 3. Son empleadas dos medidas de discos para el ensayo, que son los mismos que se utilizan para el ensayo de los esfuerzos de relajación. Los especímenes de ensayo son comprimidos un determinado porcentaje de su altura original, dependiendo de su dureza.

Tabla No. 3. Métodos estándar para la medida del compression set.

ESTÁNDAR ISO

TITULO Norma correspondiente

815 Caucho vulcanizado. Determinación del compression set bajo deflexión constante a temperatura normal y elevada.

ASTM D 395 BS 903, parte A 6 DIN 53517

1653 Caucho vulcanizado. Determinación del compression set bajo deflexión constante a bajas temperaturas.

ASTM D 1229 BS 903, parte A 39 DIN 53517

El aparato de compression set es colocado a un tiempo y a una temperatura especificadas, después de los cuales es medido el espesor recuperado. El compression set es la diferencia entre el espesor original y el espesor después de la recuperación, expresado como porcentaje de la deflexión utilizada. En contraste con el ensayo de los esfuerzos de relajación, el compression set es muy fácil de medir y requiere un aparato simple y poco costoso (Figura No.7).

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Figura No. 7. Aparato de compresión. Se comprimen pequeños discos de dimensión conocida a una altura fija en un montaje simple de guías. Las guías consisten de dos o mas placas metálicas paralelas las cuales deben ser lo suficientemente rígidas para permitir la deformación de las probetas sin que se doblen, y son de una medida tal que pueda albergar las piezas de ensayo. Los platos se colocan juntos mediante tuercas y tornillos. Las barras espaciadoras son de un espesor apropiado que se colocan entre los platos para controlar el espesor de la pieza de ensayo cuando se encuentra comprimida. Las medidas recomendadas para los discos son 13.0 mm de diámetro por 6.3 mm de espesor o 29.0 mm de diámetro por 12.5 mm de espesor, tal y como se muestra en la figura No. 8. Las dos clases de probetas no siempre dan las mismas medidas de compression set y las comparaciones deben ser hechas con las mismas probetas de ensayo. El uso de lubricantes en las superficies de contacto es opcional y puede, en algunos de los casos, dar resultados mas reproducibles. Si embargo, el lubricante puede afectar el resultado de compression set y, nuevamente, las comparaciones sólo deberán hacerse cuando las condiciones de ensayo sean similares.

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Figura No. 8. Medidas de las probetas de compression set.

Es recomendable que al menos tres probetas sean ensayadas para cada determinación y los resultados se promedian. Las tuercas de sujeción deberán apretarse firmemente hasta que las placas estén en contacto con los espaciadores, los cuales generalmente tienen una medida para dar una deformación del 25% a las piezas de ensayo. El dispositivo de compression set con las piezas de ensayo se coloca en la parte central del horno a la temperatura de ensayo. Las temperaturas recomendadas son de 23°C o una de las nueve temperaturas entre 70° y 250°C. La duración del ensayo es de 24h para temperaturas elevadas o de 72 horas a 23°C. Se puede establecer otras condiciones siempre y cuando los ensayos comparativos se hagan a las mismas condiciones.

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Figura No. 9. Diagrama ilustrativo de compression set.

Al final del tiempo especificado, las piezas de ensayo se remueven de las guías y se les da un tiempo de recuperación de 30 minutos a 23°C antes de que el espesor sea nuevamente medido. El compression set es la diferencia entre el espesor original de la pieza de ensayo y el espesor después de la recuperación, como se muestra en la figura No. 9, expresado como un porcentaje de la compresión aplicada inicialmente.

Compression set a esfuerzo constante =t o −

−t

t txr

o s

100

Donde:

to es el espesor original de la pieza de ensayo

tr es el espesor de la pieza de ensayo después de su recuperación, y

ts es el espesor de la barra espaciadora. Significado. Las medidas del “permanent set” pueden ser útiles para el control de producción, ya que proveen una indicación del grado de vulcanización que ha tomado lugar en el compuesto. También es útil al seleccionar un compuesto entre varias alternativas. Los compuestos no deseados

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pueden ser identificados si el “permanent set” falla en un alto rango. De otro lado, si el “permanent set” está en un bajo rango, las diferencias entre los valores probablemente no darán una indicación verdadera del desempeño en servicio. La principal dificultad con el “permanent set” es que el tiempo de ensayo es demasiado corto con relación al tiempo en servicio. Por ejemplo las empaquetaduras de las tuberías del alcantarillado principal deben retener sus propiedades de sellado por décadas, en donde el ensayo solo se hace en unas cuantas horas. El “compression set” es el grado de recuperación de una parte elastomérica, pero no es una medida de la fuerza que él ejerce, la cual realmente se materializa en el sellado. Sin embargo se ha encontrado que hay una muy buena correlación entre el “compression set” y el esfuerzo de relajación. La medida “compression set” no necesariamente se correlaciona con el desempeño en el servicio. De hecho, el hinchamiento causado por el contacto con el fluido en servicio puede compensar el “compression set”. De otro lado, una combinación de un alto “compression set” y contracción, puede dar lugar a escapes. Aquí hay una amplia tendencia a sobre-enfatizar en el valor del “compression set”. Sin embargo es necesario tener un buen balance de todas las propiedades para obtener un desempeño óptimo. Finalmente es importante anotar que el “compression set” es un ensayo efectivo como control de calidad para evaluar el estado de cura.

2.3.4 “CREEP” . El “creep” es usualmente definido como el incremento en la deformación, la cual ha ocurrido después de un intervalo de tiempo determinado, durante la aplicación de una fuerza constante, expresado como un porcentaje de la deformación de una pieza de ensayo al comienzo de ese intervalo de tiempo. Se debe anotar que la definición es diferente de la que normalmente se emplea para los metales y los plásticos. En este último caso, el “creep” es el porcentaje de deformación relativa al espesor original de la pieza de ensayo. En ausencia de efectos químicos, cuanto más largo es el proceso de relajación, el “creep” se va convirtiendo más pequeño. Por ejemplo, la

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cantidad de creep que ocurre en una década de tiempo, por ejemplo 10 minutos después de carga, puede ser la misma cantidad si se toma una cantidad de una a 10 semanas, en tales casos es frecuente dar el resultado del “creep” como una “rata de” , la cual está definida como la relación de “creep” al logaritmo común del intervalo de tiempo medido. En la práctica es común tomar el “creep” en minutos después de que la deformación ha sido impuesta, así:

( )Creep (%) =

D D

Dx

t − 1

1

100

y

Rata de creep (% por decada) = pendiente x100D t

Donde:

D1 es la deformación de la pieza de ensayo después de un minuto

Dt es la deformación de la pieza de ensayo después de t minutos, y

la pendiente se obtiene de la línea recta del gráfico de Dt vs log10

tiempo La norma ISO 8013 cubre el ensayo de “creep”, el cual está sujeto al ensayo en el cual el elastómero es deformado tanto en compresión como en cizalladura. Otras normas que cubre el “creep” son: ASTM D 412, BS 903: parte A 15 y DIN ISO 8013.

2.3.4.1 “Creep” en compresión. Las probetas utilizadas para medir el “creep” en compresión son similares a las descritas en la determinación del compression set, pero las superficies planas son unidas a un metal rígido. Las piezas de ensayo son rígidamente sostenidas entre una placa de acero fija y otra móvil, como se muestra en la figura No.10, la cual más tarde se acopla a un mecanismo que aplica una fuerza constante en unos seis segundos. La deformación es medida por cualquier medio que dará una exactitud de ±1% del espesor de la pieza de ensayo.

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Figura No.10. Montaje para el ensayo del “creep”.

La velocidad depende del elastómero, el cual es nuevo o ha sido trabajado o ha sido precargado con alguna deformación antes del ensayo. La norma establece que la pieza de ensayo debe estar comprimida el 25% a 23°C y regresada a una deflexión cero, cinco veces antes del ensayo. Se deben dejar pasar de 16 a 48 horas entre las condiciones mecánicas y el ensayo de “creep”. Después del ensamble, el montaje se coloca en una cámara de temperatura controlada. Se aplica entonces una fuerza tal que produce una deformación de 20±2% sobre el elastómero cuando es medida después de un minuto desde el momento en que la fuerza total es aplicada. La deformación de la pieza de ensayo es medida a 1, 10, 100 y 1000 minutos para ensayos de corta duración o entre uno y 28 días para ensayos de larga duración. El “creep” se calcula con las ecuaciones anteriormente descritas.

2.3.4.2 “Creep” en cizalladura. Cuando se mide el creep en cizalladura, la pieza de ensayo consiste en dos bloques de caucho unidos a tres placas de acero como se muestra en la figura No. 11. La pieza de ensayo puede ser cuadrada o circular en la sección transversal y no hay especificaciones de las dimensiones absolutas. El diámetro (o lado en el caso de una sección cuadrada) de los bloques de caucho debe ser al menos cuatro veces el espesor con el fin de asegurar que la deformación sea una simple cizalladura.

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Figura No. 11 Pieza de ensayo para medir el “creep” en

cizalladura. Una pieza de ensayo típica puede contener bloques de caucho con una sección circular de 25 mm y con un espesor de 5 mm. El método de chequeo es básicamente el mismo como el descrito en el “creep” de compresión.

2.3.4.3 Significado.

El “creep” varía considerablemente con la composición y con el tipo de elastómero empleado, pero en general se conoce que cuando el esfuerzo inicial es mas alto, el “creep” es mas alto y este aumenta con la temperatura. El “creep” es también dependiente del tipo de esfuerzo. Es más grande sobre un esfuerzo de tensión que sobre un esfuerzo de cizalladura igual, además es más grande sobre deformaciones de cizalladura que sobre una deformación igual de compresión. Es también más grande sobre carga dinámica que sobre una carga estática. El “creep” también se incrementa con la cantidad de carga presente. En aplicaciones de ingeniería, el “creep” es mucho más rápido durante las primeras semanas sobre la carga, pero no debe exceder el 20% (para 70 IRHD) de la deformación inicial en éste período.

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2.3.5 ESFUERZOS DE RELAJACIÓN.

El esfuerzo de relajación es el cambio del esfuerzo con el tiempo cuando el caucho es sometido a una deformación constante. Es lo contrario del “creep” el cual es el incremento de la deformación con el tiempo a una fuerza constante. El esfuerzo de relajación de una parte elastomérica es la pérdida en esfuerzo cuando es sometida a una deformación constante en un período de tiempo. Los productos de caucho más importantes en los cuales los esfuerzos de relajación son un parámetro crítico son los sellos y las empaquetaduras. La medida de los esfuerzos de relajación en compresión es utilizada para evaluar la eficiencia de sellado. Los esfuerzos de relajación pueden ser medidos en compresión, cizalladura o tensión. Sin embargo, las medidas de compresión son utilizadas para medir la eficiencia de sellado. Los ensayos de esfuerzos de relajación también son utilizados para proveer información general sobre envejecimiento, particularmente cuando se emplean químicos en los cuales normalmente se emplea el ensayo de tensión. La ISO ha estandarizado tres métodos para la medida de los esfuerzos de relajación en compresión utilizando piezas de ensayo cilíndricas o anillos. Los anillos son importantes ya que ellos permiten un área superficial máxima la cual va a estar en contacto con el líquido de ensayo y pueden simular el trabajo real de las condiciones de un “O” ring. El mismo principio es usado en la mayoría de los métodos de medición del esfuerzo de relajación en compresión, el cual se ilustra en la figura No.12. La pieza de ensayo se comprime entre placas a una deformación constante y la fuerza ejercida por la pieza de ensayo se mide a determinados intervalos aplicando un pequeño esfuerzo adicional. El mecanismo medidor de fuerza graba la fuerza en el momento en que el plato superior se separa del cuerpo del montaje. El principio es simple pero se presentan dos dificultades. Identificar el momento exacto en que los platos se separan e impedir que los platos se inclinen sin introducir una fuerza excesiva de fricción.

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Figura No. 12 . Método usado para medir el esfuerzo de relajación. El

esfuerzo ejercido por la pieza de ensayo se mide cuando el plato superior y el cuerpo del montaje son justamente

separados por la aplicación de una pequeña fuerza adicional.

Los métodos para medir los esfuerzos de relajación en compresión están descritos en las normas ISO 3384, BS 903 Parte A 42 y la DIN 53537. El método de ensayo de la norma ASTM D-1390 fue descontinuado en julio de 1989. Es posible usar un simple eje presionado, con una celda de carga para medir el esfuerzo de relajación en compresión. El eje de la prensa se baja manualmente y la fuerza compresiva se mide mediante un circuito eléctrico. Sin embargo la operación es extremadamente delicada y es preferible usar equipo más sofisticado. Uno de estos equipos es el relaxómetro de esfuerzos de Lucas, como se muestra en la figura No. 13. La pieza de ensayo generalmente es un “O” ring o empaque en forma toroidal, el cual se coloca entre el plato fijo y el plato de compresión del montaje. Este se comprime al porcentaje requerido de su sección por medio de un tornillo de ajuste del plato superior del montaje. El montaje se coloca en el equipo apropiado (balanza ajustada). Cuando el tornillo de carga de la balanza hace contacto con la plataforma de carga, se completa un circuito eléctrico de todo el montaje. Cuando se aplica una fuerza al plato de compresión la cual es ligeramente más grande que la fuerza ejercida por la pieza de ensayo, se rompe el contacto y se activa un indicador lumínico en el cual la fuerza ya puede ser medida. El montaje se remueve del instrumento y

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se coloca bajo las condiciones del procedimiento de envejecimiento seleccionado, el cual puede incluir fluidos en circulación por el centro del montaje. Después de cada período de envejecimiento, se mide la fuerza ejercida por la pieza de ensayo.

Figura No. 13. Vista en explosión de un montaje de ensayo Lucas.

El equipo de Lucas es ampliamente usado pero requiere una elevada habilidad para su manejo. Además no puede ser usado en piezas de ensayo como discos sólidos o muestras planas sacadas de la pieza final.

2.3.5.1 Estándares.

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Los métodos para medir los esfuerzos de relajación son cubiertos por la norma ISO 3384. Deben ser utilizadas piezas de ensayo de forma cilíndrica o también “O” rings, dependiendo de las circunstancias. Las probetas cilíndricas son las mismas usadas en el de compression set, aunque se prefiere la probeta más pequeña. De preferencia, deben ser lubricadas las superficies de las probetas para no permitir la unión con las placas. La reproducibilidad de los ensayos de esfuerzos de relajación de algunos de los elastómeros, particularmente aquellos que contienen cantidades significativas de carga, puede ser mejorado por acondicionamiento mecánico de la pieza de ensayo. En tales casos la pieza de ensayo es condicionada comprimiéndola bajo el mismo esfuerzo que estará durante el ensayo y regresándola a deflexión cero. Esto se repite 5 veces. El acondicionamiento mecánico debe ser después de un atemperamiento a temperatura ambiente entre 16 y 48 horas inmediatamente después que ha transcurrido el ensayo. Se conocen tres procedimientos. Se recomienda una compresión del 25% pero se pueden utilizar valores más bajos si es necesario. En el método A, la pieza se comprime a la temperatura del ensayo y todas las medidas de la fuerza se hacen a esta temperatura. En el método B, la compresión y las mediciones de la fuerza son hechas a la temperatura ambiente. En el método C la compresión es hecha a temperatura ambiente y las mediciones de la fuerza son hechas a la temperatura del ensayo. Los tres métodos no dan los mismos valores de esfuerzos de relajación y se deben evitar las comparaciones entre ellos. La duración del ensayo es normalmente de 168 horas después de la compresión inicial, y la medida de la contrafuerza de la pieza de ensayo a intervalos intermedios, como por ejemplo a 24 y 72 horas. En el método B, el tiempo de enfriamiento del dispositivo para tomar la lectura no se incluye en el tiempo total del ensayo. Es frecuentemente necesario medir el efecto del esfuerzo de relajación por períodos de tiempo mucho mayores. En tales casos es conveniente utilizar escalas de tiempo logarítmicas. El esfuerzo de relajación bajo compresión, R(t), después de una duración del ensayo, t, expresado como un porcentaje de la contrafuerza inicial, esta dado por:

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( )R tF F

Fx=

−0 1

0

100

Donde:

F0 es la contrafuerza inicial medida 30 minutos después de completar la compresión en los métodos A y B y dos horas después completando la compresión en el método C.

F1 es la contrafuerza medida después de la duración del ensayo especificado.

Son empleados discos estándar para el ensayo, los cuales son de dos tamaños: largo o pequeño. El método de ensayo involucra básicamente compresión de las piezas de ensayo a una deformación constante; la fuerza ejercida por la pieza de ensayo se mide a determinados intervalos sobre condiciones específicas. Los esfuerzos de relajación en compresión son expresados como un porcentaje de la contrafuerza inicial.

2.3.5.2 Significado. Como ya se ha mencionado, el comportamiento del esfuerzo de relajación es una propiedad importante en sellos y empaquetaduras. Sin embargo el uso del ensayo del esfuerzo de relajación ha sido rechazado o inhibido, debido a que este ensayo consume tiempo y requiere equipo costoso. Los resultados obtenidos de los esfuerzos de relajación dan una mejor idea de la sellabilidad en la práctica de aquellos ensayos realizados en el compression set, incremento en volumen o propiedades similares. Además, también los resultados de los esfuerzos de relajación no se pueden extrapolar con ningún grado de certeza en el desempeño del producto final, los ensayos son útiles solo para comparar el comportamiento de diferentes tipos de caucho. Por ejemplo, en la figura No. 14 se muestra el porcentaje retenido de sellabilidad de diferentes elastómeros de “O” rings ensayados en el aparato de Lucas, después de estar en contacto con aire a 150° y 200°C. Se nota claramente el buen comportamiento del Viton a las dos temperaturas de ensayo.

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Es importante apreciar que los sellos elastoméricos están, comúnmente, en contacto con más de un líquido. Un sello de una tubería, por ejemplo, estará en contacto con el fluido que va a retener por un lado y con aire por el otro. Aquí habrán diferencias de temperaturas dentro del sello. Tales condiciones pueden ser simuladas fácilmente por el ensayo de esfuerzos de relajación. Se pueden presentar problemas con los fluidos que toman mucho tiempo en penetrar la pieza de ensayo. En estos casos, el efecto de otros parámetros, tal como el hinchamiento, puede llegar a ser importante. Otro posible peligro son aquellos ensayos en los cuales se toma una temperatura demasiado alta en la cual puede haber una degradación del fluido en contacto con el elastómero. Los combustibles en particular pueden formar gomas o pegamentos el cual se adherirá a los sellos o a las partes metálicas. Estas gomas ayudaran al sellado en vez de perder su efectividad.

Figura No. 14. Ensayo del esfuerzo de relajación en sellos de “O” rings.

2.3.6 FATIGA. La fatiga puede ser definida como el cambio en propiedades que le ocurren a un material después de una acción prolongada de un esfuerzo o de una deformación. Después de los ensayos de “creep”, compression set y el esfuerzo de relajación, la fatiga es uno de los ensayos mas empleados en los elastómeros. Sin embargo, el término es usado para

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cubrir los cambios que resulten del crecimiento de corte sobre una deformación cíclica repetitiva (flexión dinámica) o esfuerzo estático (fatiga dependiente del tiempo). El doblamiento repetitivo o movimiento oscilatorio causa agrietamiento superficial el cual puede eventualmente propagarse. Además, a menos que el calor sea disipado, la energía perdida debido a la histéresis puede incrementar la energía interna del elastómero y causar el “refuerzo calorífico” o “heat buildup”. El craqueo por la fatiga puede estar influenciado por muchos factores. El primero por el tipo de caucho, el tipo y grado de reticulación, los aditivos tales como las cargas y los agentes de protección (los cuales controlan las características básicas del crecimiento del agrietamiento) y la medida de la grieta hecha inicialmente. Segundo, las consideraciones mecánicas tales como la forma y tamaño del artículo, la naturaleza y magnitud de la deformación y la frecuencia y forma de los ciclos. Y como tercero y último, los factores ambientales como la temperatura, la humedad y los agentes potencialmente hostiles tales como el oxigeno atmosférico y el ozono. En particular el ozono puede causar severo agrietamiento a la pieza de ensayo si al menos está ligeramente deformada. El ensayo estándar para la máquina De Mattia enfatiza que la concentración de ozono presente no debe ser mayor de 1 pphm. El efecto relativo del esfuerzo mecánico, del oxígeno y del ozono se ilustran en la figura No. 15, la cual muestra la resistencia a la fatiga que puede esperarse para varios esfuerzos de un caucho natural vulcanizado sin carga, con 1 phr de antioxidante a varias atmósferas. Los ensayos en vacío representan falla puramente mecánica y muestran que la resistencia a la fatiga se aproxima al infinito cuando el esfuerzo máximo está por debajo del 100%. Este último resultado puede variar para cada composición.

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Figura No. 15. Efecto del esfuerzo máximo por

fatiga y de la atmósfera en la vida de un vulcanizado de caucho natural.

Los resultados en la atmósfera de laboratorio, la cual contiene oxígeno y una cantidad limitada de ozono, reduce el límite de la fatiga a un 25% con una deformación del 100%. Cuando se incrementa la concentración de ozono, la fatiga se redujo nuevamente a bajas deformaciones, pero tiene muy poco efecto a altas deformaciones. Los técnicos de caucho dividen sus ensayos de laboratorio en dos tipos: el primero es conocido como “agrietamiento por flexión” en donde el agrietamiento es inducido en una probeta de ensayo delgada sin un gran incremento en la temperatura. El segundo tipo, referido como “heat buildup”, es hecho con piezas relativamente delgadas y en donde se permite un incremento en la temperatura hasta que la estructura interna del elastómero se rompe. Ninguno de los dos tipos de ensayo anteriores proporcionan una información fundamental y los resultados son muy dependientes hasta de la geometría de la pieza de ensayo y del equipo utilizado.

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2.3.6.1 Agrietamiento por flexión y crecimiento de corte.

En este ensayo la probeta se coloca bajo flexión ya que es el tipo de deformación experimentada en servicio por llantas, bandas, calzado, etc. Se han desarrollado muchos tipos de aparatos, algunos de los cuales solo tienen una aplicación particular y su uso es principalmente para realizar ensayos simulados en servicio. La máquina de flexión de De Mattia es la más ampliamente usada en Europa.

Figura No. 16. Máquina de flexión de De Mattia.

El principio de la máquina de De Mattia se ilustra en la figura No. 17. La mordaza superior es la fija y sostiene un lado de la probeta de ensayo. Una segunda mordaza, la cual se activa por una unidad excéntrica, imparte un movimiento reciprocante al otro lado de la pieza de ensayo. Las especificaciones ISO hacen referencia a una separación entre mordazas de 75 mm, un recorrido o viaje de 57 mm a un movimiento reciprocante de 5 Hz. Se ensayan al menos seis probetas por ensayo, pero preferiblemente 12. Las dimensiones de la pieza de ensayo se muestran en la figura No.18, las cuales pueden ser moldeadas o troqueladas. Los resultados del ensayo son

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muy dependientes del espesor utilizado y las comparaciones deben hacerse con los espesores que estén dentro de las especificaciones.

Figura No. 17. Principio de la máquina de De Mattia.

Figura No. 18. Pieza de ensayo De Mattia.

Existen dos normas ISO para el ensayo de la flexión: ISO 32 para la determinación del agrietamiento por flexión y la ISO 133 para la determinación del crecimiento de corte. Las probetas son flexionadas hasta el primer indicio de agrietamiento. Se anota el número de ciclos en este punto. La máquina se enciende nuevamente y el número de ciclos se incrementa en una progresión geométrica en una relación de 1.5 en cada ocasión. Una variación de éste método se conoce como el crecimiento de corte, el cual es detallado en la ISO 133. En este caso se hace un corte de 2 mm con una herramienta de una geometría específica y la medida de la longitud del crecimiento del corte se hace por

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medio de una lente de aumento a intervalos de tiempo regulares. Se toman los datos del corte hasta una longitud de 10 mm. Las comparaciones son ligeramente menos subjetivas que para el agrietamiento por flexión. Es recomendable hacer ambos ensayos, tanto el agrietamiento por flexión como el del crecimiento del corte, debido a que ciertos vulcanizados blandos, como los cauchos elaborados con Estireno Butadieno, pueden mostrar una resistencia marcada a la iniciación del agrietamiento y aún a la propagación del corte. Existen otras máquinas para el ensayo de la fatiga las cuales no son cubiertas por las normas europeas, pero cabe mencionar aquellas de las normas ASTM. Por ejemplo la ASTM D 430 describe el flexómetro Scott, el cual se usa para chequear la separación de capas en bandas, llantas y otros artículos en los cuales un textil se une a un compuesto de caucho. La ASTM D 1052 describe el flexómetro Ross el cual es usado para determinar el crecimiento de corte. Esta máquina controla las deformaciones de una manera mas precisa que las otras y es frecuentemente usada para el chequeo de las suelas de zapatos.

Tabla No. 2. Normas estándar para la fatiga.

Agrietamiento por flexión Crecimiento de corte

ISO 132 ISO 133 ASTM D 430 ASTM D 813 y D 1052

BS 903: Parte A10 BS 903: Parte A11 NF T46-015 NF T46-016

Ensayo de flexión Tensión a la fatiga

ISO 4666/1/2/3 ISO 4666/1/2/3

ASTM D 623 ASTM D 623 BS 903: Parte A 49 BS 903: Parte A 49 BS 903: Parte A 50 NF T46-015

2.3.6.2 Heat Buildup (refuerzo calorífico). El ensayo de Heat Buildup en vez de inducir un agrietamiento de la superficie de la pieza de ensayo, lo que hace es ayudar a producir una temperatura de la pieza de ensayo por medio de fatiga

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dinámica y, últimamente, producir una degradación interna del material polimérico. Las máquinas utilizadas son llamadas “flexómetros” pero son muy diferentes de los equipos utilizados para el ensayo de flexión. Los flexómetros pueden operar en compresión, cizalladura o una combinación de los dos y se han diseñado varios aparatos en el transcurso de los años. La norma mas relevante es la ISO 4666, la cual está separada en tres partes: La parte 1 habla de los principios básicos, la parte 2 del flexómetro rotativo y la parte 3 del flexómetro de compresión. La unidad rotativa se deriva de una antigua máquina conocida como flexómetro St. Joe y es en algunas ocasiones similar al flexómetro Firestone empleado en la norma ASTM D623. La unidad de compresión es similar al flexómetro de Goodrich, también cubierta por la norma ASTM D623.

2.3.6.3 Ensayo de fatiga en tensión. La medida directa del crecimiento de corte en la tensión provee un método útil para la determinación de la energía de rotura, pero no hay normas internacionales que cubran esta técnica. Se han desarrollado maquinas de estación múltiple especialmente para este tipo de ensayos. Una máquina típica se muestra en la figura No. 19, la cual es de la MERL. Se pueden montar en forma simultánea hasta 12 piezas de 150 mm de longitud por 25 mm de ancho. Las piezas se colocan en un plato largo, seis arriba y seis abajo, el cual es manejado por una unidad excéntrica que puede producir frecuencias entre 1 y 50 Hz.

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Figura No. 19. Máquina de fatiga para el crecimiento del

agrietamiento . Las piezas de ensayo normalmente se cortan de láminas moldeadas de 1 a 2 mm de espesor, pero el ensayo no es en principio tan dependiente del espesor. Las características de carga-deflexión o de esfuerzo-deformación se obtienen del equipo extensómetro estándar. Se hace un corte de 0.5 mm de longitud en el centro de uno de los bordes de la pieza de ensayo antes de hacer el montaje en la máquina. Ensayo de tensión ISO El ensayo es más simple y se basa en los principios de fractura mecánica, Este método es cubierto por la norma ISO 6943. Las máquinas típicas son la fatiga-falla de la Monsanto y el probador de fatiga de la Wallace-MRPRA. Las piezas de ensayo pueden ser tanto los corbatines de la prueba de tensión como anillos cortados de láminas. Los corbatines deben tener un espesor de 1.5 mm. Los anillos tienen un diámetro interno nominal de 44.6 mm y un diámetro externo de 52.6 mm, lo cual da un ancho de 4 mm, aquí de nuevo el espesor es de 1.5 mm. La norma ISO establece que este tipo de máquinas de ensayo de fatiga debe tener un movimiento reciprocante con una frecuencia entre 1 a 5 Hz. El equipo de Monsanto puede montar hasta 24 corbatines, mientras que el de Wallace-MRPRA hasta 12 anillos a la

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vez. Los corbatines se sostienen de mordazas, mientras que los anillos por poleas, como se muestra en la figura No. 20. La carrera de la máquina y tanto la posición de las mordazas como los rodillos pueden ser ajustados para producir la deformación especificada por la norma. El ensayo continua hasta que ocurra el rompimiento y se anota el número de ciclos.

Figura No. 20. Diagrama del sistema de poleas empleado por

Wallace-MRPRA. Este método tiene muy bajo coeficiente de fricción y no depende tanto del operador.

Es recomendable que al menos sean ensayadas 5 probetas para cada ensayo, y que sea aplicado un análisis simple estadístico para la interpretación de los resultados. Para la mayoría de los ensayos es deseable graficar los datos de los ciclos de fatiga contra la deformación máxima. Es recomendable emplear una escala logarítmica para la fatiga y una escala lineal para la deformación.

Significado. Desafortunadamente, los resultados de los ensayos obtenidos de la máquina De Mattia solo tienen significado sobre condiciones exactas y su valor está restringido a selecciones comparativas de compuestos o para

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control en la producción. También esta el hecho de que dependen subjetivamente de la observación del grado de agrietamiento del operador. Los ensayos de flexión son de naturaleza arbitraria y el momento exacto del rompimiento es algunas veces difícil de determinar. Es por esto que los resultados tienen poca significancia de acuerdo a las condiciones de ensayo para la práctica. Los ensayos de fatiga en tensión tienen la ventaja de que ellos no son tan dependientes del operador. Sin embargo, los resultados pueden fácilmente ser afectados por la mala preparación de las probetas de ensayo. La relación de los valores puede variar desde la más baja de 2 para el poliisopreno hasta la más alta para el SBR. El ensayo con los anillos sufren el problema de la abrasión causada por el contacto entre las superficies, en la que algunas veces puede causar una falla prematura. La temperatura y la presencia de oxígeno y ozono deben ser tomados en cuenta cuando los resultados de la fatiga son de extrema importancia. En particular, la concentración de ozono en muy pequeñas cantidades pueden reducir la resistencia a la fatiga, a menos que el compuesto tenga buenos agentes de protección.

2.3.7 ABRASIÓN. La fricción y la abrasión son palabras que están interrelacionadas, así la abrasión es un proceso de desgaste de un material en su superficie por la fricción. Si no hay fricción, la abrasión no podrá ocurrir. Sin embargo los dos tópicos son frecuentemente considerados separadamente. La fricción y la abrasión son las dos propiedades de mayor importancia cuando los productos elastoméricos tendrán aplicaciones dinámicas. Por ejemplo, los sellos dinámicos estarán sometidos a abrasión cuando hay un deslizamiento sobre una superficie seca en donde la fricción será correspondientemente alta. El coeficiente de fricción de un elastómero depende de un gran número de factores, tales como su forma geométrica y su composición, temperatura, presión y tanto de la superficie del compuesto de caucho como con la que va a estar en contacto.

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La alta fricción puede ser dañina porque puede generar calor, el cual puede causar degradación del elastómero. La fricción puede ser rebajada considerablemente usando un lubricante apropiado o por medio de tratamiento químico de la superficie del elastómero. Los compuestos de caucho que contienen “autolubricantes” se utilizarán cuando sea importantísimo una mínima fricción. La fricción y la abrasión son dos propiedades importantes en los sellos dinámicos. No como el ensayo de fricción que es raramente estandarizado en unos pocos laboratorios, han sido creadas muchas máquinas para hacer el ensayo de abrasión el cual se ha estandarizado y la mayoría de los laboratorios de caucho tienen al menos un tipo de estas máquinas de abrasión. En muchas aplicaciones la resistencia al desgaste es una de las propiedades más importantes de un compuesto de caucho, a la vez que es una de las propiedades más difíciles de medir. Por ejemplo, el tipo de desgaste experimentado por una llanta de automóvil en el camino es muy diferente al desgaste de una manguera usada para soplar arena (sand blasting). Una llanta está expuesta a la acción del rayado, y la severidad de este depende de la superficie del camino, mientras que las partículas finas de arena a alta velocidad producen un corte en el proceso de arena soplada. Es por esto que algunos ensayos normalizados pueden llegar a ser superfluos ante la clase de desgaste recibido en el desempeño real. En algunos casos los resultados de las normas pueden llegar a ser engañosos. Por ejemplo un compuesto de caucho que en el ensayo puede llegar a ser insatisfactorio para el soplado con arena, puede ser excelente en la aplicación real. Inversamente, no es seguro asumir que un compuesto de caucho que ha probado ser bueno para el soplado con arena, no significa que lo sea para otras aplicaciones como bandas, llantas o suelas de zapato, entre otros. Los ensayos de abrasión deben ser relacionados al desempeño en servicio simulado hasta donde sea posible. También se presentan dificultades puramente mecánicas que pueden producir resultados engañosos. Por ejemplo un compuesto no curado completamente (blando y pegajoso) o uno con una cera o con aceite, puede presentar excelente resistencia al desgaste solamente porque la máquina de ensayo ha sido engrasada o lubricada por el material removido de la superficie de la pieza de ensayo.

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El desgaste es usualmente considerado en términos de abrasión, el cual está definido como la resistencia de un compuesto de caucho al desgaste sufrido con un medio abrasivo en movimiento. Los métodos de ensayo están descritos en las normas ISO 4649, ASTM D2228, D394, D1630, D2228 y D3389, BS 903: parte A9 y la DIN 53516. En todos estos métodos, una pieza del compuesto de ensayo se coloca contra una superficie abrasiva sobre una carga y una velocidad especificada. La pérdida volumétrica del compuesto de caucho es medida y el resultado es expresado como un porcentaje (o pérdida volumétrica) en comparación con un patrón estándar. Muchos nombres famosos han sido asociados a los abrasímetros, tales como Akron, Dunlop, Du Pont, National Bureau of Standars, Pico y Schiefer y Taber. En esta parte se dará más importancia al abrasímetro ISO (DIN), ya que es el más utilizado en el medio. Abrasímetro ISO El abrasímetro descrito en la norma ISO 4649 (también conocido como el abrasímetro DIN) fue la máquina que se difundió más rápidamente en Europa. Es muy fácil y rápida de usar, sobre todo para el control de calidad. Sin embargo, como sucede en la mayoría de los ensayos, no hay relación estrecha entre los resultados y el desempeño en servicio. El principio de la máquina se muestra en la figura No. 21. Se coloca una pieza de ensayo sobre un sostenedor apropiado el cual recorre un tambor rotativo que está cubierto por un papel abrasivo. Las piezas de ensayo son de forma cilíndrica de 16 mm de diámetro y con un espesor no menor de 6 mm. Si el espesor de la pieza no es el adecuado, se puede unir a otra pieza con un espesor no menor de 2 mm y con una dureza no menor de 80 IRHD. El sostenedor o cabezal se mueve lateralmente a lo largo del tambor a una velocidad de 4.2 mm por cada revolución del tambor y debe tener un arreglo apropiado tal que la pieza de ensayo viaje a una velocidad de una revolución por cada 50 revoluciones del tambor. La pieza se presiona contra el tambor por una fuerza vertical que generalmente es de 10 newton, la cual se coloca en la parte superior del cabezal o sostenedor.

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Figura No. 21. Principio de medición del abrasímetro ISO (DIN)

para medir la resistencia a la abrasión. El tambor tiene un diámetro de 150 mm y una longitud de 500 mm y con una rotación de 40 rev/min. El tambor se cubre con un papel abrasivo estándar. Después que la pieza ha hecho un recorrido de 40 mm, el cual corresponde a 84 revoluciones, la pieza es removida del cabezal. En casos especiales donde la pérdida de masa sea superior a 600 mg en los 40 m, la corrida debe reducirse a los 20 m y el resultado deberá multiplicarse por dos. La pieza de ensayo es pesada antes y después de la corrida. La pérdida de peso es convertida a pérdida volumétrica dividiéndola por la densidad del material. Se deben hacer tres corridas a la temperatura del laboratorio y se saca el promedio entre estas lecturas. Para obviar la dificultad de mantener las condiciones de ensayo consistentes, los ensayos son relacionados a los obtenidos con un caucho estándar. Se utilizan dos fórmulas para expresar los resultados. Uno cuando se expresan como pérdida de volumen y el otro cuando se expresa como índice de resistencia a la abrasión. Las dos fórmulas son:

Perdida volumetrica = perdida de volumen de la pieza de ensayo, en mm

perdida de masa del caucho patron, en mg

3

x200

Notas: 1. Esta fórmula requiere una carga de 10N y la pieza de ensayo no debe rotar.

2. la resistencia a la abrasión es el recíproco de la pérdida volumétrica

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Indice de resistencia a la abrasion =perdida de volumen del caucho estandar

perdida de volumen de la pieza de ensayo x 100

Nota: se prefiere el método de ensayo de pieza giratoria, pero ambos

ensayos deben seguir el mismo procedimiento. Otros abrasímetros. El abrasímetro Akron, en el cual los resultados son comparados con un compuesto patrón y son expresados como un índice de abrasión. Los métodos estándar para el ensayo son especificados en las normas ASTM D394 y la BS 903: parte A9. El abrasímetro Dunlop, en el cual la máquina y el método de preparación de la pieza de ensayo son muy complicados, además que este abrasímetro no esta cubierto por ninguna norma estándar. El abrasímetro Du Pont , en el cual la resistencia a la abrasión es calculada por la pérdida de peso después de un número específico de revoluciones en un disco abrasivo, y se expresa como un índice de resistencia a la abrasión. Las normas empleadas son la ASTM D394 y la BS 903: parte A9. El abrasímetro de la National Bureau of Standards (NBS), en el cual los resultados obtenidos son comparados con una muestra patrón. La norma que cubre este ensayo es la ASTM D1630. Abrasímetro Pico, en el cual los resultados se expresan como un índice de resistencia a la abrasión. La norma empleada es la ASTM D2228. El abrasímetro Taber, especialmente fabricado para realizar ensayos de abrasión sobre capas o fibras textiles. Los métodos de ensayo son cubiertos por las normas ISO 5470, ASTM D3389 y la BS 903: parte A9. Significado. Se debe reconocer que no hay una correlación directa entre los resultados del ensayo de la abrasión y el desempeño en servicio. Los elastómeros de silicona, por ejemplo, se pueden desempeñar bien como sellos dinámicos bajo condiciones favorables de trabajo que eliminen la fricción. También, cuando se comparan diferentes tipos de caucho en un

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amplio rango de resultados, no se debe esperar el mismo comportamiento del desempeño en el servicio.

2.3.8 RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO. El envejecimiento de los elastómeros envuelve un cambio progresivo en sus propiedades físicas y químicas, usualmente marcadas por la deterioración. Entre los factores que influyen en la deterioración de los elastómeros están el ozono, el calor, el oxígeno, la luz solar, ciertos iones metálicos, la alta humedad, la alta energía de radiación, los microorganismos y la polución atmosférica, particularmente en áreas industriales. Sobre condiciones severas, los elastómeros pueden llegar a ser inservibles después de un corto tiempo. La deterioración de los elastómeros pueden tomar lugar en tres formas: • reticulación adicional, resultado del alto peso molecular; • escisión de la cadena resultando en una reducción de la longitud de la

cadena y disminución del peso molecular; o • alteración química de la molécula por la formación de grupos polares

tales como los aldehidos, cetonas, hidróxilos y grupos éter (las cuales afectan las propiedades eléctricas aislantes).

Generalmente, mientras más grande es la insaturación en la cadena polimérica, más susceptible es al envejecimiento. Las propiedades físicas de los elastómeros son grandemente dependientes de la temperatura. Normalmente los ensayos son realizados a 23±2°C. Sin embargo hay un gran interés en realizar ensayos a otras temperaturas de la ambiente. Generalmente hablando, la dureza, la resistencia a la tensión y el módulo disminuyen cuando el ensayo es llevado a cabo a temperaturas superiores a la ambiente. La elongación última incrementa sobre un cierto rango de temperatura y luego decrece cuando se sigue aumentando la temperatura. La resiliencia se incrementa a un valor máximo. Los elastómeros son usualmente mas resistentes al calor en ausencia de oxígeno. Con el fin de separar el efecto del calor del oxígeno, es necesario llevar a cabo ensayos en vacío o en atmósferas inertes con nitrógeno. Sin embargo en la práctica, el efecto del calor y el oxígeno difícilmente puede ser separado. Por esta razón, el ensayo diseñado para determinar la resistencia al calor normalmente se lleva a cabo en aire o

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con oxígeno. Consecuentemente, los cambios de propiedades son causados por la combinación del calor y del oxígeno. Los métodos de ensayo para determinar la resistencia al calor o envejecimiento acelerado están descritos en las normas ISO 188, BS 903: parte A 19, DIN 53508 y la ASTM D 572, D 573 y D 865. Estas normas permiten el uso de dos procedimientos: horno de aire y bomba de oxígeno. Un término medio entre estos dos procedimientos es el método de la bomba de aire dado en la norma ASTM D 454. En el método del horno de aire, la pieza de ensayo es expuesta al aire a presión atmosférica a una temperatura elevada específica por un período de tiempo conocido, después del cual se determina sus propiedades físicas. Estas son comparadas con las propiedades tomadas inicialmente antes del envejecimiento. En el método de la bomba de aire, las piezas de ensayo están expuestas a la deterioración por la influencia del oxígeno a una elevada temperatura especificada, a una presión y períodos de tiempo conocidos. En el método de la bomba de aire dado en la ASTM D 454, el espécimen de ensayo es expuesto a aire a alta presión a 125°C por determinados períodos de exposición. Los períodos están espaciados a intervalos tales que la deterioración no debe ser tan grande que permita la determinación de las propiedades físicas finales. Los intervalos mas frecuentemente usados son 3, 5, 8, 12, 20 y 30 horas. Aunque no se ha especificado en ninguna norma, puede ser ventajoso envejecer una serie de veces y dibujar un gráfico de la propiedad de interés contra el tiempo. En algunos casos puede ser útil dibujar el gráfico con el logaritmo de la rata de cambio de la propiedad escogida contra el inverso de la temperatura absoluta - conocido como un gráfico de Arrhenius. Si con el gráfico de los resultados se obtiene una línea recta, se asume que la velocidad de cambio a mas bajas temperaturas puede ser estimada por extrapolación.

Una variación de estos procedimientos se ilustra en la figura No. 22. Para un cloropreno resistente al calor, donde la temperatura a la cual la pieza de ensayo falla al 100% se grafica contra el logaritmo del tiempo de exposición en un horno por aire. Como el resultado es una línea recta, se asume que se tiene un medio para predecir la vida de servicio de este compuesto a cualquier temperatura intermedia.

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Es interesante anotar que en este caso un incremento en la temperatura de 10°C, causa una disminución en la vida de servicio del 50%, lo cual está de acuerdo con la regla del ingeniero de polímeros que una diferencia de 10°C dobla o divide en dos la vida de un compuesto.

Figura No. 22. Gráfica de envejecimiento por calor de un cloropreno

2.3.8.1 Resistencia al deterioro atmosférico.

El deterioro de las propiedades físicas puede ocurrir cuando los elastómeros están expuestos al ambiente. Este deterioro se puede observar como agrietamiento, delaminado, por cambio de color y por otros defectos superficiales, y últimamente por la falla del producto en servicio. La mayoría de estos defectos puede ser prevenida mediante una composición aceptable, y muchos de los elastómeros sintéticos especiales son inherentemente mas resistentes a la deterioración que el caucho natural. La inclusión de negro de humo incrementa la resistencia de la mayoría de los elastómeros al ataque de la radiación ultravioleta.

La causa más importante de la deterioración atmosférica es la presencia de ozono. Menos de una parte por cien millón (pphm) de ozono en la atmósfera puede atacar severamente a los cauchos no resistentes si ellos están ligeramente estirados. Sin embargo, la concentración de ozono en la atmósfera es una variable tal que es difícil de reproducir en las condiciones reales de trabajo.

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El deterioro atmosférico natural son ensayos de largo tiempo en áreas que relacionan las condiciones climáticas sobre las cuales el producto puede estar en uso. En algunos casos, una forma de acelerar el ensayo es colocar las piezas en una área, como La Florida, en donde las condiciones climáticas son más severas que las normales. La deterioración también puede ser acelerada colocando las piezas sobre estiramiento, ya sea extendiéndolas en montajes especiales (“racks”) o por doblamiento de las mismas piezas hasta alcanzar un lazo o “loop”. Las recomendaciones para el tipo de equipo, preparación de las muestras de ensayo, las condiciones y los procedimientos están dados en la norma ISO 4665/2.

Pero el deterioro atmosférico natural es necesariamente un proceso largo, debido a esto se han desarrollado unidades para realizar ensayos acelerados. La fuente de luz debe tener un espectro similar a la luz solar pero con una intensidad incrementada en la longitud de onda de la luz ultravioleta (UV). La primeras unidades diseñadas fueron las de arco de carbón o mercurio, luego siguieron las de arco de xenón y ahora las de tubos fluorescentes se han popularizado bastante. La norma ISO 4665/3 especifica las condiciones de ensayo solo para los equipos de arco de xenón como fuente de luz.

2.3.8.2 Resistencia al ozono. El ozono es generado del oxígeno en el aire por la acción de la luz ultravioleta proveniente del sol o por descarga de alto voltaje (corona) y está universalmente presente en la atmósfera de la tierra. La concentración puede variar desde menos de 1 a 5 pphm en áreas rurales y hasta 50 pphm en zonas urbanas altamente contaminadas. Aunque el ozono no tienen un efecto sobre los cauchos sin deformación, la mayoría de los productos elastoméricos están sujetos a alguna clase de deformación y pueden ser severamente atacados por el ozono a concentraciones tan bajas como 1 pphm. El efecto del ozono se ve claramente en los daños mecánicos de la pieza y en el agrietamiento de la superficie. La resistencia al ozono puede ser mejorada por la adición de antiozonantes y/o ceras los

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cuales forman una capa protectora. Los ensayos de laboratorio tienen gran importancia en la evaluación de tales productos. Las probetas de ensayo deben ser almacenadas en un lugar oscuro en una atmósfera libre de ozono, además debe ser acondicionada antes del ensayo entre 48 y 96 horas. Esto permite que los antiozonantes y/o las ceras salgan a la superficie para formar la película protectora. Si no se utilizan estos aditivos, no es necesario este acondicionamiento. La norma ISO 1431/1 establece una serie de posibles concentraciones y temperaturas de ensayo, pero a menos que otra sea especificada, se recomienda una concentración de 50 pphm a 40°C. Sería ideal utilizar una serie de estiramientos, pero la que más se utiliza es de un 20%. Una manera de presentar los resultados es decir “hay o no cuarteamiento”, otro especifica ciertos grados de cuarteamiento, dependiendo del tamaño de la grieta. Otro método de presentar los resultados es graficar el logaritmo de la deformación (estiramiento) contra el logaritmo del primer agrietamiento, lo que se puede observar en la figura No. 23.

Figura No. 23. Método gráfico para presentar los

resultados de acuerdo a la norma ISO 1431/1.

Muchos productos están sujetos a deformaciones cíclicas en servicio y el movimiento mecánico puede remover de la superficie

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la capa protectora de los aditivos . Es por esto que es recomendable hacer ensayos dinámicos. Estos ensayos están dados en la norma ISO 1431/2. La expresión de los resultados se da en forma similar a los presentados en el ensayo estático. En el eje del tiempo se podría colocar indistintamente el número de ciclos a los cuales falló la probeta.

2.3.8.3 Significado.

Los ensayos de envejecimiento acelerado son llevados a cabo para tres propósitos diferentes: • para medir los cambios en los compuestos vulcanizados a

elevadas temperaturas de servicio; • como un ensayo acelerado para estimar el envejecimiento

natural a temperatura ambiente normal; y • en especificaciones de ensayos como control de calidad. Aún cuando los ensayos de envejecimiento por calor son utilizados para simular la aplicación a altas temperaturas, la correlación no es muy buena a menos que la parte entera sea usada en vez del espécimen delgado de ensayo. Estas tienen una relativa alta relación area-superficie a volumen, resultando en una difusión rápida del oxígeno a través del elastómero el cual da un envejecimiento más uniforme. Podría ser engañoso correlacionar los resultados de las piezas delgadas de ensayo hacia partes de una marcada diferencia en forma y dimensiones.

También es importante anotar que no hay una correlación directa existente entre el envejecimiento acelerado y el envejecimiento normal, lo cual usualmente ocurre en combinación con luz, humedad, ozono y otros factores. El número de parámetros, la considerable variación en las condiciones de un sitio a otro, y las diferencias en las estaciones hacen muy difícil medir el deterioro ambiental en términos absolutos. Es deseable medir piezas de un envejecimiento natural conocido en una serie de ensayos acelerados sólo para realizar mediciones comparativas. Este ensayo puede dar información valiosa que puede ser utilizada para eliminar compuestos que fallan rápidamente. Se recomienda que los ensayos de envejecimiento de

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cualquier producto nuevo se realicen cuanto antes posible con el fin de tener un adelanto sobre cualquier posible problema que se presente. Los resultados del envejecimiento acelerado climático son difíciles de correlacionar con el envejecimiento natural y con el desempeño real. Los ensayos tienden a exagerar la región UV del espectro del sol y la temperatura durante el ensayo es frecuentemente más alta que la real. Parte de la degradación es debida entonces a la temperatura mas que a la radiación UV. Además la ausencia de ozono durante el ensayo elimina el factor más importante que afecta la resistencia a la deterioración ambiental.

Los ensayos de envejecimiento de la resistencia a la intemperie con piezas de ensayo gruesas pueden ser engañosas. Cuando un elastómero es relativamente grueso, por ejemplo los apoyos para los puentes, la degradación sólo puede afectar la superficie, y las propiedades mecánicas de la masa en sí del elastómero pueden estar de una manera satisfactoria. En tales casos se debe tomar como precedente la experiencia práctica o realizar ensayos in situ.

2.3.9 RESISTENCIA A LOS GASES. La permeabilidad a los gases y a los vapores es una propiedad de gran importancia cuando se consideran productos como neumáticos y diafragmas. Todos los elastómeros son permeables a los gases y a los vapores, pero la velocidad de permeabilidad varía considerablemente con los tipos de elastómeros. En general, la silicona tiene la más alta permeabilidad a los gases, seguida por NR, EPDM, SBR, CR, NBR, FPM, ECO y IIR. Sin embargo, diferentes compuestos aún perteneciendo al mismo tipo de elastómero puede diferir enormemente en la velocidad de permeabilidad debido a los diferentes ingredientes del compuesto. Es por esto que la permeabilidad de un compuesto dado no se puede predecir meramente por el conocimiento del elastómero base que contiene. La incorporación de ciertas cargas, por ejemplo, baja la permeabilidad a los gases a cierto nivel dependiendo de la concentración. Inversamente, grandes cantidades de plastificantes incrementan la permeabilidad a los gases. El proceso de permeabilidad de un gas a través de un elastómero parece tomar lugar en dos etapas: el gas se disuelve en un lado del elastómero y el gas disuelto se difunde al lado opuesto, en donde la evaporación toma lugar. Consecuentemente la velocidad de permeabilidad de varios gases

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a través de diferentes materiales elastoméricos varía en una forma no predecible dependiendo del tamaño de las moléculas de gas y de la solubilidad del gas dentro del compuesto de caucho en cuestión. La permeabilidad es dependiente de la temperatura, incrementándose con las temperaturas altas. Sin embargo, teóricamente el coeficiente de permeabilidad debe ser independiente de la presión aplicada, pero se han observado desviaciones considerables a altas presiones. Los procedimientos estándar para medir la permeabilidad a los gases de los elastómeros están descritos en las normas ISO 2782 (método a presión constante), BS 903: partes A 17 y A 30 y la DIN 53536. En general los procedimientos involucran el colocar una presión diferencial en la pieza de ensayo y medir (notando el cambio en la presión y en o volumen) la cantidad de gas que pasa al lado de baja presión). Es necesario asegurar que la difusión del gas a través de la pieza de ensayo ha llegado a un estado ideal. Esto puede requerir desde unos minutos hasta semanas, dependiendo de la combinación entre gas y el elastómero empleado y del espesor de la pieza. Un aparato típico empleado para este ensayo se ilustra en la figura No. 24.

Figura No. 24. Aparato para medir la permeabilidad a los gases.

Significado. La mayoría de los datos de laboratorio son obtenidos sobre más bajas presiones que las encontradas en el desempeño. Consecuentemente, la velocidad de permeabilidad del elastómero a altas presiones no puede ser predicha exactamente de tales datos de baja presión. Para resultados

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más exactos, los ensayos deben llevarse a cabo sobre las condiciones de servicio. Sin embargo, los ensayos de laboratorio servirán para comparar diferentes tipos de elastómeros contra un compuesto control de un desempeño en servicio conocido.

2.3.10 RESISTENCIA A LOS LÍQUIDOS. Los métodos estándar para evaluar la resistencia de los elastómeros a la acción de los fluidos están descritos en la normas ISO 1817, ASTM D 471 y D 1460, BS 903: parte 16 y la DIN 53521. Brevemente, estos procedimientos de ensayo involucran especímenes que se exponen a la acción de los líquidos sobre condiciones definidas de tiempo y temperatura. Aunque el cambio en volumen generalmente es una buena indicación de la resistencia al fluido, también es importante medir los cambios en otras propiedades mecánicas tales como la dureza, resistencia a la tensión y la elongación última. Un bajo hinchamiento no significa siempre una buena resistencia a los fluidos, es posible que haya oculta una gran deterioración de las propiedades físicas. Como se mencionó anteriormente, el fluido en contacto puede influenciar grandemente en la medida de compression set, el cual usualmente se determina sin hacer referencia al medio en contacto. Es por esto que se hace necesario determinar el efecto de los fluidos en esta propiedad si es de importancia en las aplicaciones. También es importante mencionar que, en algunos casos, pueden ocurrir cambios químicos en los fluidos durante el servicio y que el elastómero que es resistente al nuevo fluido, puede deteriorarse en el mismo fluido después que ha sido usado por algún tiempo. Por esta razón, los ensayos en algunas ocasiones son elaborados en fluidos usados.

2.3.10.1 Cambio en volumen y en dimensiones. La medida de la pieza cuando se va a determinar el cambio en volumen debe ser de 1 a 3 cm3, un espesor uniforme de 2 mm y de largo 50 mm. La pieza de ensayo para determinar el cambio en dimensiones debe ser rectangular de 50 x 25 x 2 mm. El ensayo consiste en sumergir completamente la pieza de ensayo en un frasco de vidrio o tubo de ensayo a una temperatura determinada. La superficie expuesta debe estar libre de cualquier contacto. Esto

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se puede obtener suspendiendo la pieza con alambres o reposándola sobre esferas de cristal. Si la temperatura de ensayo esta cerca al punto de ebullición del líquido, es necesario colocar un reflujo para minimizar la condensación. El volumen del líquido debe ser al menos 15 veces el volumen de la pieza de ensayo. El cambio en volumen puede ser calculado gravimétricamente o midiendo el cambio en las dimensiones, prefiriendo el primero. La pieza de ensayo es pesada tanto en agua como en un líquido (generalmente agua) antes y después de la inmersión y el cambio de volumen se calcula tomando como base que el volumen es proporcional al peso en aire menos el peso en agua. Se debe tener cuidado de excluir las burbujas de aire cuando se pesa, lo cual se logra si se utiliza trazas de detergente. Si el elastómero es menos denso que el agua, se pueden usar plomadas o pesos para permitir el pesado. La norma estándar establece los métodos para quitar el líquido en exceso y como secar las piezas. Los resultados son expresados como porcentaje de cambio en volumen o porcentaje de cambio en longitud, ancho o espesor. Algunas veces, especialmente para propósitos de control de calidad, se calcula el cambio de masa del peso en aire antes y después de la inmersión.

2.3.10.2 Cambio en propiedades físicas.

Los procedimientos para medir los cambios en tensión y dureza siguen siendo los mismos. Se especifican dos procedimientos: uno inmediatamente después de la inmersión y el otro después de la inmersión con el subsecuente secado. El procedimiento de inmersión es similar al descrito anteriormente

2.3.10.3 Extracción. La norma ISO 1817 especifica dos métodos para medir la materia soluble extraída por un líquido que es “apto de volatilizar”, lo que significa que su punto de ebullición está por debajo de 100°C. El primer método involucra secado de la pieza después de la inmersión, y se compara su masa con la inicial El segundo método involucra evaporación hasta secado del líquido usado en el ensayo y pesado de la materia no volátil. Esto no podría ser satisfactorio si el elastómero contiene aditivos volátiles extraibles, por ejemplo plastificantes, los cuales se pueden evaporar con el líquido de

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ensayo. Ningún método es muy exacto, pero la extracción es raramente incluida en las especificaciones del producto.

2.3.10.4 Ensayo de una cara.

En muchas aplicaciones, tales como mangueras y contenedores flexibles, solo un lado de una cara está expuesto a los fluidos. La norma ISO 1817 establece un método simple usando el aparato mostrado en la figura No. 25 . La pieza de ensayo es un disco de 60 mm de diámetro, el cual puede tener el mismo espesor que el material que va a ser utilizado en el servicio. La cámara se llena con el líquido de ensayo a una profundidad de 15 mm. El aparato es entonces sometido a la temperatura requerida durante el tiempo de ensayo. Después de enfriar el aparato a la temperatura de ensayo, la pieza es removida, secada y pesada nuevamente. El resultado se expresa como el cambio en masa por unidad de área.

Figura No. 25. Aparato para el ensayo en líquidos en una sola

cara.

2.3.10.5 Resistencia a los aceites y químicos. Una gran cantidad de productos elastoméricos son usados en la industria automotriz y muchos otros están en contacto con aceites de varios tipos. Idealmente, un elastómero debe ser ensayado en el aceite con el cual va a estar en contacto en la vida de servicio. Sin embargo también pueden estar en contacto con más de un aceite

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o con aceites que cambien su composición. La norma ISO 1817 especifica un rango de cuatro aceites de simulación, tres aceites minerales y dos fluidos los cuales pueden ser usados en ensayos estándar. Estos aceites y fluidos están disponibles de varias organizaciones autorizadas.

2.3.10.6 Resistencia al agua. Todos los elastómeros pueden absorber agua, pero la penetración es muy baja comparada con la mayoría de los líquidos orgánicos, además de que requiere ensayos de mucho tiempo para que se llegue a un equilibrio. Además, el deterioro de las propiedades debido a la absorción de agua no es muy grande. La consideración más importante es el efecto en la superficie y la absorción de agua es frecuentemente expresada como el cambio de la masa por unidad de área de la superficie en vez de expresarla como un cambio en porcentaje de la masa o del volumen.

2.3.10.7 Significado.

Aunque el ensayo del simple hinchamiento puede proveer información valiosa en la disponibilidad de un compuesto de caucho para uso con un fluido dado, se puede notar que las condiciones en operación pueden variar apreciablemente de las condiciones controladas de ensayo. Por ejemplo, el fluido en contacto con la parte elastomérica puede solamente ser de forma parcial y no continua. También es importante anotar el espesor de la parte elastomérica. De hecho, cuando son fabricadas diferentes partes con un mismo material, del mismo lote de compuesto bajo las mismas condiciones, y son ensayadas exactamente en la misma forma, pueden dar diferentes resultados debido a que tienen diferente forma, espesor y relación area-volúmen. El volumen de partes elastoméricas muy delgadas puede permanecer casi sin ser afectado en la vida de servicio proyectada. Además, las partes elastoméricas bajo esfuerzos (v.g. los sellos), se hinchan menos que en el estado libre.

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2.3.11 PROPIEDADES ELÉCTRICAS.

Los elastómeros son normalmente buenos aislantes con una relativa alta resistividad eléctrica, siendo los no polares (no resistentes a los aceites) mejores que los polares (resistentes a los aceites). Sin embargo, las propiedades eléctricas de los compuestos de caucho son más dependientes de los ingredientes empleados en la formulación que del elastómero base. Se deben evitar compuestos con cargas de negro de humo si se quiere obtener buena resistividad. En este caso, las siliconas son las mejores para esta aplicación.

Tabla No. 3. Normas estándar para las propiedades eléctricas. Resistividad volumétrica y superficial (materiales aislantes)

Potencia eléctrica

Resistencia aislante

IEC 93 IEC 243 IEC 167 ASTM D257 ASTM D149 ISO 2951 BS 903: parte C1 y C2 BS 903: parte C4 ASTM D257 BS 6233 DIN VDE 0303: parte 2 BS 903: parte C5 DIN VDE 0303: parte 3 NF C26-225 DIN VDE 0303: parte

2 NF C26-215 NF C26-210 Permisividad y factor de potencia

Resistividad volumétrica y superficial (materiales conductivos y antiestáticos)

Trayectoria (“tracking”)

IEC 250 ISO 1853 IEC 112 ASTM D150 ISO 2878 BS 5901 BS 903: parte C3 ISO 2882 DIN VDE 0303: parte

1 DIN 53483 ISO 2883 NF C26-220 NF C26-230 ASTM D991 NF C26-221 BS 2044 Alto voltaje BS 2050 IEC 60 NF C26-215 BS 923 NF C26-218 DIN VDE 0432: parte 1 a 4

NF C41-101

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Es posible hacer elastómeros antiestáticos y aún conductivos por la incorporación de cantidades suficientes de grafito, tipos especiales de negro de humo, ciertos polvos metálicos o productos polares dentro de la mezcla de caucho. Sin embargo, la conductividad obtenida por estos medios no se asemeja a la de los metales. No es posible hacer una distinción clara entre elastómeros aislantes, antiestáticos y conductores. Generalmente los elastómeros que tienen una resistividad por debajo de los 104 ohms son considerados conductores; entre 104 y 108 ohms, antiestáticos; y sobre este valor, aislantes. El límite superior es usualmente alrededor de 1016 ohms. Muchos productos elastoméricos tales como bandas, empaques, suelas de zapatos y otros artículos usados en hospitales, requieren suficiente conductividad eléctrica para prevenir descargas eléctricas causadas por la acumulación de electricidad estática. Sirviendo tanto de aislante como de conductor, los elastómeros deben poseer buena retención de las propiedades eléctricas. Por esta razón deben ser considerados la resistencia a otros factores incluyendo el calor, la alta humedad y las condiciones ambientales.

2.3.11.1 Resistividad. La superficie de los elastómeros puede conducir la corriente muy fácilmente y es usual distinguir entre resistividad volumétrica y superficial. La resistividad volumétrica (también conocida como resistencia específica) es la resistencia eléctrica entre electrodos, de un centímetro cuadrado, colocado en lados opuestos de un supuesto cubo de elastómero. Las unidades más comúnmente usadas son el ohmio-centímetro (Ω.cm). La resistividad superficial es la resistencia eléctrica entre lados opuestos de un cuadrado en la superficie de un elastómero y se expresa en Ω. La resistencia aislante es la resistencia eléctrica medida entre dos puntos cualquiera con un par de electrodos. La conductancia y la conductividad son, respectivamente, los recíprocos de la resistencia y la resistividad. Resistividad volumétrica. El ensayo de resistividad volumétrica es afectado por un sinnúmero de factores incluyendo la magnitud y tiempo de aplicación del voltaje empleado, la naturaleza y geometría de los

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electrodos y la temperatura y la humedad. El ensayo consiste en colocar una lámina delgada del elastómero entre dos electrodos especificados aplicando un voltaje directo de 500V o de 100V por un minuto. En casos especiales se utilizan tiempos mas largos y voltajes mas altos.

Figura No. 26. Circuito para medir la resistividad volumétrica.

Un circuito simplificado para la medida de la resistividad se muestra en la figura No. 26. La resistividad volumétrica, en ohm. centímetros, esta dada por la siguiente fórmula:

ρ =R A

ho h m c mv .

donde:

Rv es la resistencia volumétrica en Ω

A es el área efectiva del electrodo interior en cm2.

H es el espesor de la pieza de ensayo en cm. Resistividad superficial. El aparato para medir la resistividad superficial es parecido al de la resistividad volumétrica, pero las conexiones de los electrodos son diferentes, los cuales se muestran en la figura No. 27.

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Figura No. 27. Circuito para medir la resistencia superficial de los elastómeros.

Como en el anterior, se aplica un voltaje de 500V o de 100V durante un minuto, al cabo del cual se toma la lectura de la resistencia superficial. La resistividad superficial se calcula entonces de la siguiente fórmula:

σ =R P

gohmss

Donde:

Rs es la resistencia superficial en ohmios

P es el perímetro efectivo del electrodo interno, en cm.

g es la distancia entre el diámetro exterior del electrodo interior y el diámetro interno del electrodo exterior en cm.

2.3.11.2 Resistencia aislante. La norma ISO 2951 describe el método para determinar la resistencia aislante, pro no hace distinción entre la resistencia superficial y la volumétrica. Los procedimientos de esta norma se usan para comparar las propiedades aislantes de diferentes elastómeros y en determinadas circunstancias se usan para comparar productos finales. Las probetas de ensayo especificadas pueden ser láminas planas, tubos o rodillos y los electrodos pueden ser barras metálicas o hechos con una pintura conductora. La resistencia se mide de una manera similar a la descrita anteriormente.

2.3.11.3 Elastómeros conductivos y antiestáticos. Los elastómeros son requeridos en algunas circunstancias para disipar las cargas electrostáticas y al mismo tiempo tener una resistencia aislante lo suficiente para prevenir que una persona en contacto con ella reciba un choque. En extremas circunstancias, es también necesario prevenirla de la ignición en el evento de que

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falle el aislante. Tales elastómeros son los que se llaman antiestáticos. Aparte de la electricidad estática, el principal peligro de la mayoría de los edificios y de los equipos eléctricos es la fuga de voltaje. Para proteger contra estos peligros se recomienda que el límite más bajo de resistencia de un elastómero antiestático sea de 5 x 104 por 250V de alimentación, que es una corriente máxima de 5 mA. La norma ISO 1853 especifica un método para medir la resistividad volumétrica de los elastómeros antiestáticos y conductivos. La resistencia aislante de estos materiales es muy sensible al estiramiento y a la temperatura. El principio del método se ilustra en la figura No. 28. La pieza de ensayo tiene conectado a sus bordes electrodos metálicos de corriente, los cuales se conectan en serie con una fuente de voltaje y con medidor de flujo de corriente.

Figura No. 28. Circuito para medir la resistividad de los elastómeros

antiestáticos y conductores.

2.3.11.4 Potencia eléctrica.

La potencia eléctrica, algunas veces referida como potencia dieléctrica, es una propiedad importante para materiales aislantes los cuales van a ser usados en equipo de alto voltaje (como por ejemplo cajas de breakers y transformadores), capacitores (conocidos como condensadores) y ropa de protección (como los guantes de los electricistas). La potencia eléctrica está definida

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como el gradiente de voltaje nominal (el voltaje aplicado dividido por el espesor de la pieza de ensayo) al cual ocurre la falla eléctrica bajo condiciones específicas. Las probetas de ensayo normales para los elastómeros son discos con diámetro mínimo de 100 mm o un cuadrado de lado no menor de 100 mm y con un espesor de 1.25 mm. Las láminas pueden ser evaluadas a otros espesores, de la misma manera hay métodos para ensayar otra clase de artículos como rodillos y tubos. Los resultados obtenidos por estos métodos no son comparables directamente y en su mayoría se utilizan para seleccionar comparativamente y por rutina, control de calidad y propósitos de especificación.

2.3.11.5 Trayectoria (“Tracking”). Cuando una descarga sobre la superficie de un material aislante causa una descomposición local y produce un camino conductivo carbonizado, el fenómeno se conoce como “tracking” o trayectoria. Los materiales dieléctricos sin “tracking” pueden resistir descargas pasajeras sin que se afecten sus propiedades aislantes. Se anotan el número de gotas de electrolito requeridas para producir el “tracking” por una corriente continua pasando entre los electrodos. El procedimiento se repite a diferentes voltajes y se construye un gráfico de gotas de electrolito vs voltaje, como se muestra en la figura No. 29. El punto en el cual el voltaje empieza a incrementarse es tomado como el índice comparativo de “tracking” o CTI.

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Figura No. 29. . (a) sistema del electrodo para el ensayo de “tracking” en los elastómeros.

(b) efecto del voltaje en el número de gotas electrolíticas causando la “falla” CTI es el índice comparativo de “tracking”.

2.3.11.6 Permisividad.

La permisividad relativa, algunas veces referida como constante dieléctrica o capacidad inductiva específica es una medida de la habilidad de aislamiento a la energía eléctrica almacenada. Es la relación de la capacitancia de un capacitor conteniendo un material dieléctrico, a la capacitancia de un capacitor similar pero conteniendo aire, o mas precisamente, al vacío como dieléctrico. La permisividad cambia con la temperatura, por lo cual esta deberá ser reportada en los resultados. Sin embargo, la mayoría de los ensayos se hace a temperatura ambiente.

2.3.11.7 Factor de potencia. En los circuitos eléctricos en los cuales la corriente no fluye en fase con una corriente alterna aplicada, la potencia aparente absorbida,

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medida por el producto de la corriente y el voltaje, es más grande que el valor verdadero (o velocidad de disipación de la energía) desarrollado y la diferencia aparece como calor. La relación de la potencia verdadera dividida por la potencia aparente es conocida como el factor de potencia y es expresada o por un factor decimal o como porcentaje. Para la mayoría de los elastómeros el factor de potencia es muy pequeño. El factor de potencia oscila entre 0 y 1.

2.3.11.8 Alambres y cables. Miles de toneladas de elastómeros son usadas cada año para aislar primarias y para proteger cubiertas y chaquetas en alambres y cables. Para el aislamiento de las primarias, las propiedades eléctricas son de gran importancia y estas pueden ser modificadas por un compuesto apropiado. Por ejemplo, a medida que se incrementa el contenido de negro de humo, la resistencia de aislamiento y la potencia eléctrica disminuyen, pero la permisividad y el factor de potencia incrementan. La mayoría de los plastificantes tienen un efecto nocivo en las propiedades eléctricas. En particular algunos plastificantes tipo ésteres que son pobres en resistividad y significativamente dan más baja resistencia aislante a los compuestos que lo contienen. Cuando un elastómero es usado como una cubierta aislante para un cable, sus propiedades eléctricas son de menor importancia. Esto es particularmente verdadero si el cable tiene un protector metálico o si hay una barrera entre el aislante del cable y la cubierta para prevenir migración del plastificante. Los alambres y los cables han incrementado su uso en ambientes hostiles y hay una necesidad continua en ahorrar espacio y peso. Los elastómeros que mantienen sus propiedades eléctricas a extremas temperaturas y los cuales tienen una excelente resistencia a la humedad y las altas condiciones de corrosión son los que actualmente se emplean y tienen gran demanda. Los elastómeros resistentes al fuego son también de gran importancia, los cuales son utilizados en aplicaciones como transporte público y barcos, entre otros.

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2.4 BIBLIOGRAFIA

MORTON, Maurice.

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NAGDI, Khairi.

Rubber as an Engineering Material: Guideline for uses. ed. Hanser. New York, USA, 1993, 304p.

SMITH, L. P.

The Languge of Rubber. ed. Butterworth Heinemann. Oxford, USA, 1993, 257p