sintesis y caracterizaciÓn de compuestos de matriz

1

SINTESIS Y CARACTERIZACIOacuteN DE COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMEacuteRICA

CON BASE EN LLANTA RECICLADA Y OacuteXIDOS DE HIERRO

KELLY JOHANNA SERRANO RINCOacuteN

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Mecaacutenica y Mecatroacutenica

Maestriacutea en Ingenieriacutea ndash Materiales y Procesos de Manufactura

Bogotaacute Colombia

2017

2

3

PRODUCCIOacuteN Y CARACTERIZACIOacuteN DE COMPUESTOS DE MATRIZ

POLIMEacuteRICA CON BASE EN LLANTA RECICLADA Y OacuteXIDOS DE HIERRO


Tesis de investigacioacuten presentada como requisito parcial para optar al tiacutetulo de

MAGISTER EN INGENIERIacuteA - MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA

DIRECTOR

PhD M Cs JAIRO ROA ROJAS

CODIRECTOR

MI ANDREacuteS ORLANDO GARZOacuteN POSADA

LIacuteNEA DE INVESTIGACIOacuteN EN NUEVOS MATERIALES





2017

4

5

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mis padres y hermanos por su apoyo constante y su paciencia hacen maacutes feliz mi vida A mis abuelos siempre hacen las cosas con amor y perfeccioacuten gracias por todas las ensentildeanzas de vida A mi novio por la tranquilidad que me da su corazoacuten por el respaldo y el consejo en cada una de mis decisiones una mano amiga y un compantildeero de vida A mis compantildeeros y amigos que me acompantildearon en el transcurso de este trabajo Sobre todo infinitas gracias doy a la UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA me formoacute como profesional y como persona gracias por dejarme ser parte de esta institucioacuten es un honor para miacute ser egresada (profesional y magister) de la mejor Universidad de Colombia

Me siento muy feliz fue una leccioacuten de vida no por el tiacutetulo que obtendreacute sino por el esfuerzo que realiceacute por las laacutegrimas que derrameacute por la paciencia y la calma que aprendiacute a tener

6

AGRADECIMIENTO

Al profesor Jairo Roa Rojas por el apoyo constante en la direccioacuten de este trabajo de investigacioacuten por el acompantildeamiento y seguimiento A mi codirector Andreacutes Orlando Garzoacuten Posada quien me asesoroacute y orientoacute en todo el transcurso del trabajo Al profesor David Landiacutenez Tellez por el apoyo en la realizacioacuten de los ensayos y por el aporte de sus conocimientos Agradezco enormemente a la empresa Andina de Rodillos LTDA al Ing Edwin Loacutepez quien con su experticia me orientoacute para la elaboracioacuten de las muestras me ayudoacute con algunas caracterizaciones y por todas las explicaciones dadas finalmente al grupo de investigacioacuten en fiacutesica de materiales de la universidad Pedagoacutegica y Tecnoloacutegica de Tunja al dejarme realizar la caracterizacioacuten magneacutetica de las muestras Gracias

7

RESUMEN

En este trabajo se realizoacute la caracterizacioacuten de un material polimeacuterico dopado con

partiacuteculas de magnetita con el fin de producir un caucho magneacutetico Se caracterizoacute

el material con propiedades morfoloacutegicas estructurales mecaacutenicas teacutermicas

eleacutectricas y magneacuteticas

Se realizaron diez (10) muestras diferentes variando la cantidad de ripio de llanta y

de magnetita adicionalmente se realizoacute una muestra variando el tipo de ripio

utilizado La elaboracioacuten de las muestras se desarrolloacute en la empresa ANDINA DE

RODILLOS LTDA con el asesoramiento del Ing Edwin Loacutepez quien con su

experticia aportoacute para realizar una mezcla con caracteriacutesticas de caucho blando

Las mezclas se realizaron con la matriz de caucho NBR aceleradores TMTD y

CBS azufre como agente vulcanizante activadores aacutecido esteaacuterico y oacutexido de zinc

suavizante DOP magnetita y ripio Como primera fase se realizaron las mezclas

haciendo el proceso de masticacioacuten en un molino de rodillos posteriormente se

procedioacute a vulcanizar las muestras en unas placas a 140degC durante 12 minutos las

formas de los moldes de vulcanizacioacuten se realizaron seguacuten las normas ASTM y los

requerimientos de los equipos de las caracterizaciones Los anaacutelisis llevados a

cabo comprenden para la caracterizacioacuten morfoloacutegica SEM para la caracterizacioacuten

estructural EDX y difraccioacuten de rayos X para la caracterizacioacuten mecaacutenica dureza

Shore A y tensioacuten ndash deformacioacuten para la caracterizacioacuten teacutermica reometriacutea y

termogravimetriacutea para la caracterizacioacuten eleacutectrica resistividad eleacutectrica y anaacutelisis

de frecuencia (constante dieleacutectrica) y para la caracterizacioacuten magneacutetica momento

magneacutetico

Palabras clave Elastoacutemeros ndash elastoacutemeros conductores ndash reciclaje de llantas usadas - vulcanizacioacuten

8

ABSTRACT

In this project a characterization of a polymeric material impregnated with magnetite

particles is carried out in order to produce magnetic rubber The morphologic

structural mechanical thermal electric and magnetic properties were analyzed

Ten different samples were made varying the amount of crumb rubberand magnetite

additionally to sample were taken varying the kind of crumb rubber The elaboration

of samples were made in the company ANDINA DE RODILLOS SA with the advice

of Engr Edwin Lopez who contributes with his experience to perform a mix with soft

rubber properties The mixtures were made with the NBR rubber matrix

accelerators TMTD and CBS sulfur as vulcanizing agent activators seric acid and

zinc oxid Softer DOP magnetite and gravel To begin the mixtures were made by

applying chewing process in a roller mill after that the samples were vulcanized in

some plates at 140degC for 12 minutes The plates for vulcanization were made by

ASTM standards and the equipment requirements The characterization carried out

consider for the morphological analysis SEM for the structural analysis EDX and

X-Ray diffraction for the mechanical Shore A hardness and tension - deformation

for the thermic characterization thermogravimetry and reometry for the electric

characterization electric resivity and analysis of frequency (dielectric constant) and

for the magnetic characterization Magentic momentum

Keywords Elastomers ndash conductive elastomer - recycling of waste tyres ndash vulcanization

9

Tabla de Contenido DEDICATORIA 5

AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14

CAPIacuteTULO 1 INTRODUCCIOacuteN 16

11 OBJETIVO GENERAL 18

12 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 18

13 HIPOacuteTESIS 18

CAPIacuteTULO 2 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS 19

21 ANTECEDENTES 19

22 PROCESO DE VULCANIZACIOacuteN 24

23 ELASTOacuteMEROS 28

231 ELASTOacuteMEROS CONDUCTORES 33

232 RIPIO DE LLANTA (ldquoCRUMB RUBBERrdquo) 34

24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44

251 TMTD (Disulfuro de tetrametiltiuram) [37] 45

252 CBS (N-Ciclohexil-2-benzotiazol sulfenamida) [39] 46

26 AGENTES VULCANIZANTES 47

261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48

271 AacuteCIDO ESTEARICO (CH3 (CH2)16 COOH) 50

272 OacuteXIDO DE ZINC (ZnO) 50

CAPIacuteTULO 3 DESARROLLO EXPERIMENTAL 52

31 DISENtildeO EXPERIMENTAL 52

32 ELABORACIOacuteN DE MUESTRAS 55

33 EQUIPO UTILIZADO 58

34 PROPIEDADES MORFOLOacuteGICAS y ESTRUCTURALES 60

341 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO 60

10

342 ANAacuteLISIS EDX (ENERGY DISPERSIVE X-RAY SPECTROSCOPY) 61

343 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X 63

35 PROPIEDADES MECAacuteNICAS DEL CAUCHO 64

351 DUREZA 66

352 TENSIOacuteN DEFORMACIOacuteN 68

36 PROPIEDADES TEacuteRMICAS DEL CAUCHO 70

361 REOMETRO CAPILAR 71

362 TERMOGRAVIMETRIacuteA 74

37 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS DEL CAUCHO 75

371 CONSTANTE DIELEacuteCTRICA 75

372 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA 78

38 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS DEL CAUCHO 79

381 MAGNETIZACIOacuteN 80

CAPIacuteTULO 4 RESULTADOS Y DISCUCIONES 82

41 PROPIEDADES ESTRUCTURALES Y MORFOLOacuteGICAS 82


412 EDX (ENERGY DISPERSIVE X-RAY SPECTROSCOPY) 89


42 PROPIEDADES MECAacuteNICAS DEL CAUCHO [74] 99

421 DUREZA 100

422 ENSAYO DE TENSIOacuteN DEFORMACIOacuteN 102

43 COMPORTAMIENTO TEacuteRMICO 104

431 REOMETRIacuteA 104

432 TERMOGRAVIMETRIacuteA (TGA) 108

44 COMPORTAMIENTO ELEacuteCTRICO 111

441 ANAacuteLISIS DE FRECUENCIA 111


45 COMPORTAMIENTO MAGNEacuteTICO 115


CAPIacuteTULO 5 CONCLUSIONES 119

CAPIacuteTULO 6 BIBLIOGRAFIacuteA 123

11

LISTA DE FIGURAS

Figura 2 1 Representado en azul y rojo dos diferentes cadenas del caucho unidas por aacutetomos

de azufre (Aquiacute se muestra coacutemo se han cambiado algunos enlaces CH que han sido

reemplazados por cadenas de azufre) [9] 19

Figura 2 2 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica en un CMP con diferentes concentraciones

de dopaje (en este caso grafito) [12] 21

Figura 2 3 Proceso de vulcanizacioacuten de cadenas polimeacutericas a) Proceso de vulcanizacioacuten

visioacuten general b) Proceso de vulcanizacioacuten formula quiacutemica [18] 25

Figura 2 4 Vulcanizacioacuten a) Caucho natural b) caucho sinteacutetico [18] 26

Figura 2 5 Aditivos suministrados en el desarrollo de la investigacioacuten 28

Figura 2 6 Estructura isomeacuterica del laacutetex [24] 30

Figura 2 7 Estructura isomeacuterica del poliisopreno [24] 30

Figura 2 8 Estructura isomeacuterica del BR [24] 31

Figura 2 9 Estructura isomeacuterica del SBR [24] 32

Figura 2 10 Estructura isomeacuterica del isobutileno ndash isopropeno [24] 32


Figura 2 12 Partes de una llanta [29] 1) banda de rodamiento elaacutestica 2) hombro 3) perfil 4

- 9) taloacuten 5) caacutescara 6 ndash 8) correa y 7) Aislamiento interior 35

Figura 2 13 Niveles en los cuales se muestran los procesos que se aplican a las llantas para

su reciclaje [30 figura modificada] 36

Figura 2 14 Molienda ambiental [31] 37

Figura 2 15 Materiales [32] 38

Figura 2 16 Ripio de llanta SEM Fuente autor 41

Figura 2 17 XRD de caucho de llanta a) seleccioacuten de picos del difractograma y b) residuos de

los picos por lo tanto no cuenta con los picos definidos por lo que se puede concluir que es un

material amorfo sin fases cristalinas Fuente autor 42

Figura 2 18 Celda unidad de la magnetita Se indican con ayuda de liacuteneas continuas un sitio

tetraeacutedrico y uno octaeacutedrico (noacutetese el nuacutemero de iones de oxiacutegeno en torno a cada aacutetomo de

hierro) Se usoacute el siguiente coacutedigo de colores gris para oxiacutegenos gris claro para iones Fe3+ A

gris oscuro para los Fe2+ B y negro para los Fe3+ B [37] 43

Figura 2 19 XRD en el difractograma se identificoacute soacutelo la fase de magnetita Fuente autor 44

Figura 2 20 Estructura isomeacuterica del TMTD [36] 46


Figura 2 22 Relacioacuten del azufre con el caucho [30] 48

Figura 2 23 Diagrama de esfuerzo deformacioacuten para el caucho natural y caucho natural

vulcanizado se puede visualizar mayor esfuerzo con poca deformacioacuten para el caucho

vulcanizado [30] 48

Figura 2 24 Reometriacutea de diferentes activadores [42] 49

Figura 2 25 Diferentes concentraciones y activadores [43] 50

Figura 3 1 Rodillos utilizados y calentado previo Fuente autor 56

Figura 3 2 Mezcla homogeacutenea o mezcla final Fuente autor 57

12

Figura 3 3 Calentamiento de los moldes en cada una de las placas paralelas Fuente autor 58

Figura 3 4 a) Moldes para los ensayos de traccioacuten y conductividad eleacutectrica b) Probetas de la

muestra No1 Fuente autor 58

Figura 3 5 Equipo utilizado Molino de rodillos Fuente autor 59

Figura 3 6 Moldeo por compresioacuten [16] 59

Figura 3 7 Ripio de llanta Fuente autor 60

Figura 3 8 Principio de funcionamiento del SEM y comparacioacuten entre un microscopio oacuteptico y

SEM Imagen modificada [50] 61

Figura 3 9 Tipos de radiacioacuten producida al incidir sobre la muestra el haz de electrones [11-

51] 62

Figura 3 10 Diagrama del equipo Especteroscopiacutea XRD Imagen modificada [53] 63

Figura 3 11 Esquema de difraccioacuten de rayos X por planos hkl separados por una distancia

interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64

Figura 3 12 Curva tensioacuten-deformacioacuten de una muestra elastomeacuterica donde se definen las

principales magnitudes de la misma [48] 65

Figura 3 13 Ejemplos de la clasificacioacuten de elastoacutemeros seguacuten la dureza [56] 67

Figura 3 14 a) Duroacutemetro utilizado b) dimensiones del indentador de un duroacutemetro tipo A L

distancia desde la base hasta la punta del indentador 2mm 120579 aacutengulo que forma el indentador

35deg d 079mm b 125mm a 3mm y f la base de contacto con la muestra18X44mm [58] 68

Figura 3 15 a) Maacutequina de ensayos universal utilizada b) principio graacutefico de la maacutequina

utilizada [59] 69

Figura 3 16 Probeta seguacuten norma ASTM D412 ndash C [60] 69

Figura 3 17 Graacutefica esfuerzo ndash deformacioacuten de un material [61] 70

Figura 3 18 Representacioacuten esquemaacutetica de un reoacutemetro capilar a) Esquema del capilar b)

Vista transversal del procedimiento y c) imaacutegenes del reoacutemetro utilizado y el resultado [48 - 56

- 65] 73

Figura 3 19 Resultados de un reograma de vulcanizacioacuten tiacutepica Aquiacute se puede observar tres

zonas diferentes A) periodo de induccioacuten B) reaccioacuten de vulcanizacioacuten y C) estado de curado

[66] 73

Figura 3 20 Esquema del analizador calorimeacutetrico TGA Mettler Toledo [67] 75

Figura 3 21 Las franjas amarillas representan las placas conductoras y la regioacuten sombreada

representa el material dieleacutectrico el cual se polariza de acuerdo al campo eleacutectrico externo

aplicado Figura modificada [69] 76

Figura 3 22 El voltaje puede ser de un rango de 50 ndash 500 V Figura modificada [69] 77

Figura 3 23 a) Equipo utilizado es HP4194A Impedance gain ndash Phase Analyzer b)

Portamuestras c) muestras de cada uno de los cauchos Fuente autor 78

Figura 3 24 Esquema de conductividad volumeacutetrica del material [11] 78

Figura 3 25 Equipo utilizado para medir conductividad volumeacutetrica Fuente autor 79

Figura 3 26 Alineacioacuten de los dipolos en direccioacuten al campo magneacutetico aplicado [71] 80

Figura 3 27 Esquema del equipo VersaLab 3 Tesla Cryogen-free PPMS (Physical Property

Measuremento System) y la varilla portamuestras [11- 72] 81

13

Figura 4 1 Micrografiacutea SEM de muestras con diferentes cantidades de ripio de llanta magnetita y

ripio comuacuten a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10 Aumento 200120583119898

83



84

Figura 4 3 micrografiacutea SEM de muestras en bulto tomadas desde la superficie de la muestra a)

muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10 Aumento 200120583119898 85

Figura 4 4 Micrografiacutea SEM de muestras en bulto tomadas desde la superficie de la muestra a)


Figura 4 5 Comparacioacuten de las micrografiacuteas SEM a) muestra 1 y b) muestra 9 Aumento 10120583119898 En

los ciacuterculos rojos se sentildealizaron las partiacuteculas de magnetita presentes en la muestra 1 87

Figura 4 6 Comparacioacuten de las micrografiacuteas SEM a) muestra 7 y b) muestra 10 Aumento 200120583119898

88

Figura 4 7 Micrografiacuteas SEM muestra 9 Aumento 10120583119898 En los ciacuterculos rojos se sentildealizaron las

impurezas de la mezcla 89

Figura 4 8 Micrografiacutea SEM de muestra 7 Aumento 50120583119898 En los ciacuterculos rojos se sentildealizan una

muestra de los lugares en los que se realizoacute el estudio 89

Figura 4 9 Resultados EDX para la matriz de caucho a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d)

muestra 9 y e) muestra 10 92

Figura 4 10 Resultados EDX para punto blanco a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra

9 y e) muestra 10 93

Figura 4 11 Patroacuten de difraccioacuten del caucho NBR vulcanizado sin identificar los picos caracteriacutesticos

de fase [73] 94

Figura 4 12 Patrones de difraccioacuten a) Muestra 1 (las liacuteneas purpura hacen referencia a la fase

cristalina del oacutexido de zinc mientras que las liacuteneas azules hacen referencia a la fase cristalina de la

magnetita) b) Muestra 9 (las liacuteneas azules hacen referencia a la fase cristalina del oacutexido de zinc) 95

Figura 4 13 Patrones de difraccioacuten a) Muestra 1 b) Muestra 2 c) Muestra 3 d) Muestra 4 y e)

Muestra 5 97


Muestra 9 98

Figura 4 15 Patrones de difraccioacuten a) Muestra 7 y b) Muestra 10 99

Figura 4 16 Resultados dureza Shore A para las muestras 1 2 3 4 y 5 en las que variacutea el ripio de

llanta 101

Figura 4 17 Resultados dureza Shore A para las muestras 6 7 8 y 9 en las que variacutea la magnetita

101

Figura 4 18 Resultados del ensayo de traccioacuten para las diferentes muestras 103

Figura 4 19 Comparacioacuten de resultados a) variando la cantidad de ripio muestras 1 2 3 4 y 5 y b)

variando la cantidad de magnetita muestras 5 6 7 8 y 9 103

Figura 4 20 Curvas reomeacutetricas para las diferentes muestras 1 2 3 4 y 5 105


Figura 4 22 Curvas reomeacutetricas para las diferentes muestras 7 y 10 107

Figura 4 23 Curvas termogravimeacutetricas para las diferentes muestras a) muestra 1 b) muestra 3 c)

muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10 109

Figura 4 24 Resultados del ensayo termogravimeacutetrico 110

Figura 4 25 Curvas del anaacutelisis de la constante dieleacutectrica del material para diferentes muestras

112

Figura 4 26 Resistividad volumeacutetrica en funcioacuten de la cantidad de ripio de llanta todas las muestras

con 50phr de magnetita 113

14

Figura 4 27 Resistividad volumeacutetrica en funcioacuten de la cantidad de magnetita todas las muestras

con 30phr de ripio de llanta 114

Figura 4 28 Momento magneacutetico en funcioacuten de la temperatura para las diferentes muestras a)

muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10 FC (Field cooling) ZFC (zero

field cooling) 116

Figura 4 29 Momento magneacutetico de las muestras 1 3 7 9 y 10 y tabla de comparacioacuten de los

resultados dependiendo de la muestra 117

LISTA DE TABLAS

Tabla 2 1 Generacioacuten actual de llantas usadas [1] 22

Tabla 2 2 Consecuencias del aprovechamiento de las llantas [1] 23

Tabla 2 3 Caracteriacutesticas del caucho natural y caucho sinteacutetico (fuente Autor) 26

Tabla 2 4 Ficha teacutecnica material fue producido el 30 de agosto 2016 y distribuida por TSM

SERNA MACLA SA [26] 33

Tabla 2 5 Clasificacioacuten de los aceleradores [36] 45

Tabla 2 6 Propiedades TMTD Tabla modificada de la referencia [38] 46

Tabla 2 7 Propiedades CBS [40]-[41] 46

Tabla 2 8 Diferentes concentraciones y activadores [42] 49

Tabla 2 9 Propiedades del aacutecido esteaacuterico 50


SERNA MACLA SA Se realizoacute sobre este lote anaacutelisis cuantitativo sobre pastilla de

fluorescencia de Rayos X por energiacutea dispersiva para Pb y Cd [45] 51

Tabla 3 1 Cantidad en PHR de cada uno de los elementos que componen las muestras Fuente

autor 54

Tabla 3 2 Combinaciones de cada una de las mezclas seguacuten los materiales de estudio Fuente

autor 55

Tabla 3 3 Tabla de conversioacuten de unidades para las durezas SHORE A y D seguacuten la norma

DIN 53505 [57] 67

Tabla 4 1 Distancia promedio de partiacuteculas de magnetita seguacuten la muestra 84

Tabla 4 2 Tres medidas de dureza Shore A en diferentes puntos y su tolerancia para cada muestra

100

Tabla 4 3 Resultados del ensayo de traccioacuten para las 10 muestras a temperatura ambiente 102

Tabla 4 4 Resultados de la reometriacutea de la primera comparacioacuten Srsquo max (dNm) se refiere al torque

maacuteximo que se le ejercioacute a la muestra antes de su estabilidad de vulcanizacioacuten Srsquofinal (dNm) se

refiere al torque en el que el proceso de vulcanizacioacuten encuentra estabilidad reversioacuten se explica

maacutes adelante y t90 (min) se refiere al tiempo que transcurrioacute antes de completar el proceso de

vulcanizado 105

Tabla 4 5 Resultados de la reometriacutea de la segunda comparacioacuten Srsquo max (dNm) se refiere al torque



15


vulcanizado 106

Tabla 4 6 Resultados de la reometriacutea de la tercera comparacioacuten Srsquo max (dNm) se refiere al torque




vulcanizado 107

Tabla 4 7 Tabla de resultados de los porcentajes de descomposicioacuten de las muestras en referencia

110

Tabla 4 8 Valor de la constante dieleacutectrica para las diferentes muestras dependiendo de la

frecuencia 112

Tabla 4 9 Tabla de resultados del momento magneacutetico de las muestras en funcioacuten de la

temperatura 117

16

CAPIacuteTULO 1 INTRODUCCIOacuteN

En la actualidad se presentan cambios de pensamiento ambiental con respecto a la

problemaacutetica ocurrida con las llantas post-consumo Debido a su compleja

estructura composicioacuten y difiacutecil almacenamiento se han desarrollado algunas

alternativas para el manejo sostenible de dichos desechos tales como reencauche

(172) uso energeacutetico (719) artesanal (62) regrabado (23) y otros 23

[1] En una visioacuten general estaacute claro que el uso post-consumo de las llantas no se

debe considerar maacutes como un contaminante sino maacutes bien como una fuente de

materiales sostenibles

Las llantas usadas contienen materiales polimeacutericos que despueacutes del proceso de

vulcanizacioacuten obtienen algunas propiedades caracteriacutesticas como flexibilidad son

aislantes eleacutectricos y repelentes al agua Las moleacuteculas de este material se

direccionan en funcioacuten de la fuerza ejercida y espontaacuteneamente recupera su

estructura inicial

En el proceso de vulcanizacioacuten las cadenas prolimeacutericas de los cauchos son

entrelazadas con moleacuteculas de azufre bajo condiciones de alta presioacuten y

temperatura en donde las propiedades de los compuestos de caucho variacutean (como

por ejemplo la resistencia a la traccioacuten) de acuerdo a los elementos empleados en

la formulacioacuten de la mezcla base y su posterior proceso de vulcanizacioacuten [2] Para

tener mejores aplicaciones es necesario este proceso el cual permite tener una

recuperacioacuten estable despueacutes de la deformacioacuten lo anterior se logra por medio de

la formacioacuten de enlaces Van Der Waals en donde el azufre reacciona con las

cadenas del elastoacutemero creando enlaces cruzados de diferentes longitudes [3]

Formando una red tridimensional la cual es de difiacutecil de procesar (desvulcanizar)

limitando en cierta forma los productos post - consumo y optando por utilizarlo como

material de partida

Por otro lado la magnetita (Fe3O4) muestra propiedades oacutepticas magneacuteticas

cataliacuteticas propiedades termales entre otras La separacioacuten de banda del

semiconductor Fe3O4 es 01 eV lo hace a este material casi un metal semiconductor

con propiedades uacutenicas [4] por lo que ha sido ampliamente estudiado y utilizado en

una amplia gama de aplicaciones industriales

17

Ahora bien los cauchos magneacuteticos han sido objeto de estudios debido a la gran

cantidad de aplicaciones como actuadores mecaacutenicos dispositivos de

amortiguacioacuten muacutesculos artificiales blindaje e interferencia electromagneacutetica y

poliacutemeros con memoria magneacutetica Dichos materiales se forman a partir de caucho

dopados de partiacuteculas magneacuteticas [5]

Adicionalmente siendo consciente del mal confinamiento de llantas usadas en

Bogotaacute el Ministerio de Ambiente implementoacute la Resolucioacuten 1457 de 2010 ldquoPor la

cual se establecen los Sistemas de Recoleccioacuten Selectiva y Gestioacuten Ambiental de

llantas Usadas y se adoptan otras disposicionesrdquo Sin embargo desde la Alcaldiacutea

de Bogotaacute dando cumplimiento a la Resolucioacuten del Ministerio de Ambiente y

ahondando en el tema se trasladoacute el problema a los puntos de recoleccioacuten en

donde dichos lugares se convirtieron en el haacutebitat ideal para la proliferacioacuten de ratas

y mosquitos los cuales pueden transmitir enfermedades como el dengue y fiebre

amarilla entre otros usadas como combustibles en forma inadecuada y sobretodo

la propagacioacuten de incendios liberando sustancia gases de efecto invernadero como

COx y NOx [6] Se implementaron herramientas eficaces para la gestioacuten de

residuos convirtiendo dicho material en materia prima deseable en la industria

mediante el decreto 442 de 2015 ldquoPor medio del cual se crea el programa de

aprovechamiento yo valorizacioacuten de llantas usadas en el Distrito Capital y se

adoptan otras disposicionesrdquo de la siguiente forma Artiacuteculo 10 - aprovechamiento

de las llantas usadas en obras de infraestructura del transporte del distrito capital

artiacuteculo 11 ndash aprovechamiento de llantas usadas en el sistema distrital de parques

artiacuteculo 12 ndash proveniencia y calidad del grano de caucho reciclado artiacuteculo 13 -

reencauche de las llantas usadas generadas por los vehiacuteculos de las entidades que

conforman la administracioacuten puacuteblica del distrito capital Esto ha llevado a que en

promedio el metro cuadrado del suministro y la instalacioacuten de caucho de llanta

pigmentada tenga un valor de $250000 lo que hace atractivo el uso de este

material

Por lo anterior se estaacute estudiando la creacioacuten de nuevos materiales ecoloacutegicos y

para llegar a tal fin un factor muy importante en la fabricacioacuten de compuestos es

necesario tener el conocimiento sobre tamantildeo de grano morfologiacutea interacciones

que se producen en los compuestos de matriz polimeacuterica y el caucho de llanta

reciclada comportamientos eleacutectricos magneacuteticos mecaacutenicos entre otros

18

11 OBJETIVO GENERAL

Producir y caracterizar el compuesto de matriz polimeacuterica basada en caucho de

llanta reciclada (banda de rodamiento de llanta de automoacutevil) reforzada con

diferentes concentraciones de material particulado de FeO

12 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

bull Encontrar la forma maacutes eficaz de molienda para el caucho de la llanta

bull Obtener diferentes muestras del material por medio del proceso de

vulcanizacioacuten compuesto a partir de diferentes concentraciones del

precursor

bull Determinar las caracteriacutesticas microestructurales y propiedades mecaacutenicas

de las muestras por medio de Difraccioacuten de rayos X Microscopiacutea electroacutenica

de barrido ensayos de esfuerzo-deformacioacuten dureza reometriacutea y

termogravimetriacutea

bull Estudiar la respuesta eleacutectrica de las muestras a traveacutes de ensayos de

conductividad eleacutectrica y anaacutelisis de frecuencias

bull Estudiar la respuesta magneacutetica mediante medidas de magnetizacioacuten en

funcioacuten del campo magneacutetico

bull Analizar los resultados (costo - produccioacuten - usos)

13 HIPOacuteTESIS

En este trabajo se pretende establecer una relacioacuten entre la cantidad de magnetita

cantidad de ripio de llanta y todos los elementos que constituyen la mezcla para

obtener un material cuyas propiedades estructurales mecaacutenicas teacutermicas

eleacutectricas y magneacuteticas sean atractivas en diferentes usos para una alternativa

efectiva para el uso post consumo del caucho de llanta

19

CAPIacuteTULO 2 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS

21 ANTECEDENTES

Los cauchos son materiales polimeacutericos que cuentan con exclusivas propiedades

de flexibilidad y memoria mecaacutenica Las moleacuteculas de este material se direccionan

en funcioacuten de la fuerza ejercida y espontaacuteneamente recupera su estructura inicial

con el proceso de vulcanizacioacuten se suman propiedades como buena resistencia a

la traccioacuten entre otras [7] Para tener mejores aplicaciones es necesario vulcanizar

ya que este proceso permite tener las moleacuteculas organizadas y lograr una

recuperacioacuten estable despueacutes de la deformacioacuten lo cual se logra por medio de la

formacioacuten de enlaces Van Der Waals a traveacutes de la temperatura presioacuten y la adicioacuten

de azufre por medio del meacutetodo tradicional donde eacuteste (azufre) reacciona con las

cadenas del elastoacutemero creando enlaces cruzados de diferentes longitudes [8] (el

proceso de vulcanizacioacuten de las llantas se realiza de la misma forma) La

vulcanizacioacuten es generalmente irreversible los principales poliacutemeros sometidos a

vulcanizacioacuten son poliisopropeno (caucho natural) y estireno-butradieno (SBR) Los

sitios de reaccioacuten son los aacutetomos de hidroacutegeno donde los enlaces CH son

reemplazados por cadenas de aacutetomos de azufre que enlazan con otro CH de otra

cadena del poliacutemero (Figura 21) Estos puentes contienen entre uno a ocho aacutetomos

de azufre El nuacutemero de aacutetomos de azufre influye fuertemente en las propiedades

fiacutesicas de la pieza Enlaces cortos mejoran las propiedades teacutermicas mientras que

enlaces cruzados con mayor nuacutemero de aacutetomos de azufre dan al caucho buenas

propiedades dinaacutemicas pero menor resistencia al calor

Figura 2 1 Representado en azul y rojo dos diferentes cadenas del caucho unidas por aacutetomos de azufre (Aquiacute se muestra coacutemo se han cambiado algunos enlaces CH que han sido reemplazados por cadenas de azufre) [9]

20

Ademaacutes de caucho las llantas estaacuten compuestas por

- Rellenos reforzantes el negro de humo formado de partiacuteculas muy pequentildeas de

carbono este material se hace partiacutecipe en el incremento de las propiedades

mecaacutenicas como la tenacidad la resistencia a la traccioacuten a la torsioacuten y al desgaste

- Fibras reforzantes textiles y de acero usualmente en forma de hilos que aportan

resistencia a los neumaacuteticos algodoacuten nylon y polieacutester La cantidad de acero y

fibras sinteacuteticas reforzantes en los neumaacuteticos variacutea seguacuten el fabricante

- Plastificantes se adicionan para facilitar la preparacioacuten y elaboracioacuten de las

mezclas utilizaacutendose para el control de la viscosidad Reducen la friccioacuten interna

durante el procesado y mejoran la flexibilidad a bajas temperaturas del producto

aceites minerales (aromaacuteticos nafteacutenicos y parafiacutenicos) y de tipo eacutester

- Agentes vulcanizantes el vulcanizante principal es el azufre y con la compantildeiacutea de

los aceleradores entrecruzar las cadenas de poliacutemero en forma efectiva

- Acelerantes compuestos oacutergano - sulfurados benzotiazol y derivados oacutexido de

zinc y aacutecido esteaacuterico estos son los que al entrar bajo ciertas circunstancias y en

compantildeiacutea del agente vulcanizante aporta para que la vulcanizacioacuten del caucho no

se extienda por mucho tiempo

- Retardantes N-nitroso difenil amina

- Otros componentes (antioxidantes o antiozonizantes adhesivos) [10]

Por otra parte la escasez de recursos naturales la conservacioacuten ambiental los

avances fiacutesica quiacutemica informaacutetica y en ingenieriacutea han hecho necesario el

desarrollo de nuevos materiales aportando para cumplir el objetivo de optimizar

recursos mejorar propiedades nuevos materiales maacutes amigables con el medio

ambiente convirtiendo la necesidad en la praacutectica Por estas razones se han

desarrollado materiales con nuevas propiedades y el estudio de estas nuevas

tendencias es cada vez mayor en un caso particular los materiales de matriz

polimeacuterica CMP son nuevos materiales que consisten en un poliacutemero asociado a

una fase de refuerzo como fibras o polvos

Los ldquopoliacutemeros conductivosrdquo por ejemplo aparecieron por accidente en la deacutecada

de los sesenta al agregar una cantidad excesiva de catalizador para acrecentar su

velocidad de polimerizacioacuten modificando asiacute las propiedades La conductividad de

ese material en sus inicios se debiacutea al dopaje de los poliacutemeros y a la existencia de

enlaces dobles enlazando con simples [11] Cuando el dopaje bien sea de

partiacuteculas o fibras metaacutelicas supera la concentracioacuten de percloracioacuten para la cual

los caminos conductores a lo largo del material facilitan la conductividad eleacutectrica

en todo el volumen del mismo Esta conductividad incrementa al aumentar la

21

concentracioacuten del material de dopaje [12] (Figura 22) Los caminos conductores a

lo largo del material generan conductividad [13] esta conductividad incrementa al

aumentar la concentracioacuten del material de dopaje

Figura 2 2 Variacioacuten de la conductividad eleacutectrica en un CMP con diferentes concentraciones de dopaje (en este caso grafito) [12]

Los CMP ha llamado la atencioacuten por sus diversas aplicaciones en la industria

aeronaacuteutica automotriz naacuteutica quiacutemica mobiliario eleacutectrica y deportes Los

poliacutemeros conductivos se utilizan en capas de circuitos electromagneacuteticos peliacuteculas

antiestaacuteticas para medir radiofrecuencias celdas fotovoltaacuteicas pantallas de cristal

liacutequido espejos de calor escudos de interferencia electromagneacutetica sensores

quiacutemicos ceacutelulas solares orgaacutenicas bateriacuteas orgaacutenicas y materiales conductores

con transparencia oacuteptica de hasta el 90 [11] Esto tiene por ventaja que el

procesamiento es raacutepido faacutecil y econoacutemico sin embargo en comparacioacuten con

metales conductores le hace falta rapidez de respuesta eleacutectrica

Ahora bien seguacuten un estudio generado en la Secretariacutea de Traacutensito y Transportes

de Bogotaacute [1] en cuanto al nuacutemero de vehiacuteculos (bien sea automoacuteviles buses

camiones camionetas camperos y motos) haacutebitos de uso y cambio de llantas por

parte de los usuarios se estima que por cada milloacuten (1rsquo000000) de vehiacuteculos

aproximadamente 91 corresponde a transporte particular y 9 a transporte

puacuteblico Con base en la encuesta realizada en una muestra representativa de ese

universo de vehiacuteculos se investigaron los haacutebitos de los usuarios de los vehiacuteculos

en cuanto a sitios de cambio periodicidad de cambio y otras caracteriacutesticas que

motivan realizar su reemplazo Esta informacioacuten procesada permitioacute determinar un

iacutendice de generacioacuten de llanta usada (IGLL) por tipo de vehiacuteculo para determinar la

totalidad del residuo generado (Tabla 21)

22

Las llantas usadas se acopian en los sitios de cambio de las llantas servitecas

talleres y estaciones de servicio entre otros desde donde se comienza a

comercializar el residuo a traveacutes de los diferentes actores involucrados en la cadena

de manejo Posteriormente son compradas y transportadas hasta los sitios de

acopio en volquetas camiones camionetas En los sitios de acopio se realiza la

acumulacioacuten y comercializacioacuten del material para su aprovechamiento

Tabla 2 1 Generacioacuten actual de llantas usadas [1]

Las actividades desarrolladas en el manejo de llantas usadas se distribuyen en

reencauche uso energeacutetico artesanal regrabado y otros (ver Tabla 22) sin

embargo soacutelo se aprovecha aproximadamente el 30 del total de llantas

desechadas La actividad energeacutetica genera impactos ambientales y de salud

puacuteblica relacionadas con emisiones de compuestos orgaacutenicos volaacutetiles (COVrsquos3) e

hidrocarburos aromaacuteticos policiacuteclicos (HAPrsquos4) contaminantes canceriacutegenos y otros

que causan afecciones al sistema respiratorio y circulatorio ademaacutes de las

implicaciones de cada una de estas actividades

23

Tabla 2 2 Consecuencias del aprovechamiento de las llantas [1]

Por lo tanto se ha estudiado el aprovechamiento de la materia prima de las llantas

para producir alternativas de solucioacuten eficiente eficaz y efectiva

Existen alternativas de reciclaje de las llantas dependiendo de su estado es decir

en algunas ocasiones las reutilizaciones de las llantas usadas no requieren

tratamiento ni divisioacuten se utilizan generalmente en aplicaciones como [14]

bull Arrecifes artificiales y rompeolas

bull Equipo de juegos infantiles

bull Control de la erosioacuten

bull Barreras de choque de carretera

Otras alternativas de reutilizacioacuten es cuando la llanta requiere de ser perforada o

dividida para la formacioacuten de productos se utilizan en aplicaciones como

bull Alfombrillas cinturones juntas suelas de zapatos amortiguadores de los

muelles sellos silenciador

bull Perchas cuntildeas arandelas y aisladores

Y por uacuteltimo cuando se requiere el material finamente pulidos generalmente es

para generar nuevo caucho sin embargo se utiliza en un nuacutemero creciente de

productos y aplicaciones en un creciente nuacutemero de mercados diversos La

siguiente lista pretende ser una referencia al tipo de mercados y aplicaciones de uso

final que pueden o usan actualmente caucho finamente triturado

bull Superficies y campos deportivos

24

bull Piezas y neumaacuteticos para automoacuteviles

bull Construccioacuten interior

bull Paisaje senderos y pasarelas

bull Productos moldeados y extruidos

bull Playground y otras superficies de seguridad

bull Asfalto y selladores modificados con caucho

bull Mezclas de caucho y plaacutestico

bull Material de construccioacuten de carreteras

bull Sustitutos de la grava en jardines artificiales

bull Compost de lodos

bull Aplicaciones de goma de tierra

bull Productos de caucho y plaacutestico Por ejemplo alfombras moldeadas

bull Guardabarros relleno de alfombras y adhesivos de plaacutestico

bull Pasarela de caucho

bull Aditivos para pavimentos asfaacutelticos

Adicionalmente se realizoacute el estudio de un caucho conductor [15] debido que la

electricidad estaacutetica causoacute de algunas explosiones serias y a veces fatales ocurridas

en quiroacutefanos de hospitales Las cargas estaacuteticas procediacutean del rozamiento de los

zapatos con zuela de caucho sobre el suelo o de la friccioacuten del anesteacutesico sobre

tubos de caucho Una chispa estaacutetica cerca de gas explosivo produciacutea a veces

heridas en el personal o incluso la muerte del paciente La conexioacuten a tierra en estos

casos no proporcionaba una proteccioacuten completa porque el problema era

demasiado complejo Sin embargo la dificultad se ha resuelto hoy con ayuda del

caucho conductor el que impide la acumulacioacuten de carga transportando las cargas

al suelo antes de que pueda saltar una chispa

22 PROCESO DE VULCANIZACIOacuteN

Es un proceso durante el cual un compuesto de caucho (por medio de cambios en

su estructura quiacutemica por ejemplo la formacioacuten de ligaduras cruzadas o ldquocross-

linkingrdquo) llega a ser menos plaacutestico y maacutes resistente al hinchamiento producidos por

25

liacutequidos orgaacutenicos y al cual le son conferidas mejoradas o ampliadas sus

propiedades elaacutesticas en un rango maacutes amplio de temperaturas [16]

Es el tratamiento que se realiza a las cadenas de las moleacuteculas del elastoacutemero

entrelazaacutendolas transversalmente cambiando propiedades de rigidez y resistencia

y manteniendo su flexibilidad Las moleacuteculas se unen en ciertos puntos de cruce

cuyo efecto es reducir la disposicioacuten a fluir del elastoacutemero La vulcanizacioacuten fue

inventada por Goodyear donde por accidente vertioacute azufre en la mezcla de caucho

sobre una estufa en 1839 Desde ese momento para realizar la mezcla soacutelo se

utilizaba azufre a una temperatura de 140degC Sin embargo en la actualidad se

utilizan algunos otros productos como oacutexido de zinc (ZnO) y aacutecido esteaacuterico para

optimizar el tiempo de curado y fortalecer el tratamiento A lo largo de la moleacutecula

de caucho (poliisopreno) los aacutetomos de azufre se entrelazan con la cadena

polimeacuterica en los sitios de cura en donde un aacutetomo de azufre se puede unir con si

mismo formando un puente de azufre (de 2 hasta 10 aacutetomos de azufre) hasta

alcanzar otro sitio de cura en la cadena polimeacuterica [17] Figura 23

Figura 2 3 Proceso de vulcanizacioacuten de cadenas polimeacutericas a) Proceso de vulcanizacioacuten visioacuten general b) Proceso de vulcanizacioacuten formula quiacutemica [18]

Las propiedades de los cauchos cambian dependiendo de su naturaleza caucho

natural o caucho sinteacutetico (Figura 24 - Tabla 23)

26

Figura 2 4 Vulcanizacioacuten a) Caucho natural b) caucho sinteacutetico [18]

El vulcanizado con azufre se da por la combinacioacuten de azufre con otros compuestos

bajo la accioacuten del calor apropiado junto con el azufre el caucho sufre profundas

modificaciones por principio se expande el caucho y a temperatura entre 1300degC y

1400degC el aspecto cambia empieza a tomar un color gris con amarillo su elasticidad

aumenta y con la particularidad de no ser anulada por el friacuteo ya que el caucho soacutelo

a bajas temperaturas se empieza a cristalizar y pierde su elasticidad Este proceso

debe comprender temperaturas entre el punto de fusioacuten del azufre (115degC) y 160degC

Si se excede de este rango de temperatura se obtiene un nuevo producto donde la

elasticidad desaparece y el color cambia a pardo oscuro con aspecto quebradizo

Caucho Natural Caucho Sinteacutetico

Es elaacutestico Es elaacutestico

No vuelve faacutecilmente a su longitud primitiva

Se retrae raacutepidamente

Se ablanda faacutecilmente por el calor No se ablanda por el calor

Es adhesivo No es adhesivo

Poca resistencia a la abrasioacuten Mucha resistencia a la abrasioacuten

Soluble en solventes orgaacutenicos Insoluble en solventes orgaacutenico

Tabla 2 3 Caracteriacutesticas del caucho natural y caucho sinteacutetico (fuente Autor)

Las propiedades de los cauchos vulcanizados variacutean seguacuten los ingredientes que lo

compongan baacutesicamente se clasifican en seis categoriacuteas

1 Base polimeacuterica Caucho natural sinteacutetico mezcla de caucho natural con

caucho sinteacutetico mezclas de cauchos sinteacuteticos caucho reciclado yo laacutetices

Es una clase de materiales que se distingue del resto por su propiedad

viscoelaacutestica es decir recuperan su forma original casi por completo despueacutes

de liberar una fuerza que se aplicoacute sobre ellos [19] La seleccioacuten del caucho estaacute

basada principalmente en su costo facilidad de mezclado y propiedades

27

2 Aceleradores DPG (difenil guanina) mezcla de aldehido y aminas ZMDC (zinc

dimethyl dithiocarbamate) TMTD (disulfuro de tetrametiltiuram) entre otros

Son definidos como agentes quiacutemicos orgaacutenicos que aceleran el tiempo de

vulcanizacioacuten o a temperaturas maacutes bajas aumentando las propiedades fiacutesicas

y estabiliza el envejecimiento [20] La cantidad necesaria es relativamente

pequentildea generalmente de 05 a 1 phr Generalmente se utilizan dos

aceleradores Los aceleradores primarios impiden que se queme el material su

proporcioacuten es 1phr mientras que el acelerador secundario permite una curacioacuten

raacutepida su proporcioacuten es de 01 a 05 phr

3 Agente vulcanizante azufre peroacutexido oacutexido metaacutelico resina etc

Los agentes vulcanizantes son productos que forman los enlaces (comuacutenmente

llamados puentes) entre las cadenas del caucho Este proceso de

vulcanizacioacuten modifica radicalmente las propiedades incrementa su viscosidad

dureza propiedades tensiles resistencia a la abrasioacuten etc

4 Activadores oacutexido de magnesio oacutexido de zinc productos derivados del oacutexido de

etileno aacutecido esteaacuterico oacutexido de plomo entre otros

El efecto de los activadores es aumentar la eficacia de reticulacioacuten del sistema

de vulcanizacioacuten de azufre A menudo la tasa de vulcanizacioacuten aumenta a maacutes

de tres veces con la adicioacuten de una pequentildea cantidad de activadores El oacutexido

de zinc es el activador inorgaacutenico maacutes importante y maacutes comuacuten del sistema de

reticulacioacuten de azufre

5 Resistencia a la edad antioxidantes y antiozonantes

La mayoriacutea de los cauchos insaturados como NR SBR NBR y BR etc son

propensos a oxidarse y a verse afectado por el ozono debido a la presencia de

los dobles enlaces en la cadena principal polimeacuterica Por lo tanto para prolongar

la vida uacutetil del compuesto de caucho es esencial agregar resistores de edad

Los resistores de la edad se clasifican maacutes a menudo como antioxidantes y

antiozonantes Los antioxidantes se utilizan para proteger los cauchos de los

efectos de la oxidacioacuten teacutermica mientras que los antiozonantes reducen la

influencia del ataque del ozono sobre los compuestos de caucho [21]

6 Ayudas de procesamiento plastificantes aceites agentes de pegajosidad

Existen diferentes aditivos que ayudan a reforzar propiedades de los cauchos

por ejemplo ayudan a reducir la viscosidad del poliacutemero mejorar la dispersioacuten

del relleno reducir el tiempo de mezclado mejora la dureza entre otras

propiedades

7 Miscelaacuteneo Agente espumante colorantes etc [21]

28

Existen un gran nuacutemero de ingredientes adicionales para hacer particular el material como pigmento control bioloacutegico retardantes del calor agentes antireversioacuten entre otras Para el desarrollo del proceso de vulcanizacioacuten se requieren algunos materiales precursores para obtener los resultados que se requieren en corto tiempo en la Figura 25 se observan los materiales utilizados en el desarrollo de esta investigacioacuten

Figura 2 5 Aditivos suministrados en el desarrollo de la investigacioacuten

23 ELASTOacuteMEROS

Seguacuten la norma ASTM 1566-03a el caucho se puede definir como un material que

es capaz de recuperarse de deformaciones grandes raacutepidas y forzadas Para que

un material sea un elastoacutemero tiene que cumplir con algunas condiciones

1 Debe ser de alto peso molecular

2 Por naturaleza no debe tener una forma definida en condiciones ambientales

3 La temperatura de transicioacuten viacutetrea debe estar muy por debajo de la temperatura

ambiente

4 La cadena principal debe estar libre de enlaces deacutebiles donde pueden ser

lugares de ruptura de la cadena

5 Incluyen no metales en su composicioacuten

29

Los monoacutemeros de los elastoacutemeros generalmente estaacuten compuestos por carbono e

hidroacutegeno en ocasiones tienen contenido de silicio u oxiacutegeno Los elastoacutemeros se

han clasificado en grupos seguacuten la similitud de propiedades y aplicaciones Los tipos

de caucho que han sido estandarizados (ASTM D 2000 SFS 3551 SIS 162602)

son adecuados para varias aplicaciones industriales los maacutes representativos son

(por ejemplo neumaacuteticos correas tubos y sellos) [22]

Caucho tipo 61 (gomas de uso general)

Se utilizan cuando el producto no requiere propiedades especiales Estos cauchos

tienen buena resistencia mecaacutenica y faacutecil procesabilidad son de precio bajo

Generalmente los cauchos que pertenecen a este grupo son caucho natural (NR)

caucho de poliisopreno (IR) estireno-butadieno (SBR) y las mezclas de estos

elastoacutemeros

Caucho tipo 62

Este tipo de caucho no ha sido estandarizado Son materiales resistentes al ozono

y a la intemperie la permeabilidad al gas es baja y son resistentes a los aceites

vegetales pero no a los minerales Generalmente los cauchos que pertenecen a

este grupo son El caucho de butilo (IIR) cauchos de clorobutilo (CIIR) y cauchos

de bromobutilo (BIIR)

Caucho tipo 63

Los cauchos en este grupo tienen buena resistencia al aceite pero baja resistencia

a cambios de temperatura y su ozono Las aplicaciones son productos que entran

en contacto con aceites El caucho que pertenece a este grupo es el caucho de

nitrilo (NBR) y sus derivados como el caucho de nitrilo hidrogenado (HNBR) que

cuenta con mejores propiedades de resistencia a altas temperaturas y ozono otro

caucho es el nitrilo mezclado con cloruro de polivinilo (NBR PVC) con similares

propiedades que el HNBR

Caucho tipo 64

Tiene buena resistencia a aceites vegetales y bastante resistencia a buenos aceites

alifaacuteticos y nafteacutenicos y mala resistencia al aceite aromaacutetico El caucho de

cloropreno (CR)

Caucho tipo 65

Cauchos en este grupo tienen buen tiempo y resistencia al calor y muy buen aceite

resistencia Los cauchos poliacriacutelicos (ACM) estaacuten en este grupo

Existe otra clasificacioacuten de los cauchos por su composicioacuten (los maacutes usados son)

30

bull Caucho natural (NR) (Figura 26) Es un producto derivado del laacutetex

usualmente del aacuterbol havea brasiliensis sin embargo se puede obtener de

200 diferentes plantas Se destaca por tener muy buenas propiedades

mecaacutenicas resistencia a la traccioacuten al desgarre a la abrasioacuten a la fatiga y

posee alta tenacidad posee poco factor de disipacioacuten - baja acumulacioacuten del

calor en estreacutes dinaacutemico Es usualmente vulcanizado con azufre pero

tambieacuten se puede utilizar peroacutexidos e isocianatos [23] Este material tiene

algunas desventajas como no es resistente al ozono ni al mal tiempo tiene

resistencia restringida a altas temperaturas baja resistencia al aceite y a

combustibles sin embargo estas propiedades cambian con el proceso de

vulcanizacioacuten

Figura 2 6 Estructura isomeacuterica del laacutetex [24]

bull Isopreno Poliisopreno (IR) (Figura 27) Tiene la foacutermula baacutesica del caucho

natural por lo tanto es una versioacuten sinteacutetica del NR Debido al alto costo del

NR se inicioacute una produccioacuten industrial a mediados de los antildeos 70 creando

diferentes estructuras isomeacutetricas por medio de diferentes catalizadores [24]

Poseen buena resistencia a la abrasioacuten a la traccioacuten y al desgarre en

caliente sin embargo no resiste altas temperaturas ni a la luz y no es

adecuado para usarlo con liacutequidos orgaacutenicos [23]

Figura 2 7 Estructura isomeacuterica del poliisopreno [24]

bull Butadieno Polibutadiento (BR) (Figura 28) El precursor de los cauchos

butadienos es Buna es un compuesto entre butadieno y sodio fue creado

en Alemania en los antildeos 20 Se pueden formar tres diferentes monoacutemeros

baacutesicos [24] Pueden ser vulcanizados con azufre compuestos de azufre y

peroacutexidos La vulcanizacioacuten con peroacutexido es eficaz y produce alta

reticulacioacuten Cuenta con propiedades particulares como es un caucho

elaacutesticamente inmune al friacuteo o al calor posee resiliencia a bajas temperaturas

31

y resistente a la abrasioacuten posee pocas propiedades mecaacutenicas Es de difiacutecil

procesamiento por lo tanto se mezcla con otros cauchos para combinar

propiedades [23] Particular mente para este trabajo de grado fue estudiado

porque la llanta utilizada es compuesta baacutesicamente con 35de BR

mezclado con SBR (como se veraacute en el capiacutetulo 3) En la polimerizacioacuten se

pueden formar tres tipos diferentes de monoacutemeros baacutesicos

Figura 2 8 Estructura isomeacuterica del BR [24]

bull Estireno ndash butadieno (SBR) (Figura 29) Este caucho es el maacutes importante

caucho sinteacutetico la matriz de caucho maacutes utilizada Fue inicialmente

desarrollado para reemplazar el caucho natural mediante el meacutetodo de la

polimerizacioacuten en emulsioacuten friacutea aproximadamente 5degC (las macromoleacuteculas

amorfas se polimerizan con estireno y butadieno) hasta el momento es la

forma de polimerizacioacuten maacutes utilizada Este caucho se vulcaniza usualmente

con azufre y peroacutexidos El meacutetodo de procesamiento puede afectar

considerablemente las propiedades Los SBR tienen buena resistencia a la

abrasioacuten y al envejecimiento buena elasticidad y bajo precio pero no tienen

buenas propiedades mecaacutenicas propiedades de adherencia baja resistencia

al aceite baja resistencia al ozono y baja elongacioacuten Se utiliza en llantas de

automoacuteviles (es una mezcla de maacutes cauchos con mayor porcentaje de SBR)

calzado mangueras correas adhesivos juguetes materiales

impermeables entre otros Si se variacutea le contenido de SBR en la banda de

rodadura de una llanta se pueden modificar sus propiedades [24]

32

Figura 2 9 Estructura isomeacuterica del SBR [24]

bull Cauchos butilos Isobutileno (Figura 210) isopropeno (IIR) clorobutil (CIIR)

bromobutil (BIIR) Existen muchos compuestos de cauchos con base butil

En general las propiedades de los cauchos del grupo butilo se pueden

mejorar antildeadiendo 1 o 2 del peso en haloacutegenos La adicioacuten de los

haloacutegenos aumenta la flexibilidad de la cadena y aumenta la compatibilidad

con otros cauchos del mismo grupo Por ejemplo de este grupo los cauchos

IIR se destacan por la elevada impermeabilidad a los gases la buena

resistencia a los agentes atmosfeacutericos al calor y al ataque quiacutemico la baja

resiliencia de rebote la buena flexibilidad a bajas temperaturas y buen

aislamiento eleacutectrico Algunas de sus desventajas radican en su mal

comportamiento con los aceites y algunos de sus usos son en caacutemaras

interiores de neumaacuteticos aislantes de cables eleacutectricos tubos correas y

elementos de disipacioacuten El caucho BIIR ofrece mayor impermeabilidad a los

gases y mejor resistencia quiacutemica entre otros cauchos de este grupo [24]

Figura 2 10 Estructura isomeacuterica del isobutileno ndash isopropeno [24]

bull Cauchos nitrilos Nitrilo butadieno (NBR) (Figura 211) Es un copoliacutemero

compuesto por butadieno y acrilonitrilo El butadieno da elasticidad

flexibilidad a bajas temperaturas entre otras mientras que el acrilonitrilo

ofrece resistencia al aceite y alta resistencia mecaacutenica acelera las

reacciones a altas temperaturas esta mezcla hace al NBR un caucho

especial Este caucho puede ser vulcanizado por una variedad de meacutetodos

sin embargo al ser vulcanizado se vuelve menos elaacutestico Este tipo de

cauchos se utilizan para aplicaciones que exigen buenas propiedades

mecaacutenicas resistencia al aceite y al combustible [25]


33

Se utilizoacute en la mezcla como producto base del desarrollo de este trabajo caucho

NBR6250 Este caucho es resistente al aceite faacutecil control de viscosidad velocidad

de curado y buenas propiedades elaacutesticas Se puede trabajar por medio de prensas

extrusioacuten y moldeo por inyeccioacuten Se utiliza comuacutenmente para rodillos sellos

empaques repuestos automotrices rodillos correas y zapatos Algunos paraacutemetros

especiacuteficos se mencionan en la Tabla 24

PARAacuteMETRO UNIDAD RESULTADO

Apariencia - Canela claro

Materia volaacutetil 019

Contenido de cenizas 024

Viscosidad del poliacutemero

(ML+4100degC) - 51

Acrilonitrilo combinado 341

Resistencia a la traccioacuten

(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569

Moacutedulo al 300 MPa 140

Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143

Temperatura de calcinacioacuten degC 320

Tabla 2 4 Ficha teacutecnica material fue producido el 30 de agosto 2016 y distribuida por TSM SERNA MACLA SA [26]

231 ELASTOacuteMEROS CONDUCTORES

El crecimiento y desarrollo de la industria del caucho se correlacionoacute directamente

con el aumento de las necesidades de la poblacioacuten lo que condujo al desarrollo de

nuevos materiales mejorados para diferentes usos

En comparacioacuten con los compuestos polimeacutericos riacutegidos convencionales se estaacuten

estudiando algunos nuevos compuestos para satisfacer algunas necesidades de

conductores multifuncionales como flexibilidad estiramiento sin perder las

propiedades eleacutectricas La estrategia maacutes comuacutenmente estudiada para la

fabricacioacuten de elastoacutemeros conductores es integrando a una matriz elastoacutemerica

34

dopada de material conductor como magnetita con nanotubos de carbono de

paredes muacuteltiples [27]

El estudio de la conductividad de un elastoacutemero es muy escaso en la literatura Sin

embargo un elastoacutemero dopado puede considerarse como un sistema de dos fases

de partiacuteculas riacutegidas rodeadas por una red de poliacutemeros formada por el proceso de

reticulacioacuten o por interacciones de relleno-caucho Aunque los elastoacutemeros pueden

alargarse hasta el 1000 de su longitud original estaacuten limitados por baja

resistencia rigidez y conductividades teacutermicas y eleacutectricas lo que perjudica las

aplicaciones Esta necesidad se trata de suplir con cargas conductoras como

negros de carbono grafitos nanotubos de carbono y asiacute transformar una matriz

aislante en una matriz conductora [28] Los costos de estos materiales han

dificultado su produccioacuten y por lo mismo su estudio Por lo tanto en el desarrollo

de este trabajo se utilizaraacute magnetita por su bajo costo y faacutecil acceso Y asiacute estudiar

su comportamiento

232 RIPIO DE LLANTA (ldquoCRUMB RUBBERrdquo)

El tratamiento y la eliminacioacuten de llantas de los vehiacuteculos se ha estudiado durante

largo tiempo el problema radica en la diferente composicioacuten de las llantas se han

realizado estudios para unificar la composicioacuten y el porcentaje de caucho mezclado

con el fin de mejorar su rendimiento y reducir el impacto ambiental

Las llantas se componen en teacuterminos generales (Figura 212) [29]

1 Banda de rodamiento elaacutestica Estaacute totalmente pegada con la carretera se

compone de goma resistente al desgaste para proteger la carcasa Este

trabajo se desarrolla en torno a esta parte de la llanta

2 Hombro parte ubicada entre la banda de rodamiento y los costados esta

tiene que permitir la difusioacuten faacutecil del calor generado en la llanta durante su

uso

3 Perfil Costados de la llanta es flexible y mejora el comportamiento de

rodadura

4 - 9 Taloacuten Aquiacute se sujeta la llanta y envuelve el extremo tejido se compone

en su mayoriacutea de acero el taloacuten estaacute disentildeado para estar ligeramente maacutes

apretado alrededor de la llanta de tal forma que en caso de una disminucioacuten

repentina de la presioacuten de aire eacuteste no se suelte de la llanta

5 Carcasa Considerado como la estructura inicial y principal de la llanta toda

la capa interior del tejido se denomina carcasa La carcasa soporta la presioacuten

de aire la carga vertical y absorbe los choques

6 - 8 Correa El protector estaacute compuesto por una capa de tejido (tela)

ubicado entre la banda de rodamiento y la carcasa El protector amortigua

los choques y evita que las grietas o dantildeos en la banda de rodamiento

35

lleguen a ponerse en contacto directamente con la carcasa a la vez que

tambieacuten detiene la separacioacuten entre la capa de goma y la carcasa

La correa es un refuerzo fuerte que se encuentra entre la banda de

rodamiento y la carcasa en una llanta radial y diagonales de cinturoacuten

Funciona de forma muy similar al protector pero tambieacuten aumenta la rigidez

de la banda de rodamiento al enroscarse fijamente a la carcasa

7 Aislamiento interior El aislamiento interior estaacute compuesto de una capa de

caucho resistente a la distribucioacuten de aire y sustituye la caacutemara interior dentro

de una llanta Por lo general estaacute hecha de una goma sinteacutetica denominada

butilo o de un caucho de la variedad de polipreno el aislamiento interior

mantiene el aire en el neumaacutetico

Figura 2 12 Partes de una llanta [29] 1) banda de rodamiento elaacutestica 2) hombro 3) perfil 4 - 9) taloacuten 5) caacutescara 6 ndash 8) correa y 7) Aislamiento interior

La complejidad de la forma y de las funciones que cada parte del neumaacutetico tiene

que cumplir se traduce tambieacuten en una complejidad de los materiales que lo

componen Para utilizar esta materia prima en nuevos productos se requiere tratar

el material el desarrollo de este trabajo se centraraacute en el procesamiento del caucho

utilizado en la banda de rodamiento triturado molido sin embargo la tela y el acero

tambieacuten pueden ser reciclados en general una llanta de automoacuteviles o vehiacuteculos de

pasajeros contienen en peso aproximadamente 70 de caucho recuperable 15

de acero 3 de fibra y 12 de material extrantildeo (por ejemplo cargas inertes)

36

Los cauchos de llantas usadas provienen baacutesicamente de tres tipos llantas de

automoacuteviles o vehiacuteculos de pasajeros que representan alrededor del 84 de las

unidades y aproximadamente el 65 del peso total del caucho de las llantas (en

este trabajo se utilizaraacute este tipo de llanta) llantas para camiones que constituyen

al 15 de las unidades con un peso del 20 y por uacuteltimo el caucho de maquinaria

pesada que representan el 1 de las unidades y el 15 del peso total

(generalmente dependiendo el paiacutes) En promedio de una llanta de automoacutevil o

vehiacuteculos con pasajeros se puede sacar de 10 a 12 libras de caucho molido

El esquema de los procesos que se aplican para optimizar el recurso se puede

observar en Figura 213 donde se parte de la recoleccioacuten de las llantas en los

lugares de acopio luego se realiza la destruccioacuten estructural de la llanta (este es

un proceso mecaacutenico) para la destruccioacuten existen dos diferentes formas la primera

es bajo presioacuten y desgarre y la segunda mediante cortes a lo largo de la rodadura

de las llantas en este caso siempre se inicia con el perfil de la llanta

Figura 2 13 Niveles en los cuales se muestran los procesos que se aplican a las llantas para su reciclaje [30 figura modificada]

En el nivel 3 de la Figura 213 se hace referencia a la separacioacuten de los distintos

materiales de la llanta este proceso se puede realizar en diferentes tratamientos

en los que en promedio se recupera entre 5 a 55kg de caucho molido por llanta

bull Molienda ambiental [14]

La molienda ambiental se puede conseguir de dos maneras molinos de granulacioacuten

o cracker mills En un sistema ambiental el caucho neumaacuteticos u otra materia prima

permanecen a temperatura ambiente cuando entran en el molino (como se puede

apreciar en la Figura 214) La molienda ambiental se puede aplicar a cualquier

caucho incluyendo llantas enteras

37

Normalmente para cualquier tipo de molienda ambiental se utilizan generalmente

tres molinos para triturar en diferentes etapas

1 Reduce la materia prima en pequentildeos trozos el tamantildeo general es a una

granulacioacuten primaria de 2 a 3 4frasl

2 Tritura el caucho en virutas para separar el caucho del metal y la tela la

granulacioacuten secundaria es de 3 4frasl a 3 8frasl

3 El molino muele el material para obtener la especificidad requerida

Figura 2 14 Molienda ambiental [31]

Al paso del segundo molino se obtienen diferentes materiales acero caucho

impurezas y textil como se observa en la figura 215

38

Figura 2 15 Materiales [32]

Despueacutes de cada etapa de procesamiento el material se clasifica mediante

tamizado que devuelven piezas de gran tamantildeo al granulador o al molino para su

procesamiento posterior Los imanes se utilizan a lo largo de las etapas de

procesamiento para eliminar el acero y otros contaminantes metaacutelicos En la etapa

final el tejido se elimina mediante separadores de aire

Las partiacuteculas de caucho producidas en el proceso de granulacioacuten (anteriormente

descrito) generalmente tienen superficie en corte y textura rugosa

A diferencia del proceso de granulado el proceso ldquocracker millsrdquo cuenta en su etapa

tres con una maacutequina que utiliza dos grandes rodillos giratorios Las configuraciones

de rollo son las que las hacen diferentes Estos rodillos operan cara a cara con una

tolerancia cercana a diferentes velocidades El tamantildeo del producto es controlado

por el espacio entre los rodillos Los molinos Cracker son maacutequinas de baja

velocidad operando a aproximadamente 30-50 RPM El caucho generalmente pasa

a traveacutes de dos a tres molinos para conseguir varias reducciones de tamantildeo de

partiacutecula y liberar maacutes los componentes de acero y fibra

bull Proceso criogeacutenico [14]

El procesamiento criogeacutenico se refiere al uso materiales o meacutetodos para congelar

las virutas del neumaacutetico o las partiacuteculas de caucho antes de la reduccioacuten del

tamantildeo La mayoriacutea del caucho se cristaliza similar al vidrio a temperaturas por

debajo de -80degC El uso de temperaturas criogeacutenicas puede aplicarse en cualquier

39

etapa de reduccioacuten de tamantildeo de las llantas Sin embargo normalmente se aplican

a tamantildeos de grano no mayor a 2

El material puede ser enfriado en una caacutemara de tuacutenel sumergido o rociado con

nitroacutegeno liacutequido para reducir la temperatura del caucho posteriormente es molido

en una unidad reductora de impacto usualmente un molino de martillos Este

proceso tiene un rendimiento normal de 4000 a 6000 libras de caucho por hora La

molienda criogeacutenica evita la degradacioacuten teacutermica del caucho y produce una alta

obtencioacuten del acero ya que queda casi toda disgregada en el proceso

Para el caucho derivado de las llantas recicladas el acero se separa del producto

mediante el uso de imanes y la fibra se elimina por aspiracioacuten y cribado El producto

final tiene una gama de tamantildeos de partiacutecula que pueden usarse tal cual o reducir

auacuten maacutes el tamantildeo La produccioacuten de caucho fino es de malla de 40 a 60

bull ldquoFine Grindrdquo - Meacutetodo de ambiente [14]

Tambieacuten llamada molienda en huacutemedo es una tecnologiacutea de procesamiento

utilizada para la fabricacioacuten de polvo de caucho de malla 40 y maacutes fino

El proceso de molienda en huacutemedo mezcla partiacuteculas de caucho de miga

parcialmente refinadas con agua creando una suspensioacuten Esta suspensioacuten se

transporta a traveacutes de equipos de reduccioacuten de tamantildeo y clasificacioacuten Cuando se

logra el tamantildeo deseado la suspensioacuten se transporta a un equipo para retirar la

mayoriacutea del agua y luego secar Aparte del uso del agua los mismos principios

baacutesicos que se utilizan en un proceso ambiental se utilizan en un proceso de

molienda en huacutemedo

La principal ventaja para un proceso de molienda en huacutemedo es la capacidad de

crear caucho de malla fina Aunque se producen productos tan gruesos como malla

40 la mayoriacutea de las partiacuteculas son de menor malla que la de 60 Otra ventaja para

un proceso de molido en huacutemedo es la limpieza y consistencia del polvo de caucho

producido El proceso literalmente lava las partiacuteculas de goma El proceso huacutemedo

elimina las partiacuteculas finas de fibra del caucho de miga haciendo un producto muy

limpio tambieacuten produce una morfologiacutea uacutenica en las partiacuteculas

Actualmente en la ciudad de Bogotaacute existen diferentes empresas que realizan este

trabajo sin embargo este material lo venden en grandes cantidades pues no es

rentable tratar una sola llanta para el funcionamiento de la maacutequina por lo que el

ripio que se consigue es una mezcla de diferentes llantas y diferentes tipos de

caucho

Al hacer la revisioacuten bibliograacutefica y entrevistas al personal de la empresa Comersann

SAS ubicada en Bogotaacute en la localidad de Ciudad Bolivar se concluyoacute que en

Colombia no existe ninguna empresa que trabaje con el meacutetodo ldquoFine Grindrdquo soacutelo

40

existe una empresa que realiza el proceso criogeacutenico y muchas empresas que

realizan la molienda ambiental esto debido al bajo costo de produccioacuten

Ya que para el desarrollo de este trabajo se necesitaba ripio de llanta de un caucho

homogeacuteneo se tomoacute la decisioacuten de sacar el ripio artesanalmente

Se hizo inicialmente ensayos vertiendo en un mortero aacutegata profundo nitroacutegeno

liacutequido y sumergiendo trozos del caucho para ser macerados los cuales no llegaron

a la temperatura de cristalizacioacuten del caucho (-80degC) por lo que no se dejaban

triturar Sin embargo se intentoacute ya que el caucho de llanta habiacutea sido expuesto al

uso cambios de temperatura al ozono y al tiempo y podriacutea requerir otra temperatura

diferente para cristalizar

Luego se obtuvo el ripio de llanta por medio de friccioacuten utilizando un esmeril y

acercaacutendolo hacia la correa de la llanta Realizando este proceso se recolectaba en

promedio 20gh por lo cual se requirioacute de aproximadamente 10 diacuteas en donde se

trabajaba 2 horas para recolectar el ripio necesario Adicionalmente al realizar en

el proceso se desprendiacutean partiacuteculas de polvo caucho y azufre formando humo

negro al interior de la bodega lo que ocasionaba que no se pudiera trabajar las dos

horas completamente seguidas utilizando auacuten todos los elementos de proteccioacuten

Existen varios estaacutendares ASTM que se aplican al polvo de caucho

ASTM D5603 [33] Clasificacioacuten Estaacutendar para Materiales Compuestos de Caucho-

Vulcanizado polvo de partiacuteculas vulcanizadas clasificadas de acuerdo con el

tamantildeo maacuteximo de partiacutecula la distribucioacuten de tamantildeos y los materiales originales

incluido el ripio de llanta generado a partir de la banda de rodadura el hombro y la

correa de la llanta

ASTM D5644 [34] Meacutetodos de Ensayo para Materiales de Compuesto de Caucho-

Determinacioacuten de la Distribucioacuten del Tamantildeo de Partiacuteculas de Caucho de Partiacuteculas

de Vulcanizado Reciclado se discuten meacutetodos para determinar el tamantildeo de

partiacutecula y la distribucioacuten de tamantildeo de partiacutecula para el polvo de caucho

Para el desarrollo de este trabajo de investigacioacuten se utilizaron dos tipos de ripio

1) Llanta KUMHO SOLUS KL21 eco 4X4 (Muestras 2 3 4 5 6 7 8 y 9) [35]

Ofrece un balance entre un desgaste lento bajo nivel de ruido ademaacutes de traccioacuten

durante todas las estaciones Posee un compuesto de carboacuten avanzada en su

banda de rodamiento la estructura interna cuenta con correas gemelas de acero

que proporcionan fortaleza y son reforzadas por capas de correas de nylon sobre

los hombros para manejar la durabilidad y estabilidad

Iacutendice de carga 104T presioacuten maacutexima 44psi carga maacutexima 875kg ancho de

seccioacuten 231mm diaacutemetro total 737mm y profundidad de piso 9mm

41

Esta llanta fue donada por un centro de acopio de llantas Michellin Tyre Plus en la

ciudad de Bogotaacute Para su caracterizacioacuten morfoloacutegica y estructural se le realizoacute

estudios XRD y SEM

Figura 2 16 Ripio de llanta SEM Fuente autor

Como se observoacute al hacer el ripio y se corroboroacute con las imaacutegenes SEM dicho

material despueacutes del tratamiento no forma granos definidos (Figura 216) no cuenta

con una estructura uniforme

Adicionalmente se realizoacute la caracterizacioacuten estructural por medio de XRD teniendo

como resultado la Figura 217 Es un material amorfo como se puede observar el

difractograma normalmente los cauchos vulcanizados tienen una fase cristalina que

es el ZnO el cual cuenta con tres picos entre 30 y 40deg uno entre 47deg otros maacutes

pequentildeos entre 60 y 70deg esto se veraacute maacutes adelante Las liacuteneas que se observan

de diferentes colores son comparaciones semicuantitativas que arroja el programa

de diferentes fases como cromo oacutexido de silicio Cloruro de sodio entre otros y

como se puede observar en la imagen inferior quedaron muchos picos de la figura

sin coincidir con alguacuten patroacuten

42

Figura 2 17 XRD de caucho de llanta a) seleccioacuten de picos del difractograma y b) residuos de los picos por lo tanto no cuenta con los picos definidos por lo que se puede concluir que es un material amorfo sin fases cristalinas Fuente autor

2) Ripio de desecho de la faacutebrica Andina de Rodillos (muestra 10) No se pudo

realizar XRD debido a la forma que fue entregada la muestra (ripio) Para hacer el

difractograma se requeriacutea caucho en bulto lo cual no se pudo conseguir ya que no

era de un caucho especiacutefico

24 MAGNETITA

La magnetita resulta uno de los oacutexidos de hierro con propiedades maacutes desafiantes

para su estudio y al mismo tiempo maacutes interesantes desde el punto de vista de sus

aplicaciones tecnoloacutegicas Puede encontrarse en diferentes tipos de rocas iacutegneas

metamoacuterficas y sedimentarias es de color negro igual que su raya tiene brillo

metaacutelico es quebradizo su dureza en escala de Mohs oscila entre 55 y 65

Presenta una densidad de 518 119892 1198881198983frasl Es un material ferrimagneacutetico que tiene

como foacutermula molecular 11986511989031198744 Cuenta con estructuras cristalina compleja la cual

proporciona propiedades interesantes Pertenece al grupo de las espinelas (son un

tipo de mineral con formula 1198602+11986123+1198744

2minus ) que cristalizan en el sistema cristalino

cuacutebico siendo A y B metaacutelicos los iones de oxigeno forman una red FCC con un

paraacutemetro de red 119886 = 8397Aring y un volumen de celda unitaria de 592Aring

43

aproximadamente mientras que el catioacuten A generalmente bivalente

( 119872119892 1198651198902+ 1198721198992+ 119885119899) ocupa sitios tetraeacutedricos y el catioacuten B normalmente es

trivalente (1198651198903+ 119860119897 1198621199033+) y ocupa sitios octaeacutedricos Sin embargo tambieacuten pueden

ser el mismo metal con diferentes valencias como el caso de la magnetita

(1198651198902+11986511989023+1198744

2minus) [36] Estaacute compuesta por un total de 8 foacutermulas moleculares para

un total de 56 iones 32 oxiacutegenos y 24 hierros (Figura 218) En la estructura los

dos diferentes sitios cristalinos (que resultan tener geometriacutea de tetraedros y

octaedros en relacioacuten con los aacutetomos de oxiacutegeno) forman la base para dos subredes

cuacutebicas interpenetradas con contribuciones de momento magneacutetico desiguales y

antiparalelas Este aspecto da lugar al comportamiento ferrimagneacutetico del

compuesto a baja temperatura (119879 lt 856119870) A temperaturas por encima de

119879119881~120119870 (llamada temperatura de Verwey) los electrones en los sitios B se

encuentran teacutermicamente deslocalizados entre los iones 1198651198903+ y 1198651198902+ (en el

fenoacutemeno conocido como electroacuten hopping) lo que da lugar a la alta conductividad

eleacutectrica y teacutermica de la magnetita en comparacioacuten con otras ferritas [37]

Figura 2 18 Celda unidad de la magnetita Se indican con ayuda de liacuteneas continuas un sitio tetraeacutedrico y uno octaeacutedrico (noacutetese el nuacutemero de iones de oxiacutegeno en torno a cada aacutetomo de hierro) Se usoacute el siguiente coacutedigo de colores gris para

oxiacutegenos gris claro para iones Fe3+ A gris oscuro para los Fe2+ B y negro para los Fe3+ B [37]

En la magnetita la magnetizacioacuten total estaacute dada por la diferencia de las

magnetizaciones de los cationes en las dos posiciones donde el momento

magneacutetico de spin 1198651198903+ se anula entre si tanto en los sitios tetraeacutedricos como en los

octaeacutedricos con lo cual no contribuye a la magnetizacioacuten del soacutelido En cambio

todos los cationes 1198651198902+ tienen sus momentos magneacuteticos alineados en la misma

direccioacuten y su momento total es el responsable de la magnetizacioacuten neta del

material con un momento magneacutetico de 4120583119861 [11]

44

La magnetita fue suministrada por la empresa Minarmol de Colombia SAS esta fue

obtenida de las canteras de Zipaquiraacute es magnetita mineral de malla 270 a la cual

se le realizoacute un estudio XRD en la que en comparacioacuten con la base de datos

utilizada ldquoCrystallography Open Database de la Universidad de Cambridge 2011rdquo y

el difractograma se identificoacute soacutelo una fase que es la de magnetita ahora bien al

saber la proveniencia de la magnetita se puede afirmar que existen impurezas por

lo que se realizoacute refinamiento Rietvel y efectivamente se observa la diferencia de

las graacuteficas en la parte inferior de la graacutefica de lo cual por medio de EDX se confirma

su impureza como se veraacute maacutes adelante (Figura 219)

Figura 2 19 XRD en el difractograma se identificoacute soacutelo la fase de magnetita Fuente autor

25 ACELERADORES

Los productos quiacutemicos que actuacutean como aceleradores se incorporan en el proceso

de vulcanizacioacuten para acortar el tiempo de y para proteger el caucho acabado del

envejecimiento por la accioacuten de la luz y del aire

En un proceso de vulcanizacioacuten de caucho natural solo con azufre se requeririacutea de

largo tiempo y temperaturas altas para lograr la terminacioacuten y adicionalmente las

propiedades del caucho no son las mejores en cuanto a resistencia y al

45

envejecimiento Adicionalmente la cantidad de azufre necesaria se reduce y las

propiedades mejoran

Los aceleradores pueden ser ultra raacutepidos raacutepidos rapidez media y de accioacuten

retardada dependiendo del sistema de vulcanizacioacuten y producto La cantidad

requerida del componente es relativamente pequentildea generalmente de 05 a 10

phr Algunos aceleradores requieren la presencia de ZnO para ejercer su efectividad

y algunos otros requieren de un aacutecido orgaacutenico En la mayoriacutea de las formulaciones

de caucho contienen ademaacutes del acelerador el ZnO y aacutecido esteaacuterico [36] Una

comparacioacuten de diferentes aceleradores con respecto a la velocidad de

vulcanizacioacuten se presenta en la Tabla 25

Acelerador Grupo quiacutemico Velocidad de

vulcanizacioacuten

BA HMT Aldehyde Amine Bajo

DPG DOTG Guanidine Bajo

MBT MBTS ZMBT Thiazole Raacutepido

ZBDP Thiophosphate Ultra raacutepido

CBS TBBS MBS DCBS Sulfenamides Accioacuten retardadaraacutepida

ETU DPTU DBTU Thiourea Ultra raacutepido

TMTM TMTD DPTT TBzTD Thiuram Ultra raacutepido

ZDMC ZDEC ZDBC ZBEC Dithiocarbamate Ultra raacutepido

ZIX Xanthates Ultra raacutepido

Tabla 2 5 Clasificacioacuten de los aceleradores [36]

251 TMTD (Disulfuro de tetrametiltiuram) [37]

En el proceso de vulcanizacioacuten el TMTD es un acelerador orgaacutenico en una mezcla

con el azufre no decolora Sin embargo requiere de la adicioacuten del ZnO y CBS para

un efectivo uso Es ampliamente usado como primer acelerador Se utiliza a menudo

para activar tiazol o sulfenamida en el proceso de vulcanizado El acelerador TMTD

soacutelo se consigue en bulto en forma de pellet y es reducido despueacutes en polvo [38]

algunas de las propiedades representativas se encuentran en la Tabla 26

adicionalmente en la Figura 220 se presenta su estructura isomeacuterica

46

POLVO PELLETS

Temperatura de calcinacioacuten (degC) 148 148

Materia volaacutetil () 1 1

Contenido de cenizas () 05 05

Dispersibilidad excelente buena

Tabla 2 6 Propiedades TMTD Tabla modificada de la referencia [38]

Figura 2 20 Estructura isomeacuterica del TMTD [36]

252 CBS (N-Ciclohexil-2-benzotiazol sulfenamida) [39]

Se utiliza principalmente en la fabricacioacuten de neumaacuteticos mangueras de caucho

calzado bandas transportadoras cables entre otros las propiedades

representativas se encuentran en la Tabla 27

Normalmente es un acelerador primario tiene accioacuten retardada y raacutepida velocidad

de curado Estos aceleradores proporcionan una alta gama de densidades de

reticulacioacuten dependiendo del tipo y la dosificacioacuten usada En un aumento progresivo

de la dosis de CBS se observa mejoriacutea en el retraso del quemado Este acelerador

se puede potenciar utilizando aceleradores baacutesicos como DPG TMTD y TMTM para

aumentar auacuten maacutes la tasa de curacioacuten

LIacuteQUIDO

Temperatura de calcinacioacuten (degC) 166

Materia volaacutetil () 1

Contenido de cenizas () -

Dispersibilidad excelente

Tabla 2 7 Propiedades CBS [40]-[41]

Los cauchos vulcanizados con este acelerador tienen un olor atiacutepico y exhiben

mayor tensioacuten vs deformacioacuten y mejor resiliencia y resistencia a la fatiga en

comparacioacuten con otros aceleradores Se incorpora normalmente en el compuesto

de caucho al final del ciclo de mezclado cuando la temperatura estaacute por encima del

punto de fusioacuten del acelerador para asegurar una dispersioacuten adecuada En lo

47

posible se evita el exceso de calor para prevenir la descomposicioacuten del CBS ya que

en presencia del vapor se descompone raacutepidamente en la Figura 221 se presenta

su estructura isomeacuterica


26 AGENTES VULCANIZANTES

Para prevenir el desborde del caucho este debe ser reticulado o vulcanizado Esta

unioacuten de cadenas polimeacutericas adyacentes permite que la parte de caucho se

recupere de deformaciones grandes de forma raacutepida y forzada Los aceleradores

de la vulcanizacioacuten son sustancias quiacutemicas que en combinacioacuten con los agentes

vulcanizantes reducen el tiempo de vulcanizacioacuten aumentando la velocidad de

vulcanizacioacuten En la mayoriacutea de los casos las propiedades fiacutesicas del producto del

caucho tambieacuten son mejoradas

Existen sistemas de vulcanizacioacuten con un solo acelerador el cual es de suficiente

actividad para producir vulcanizados satisfactorios dentro de tiempos especificados

Estos aceleradores se conocen como aceleradores primarios

En sistemas de vulcanizacioacuten con combinacioacuten de dos o maacutes aceleradores el

acelerador usado en mayor proporcioacuten en la foacutermula es el acelerador primario y el

acelerador secundario es el que se utiliza en menor proporcioacuten (generalmente del

10 al 20 de la cantidad total de aceleradores) Estos aceleradores secundarios

tienen como funcioacuten activar al acelerador primario mejorando las propiedades del

caucho comparativamente a las que produciriacutea cada acelerador usado

separadamente

261 AZUFRE

El azufre en el caucho es muy importante para que exista un entrelazamiento con

las moleacuteculas esto bajo presioacuten y temperatura (la temperatura de calcinacioacuten del

azufre es 445degC) como se muestra en la Figura 222

48

Figura 2 22 Relacioacuten del azufre con el caucho [30]

La cantidad recomendada de azufre para artiacuteculos blandos es del 05 al 3 phr y de

15 a 30 para artiacuteculos duros Dependiendo de la cantidad de azufre suministrado

es apreciable el cambio en las propiedades mecaacutenicas como se puede observar en

la Figura 223

Figura 2 23 Diagrama de esfuerzo deformacioacuten para el caucho natural y caucho natural vulcanizado se puede visualizar mayor esfuerzo con poca deformacioacuten para el caucho vulcanizado [30]

27 ACTIVADORES

Son sustancias utilizadas para la vulcanizacioacuten con azufre y con peroacutexidos estas

activan el entrecruzamiento de las cadenas polimeacutericas generalmente son llamados

sensibilizadores Esto quiere decir que la relacioacuten de la proporcioacuten especiacutefica entre

el activador de vulcanizacioacuten y del agente vulcanizador conduce a una

concentracioacuten aumentada del agente vulcanizador para mejorar la reaccioacuten de

vulcanizacioacuten Para la vulcanizacioacuten con azufre o con donantes de azufre el maacutes

comuacuten activador es ZnO este puede incrementar la eficiencia de los enlaces

reticulares en maacutes de un 60 Cuando el ZnO reacciona con el aacutecido esteaacuterico se

49

forma un estado en el cual el caucho es soluble Se realizoacute un estudio en donde se

observoacute la reometriacutea de un caucho natural mezclado con diferentes activadores

Figura 2 24 Reometriacutea de diferentes activadores [42]

Tabla 2 8 Diferentes concentraciones y activadores [42]

En la Figura 224 y en la Tabla 28 se puede apreciar coacutemo cambia el torque de

acuerdo a las diferentes concentraciones y diferentes activadores Seguacuten el graacutefico

tiene mejor proceso de vulcanizacioacuten el caucho al que se le adicionoacute los activadores

TBBS con aacutecido esteaacuterico y aacutecido de zinc

50

Esta reaccioacuten se produce debido a la naturaleza dual del aacutecido esteaacuterico (hidroacutefoba

e hidroacutefila) bajo ciertas condiciones teacutermicas hace que el caucho se vuelva soluble

ayudando al oacutexido de zinc a volverse soluble en el caucho y asiacute dispersarse

eficazmente en la matriz de caucho

271 AacuteCIDO ESTEARICO (CH3 (CH2)16 COOH)

Es uno de los claacutesicos aditivos que son usados como activador en el proceso de

vulcanizacioacuten con azufre Es un aacutecido graso que contiene 18 aacutetomos de carbono sin

dobles enlaces como se muestra en la Figura 225

Figura 2 25 Diferentes concentraciones y activadores [43]

Algunas de sus propiedades se presentan en la Tabla 29

Apariencia blanco ceacuterea

Masa molar 28448 gmol

Punto de fusioacuten 342 K (69 degC)

Temperatura de calcinacioacuten 634 K (361 degC)

Tabla 2 9 Propiedades del aacutecido esteaacuterico

272 OacuteXIDO DE ZINC (ZnO)

En el mercado la mayor demanda que tiene el oacutexido de zinc es en la industria de

las llantas la cual requiere aproximadamente la mitad del mercado mundial del ZnO

se utiliza de 10 a 25 phr Es un denso material que tiende a compactarse y se

dispersa con dificultad por lo general se dispersa con aacutecido esteaacuterico

La adicioacuten de ZnO como activador y el azufre como agente vulcanizante

especiacuteficamente proporciona que el elastoacutemero logre disminuir el tiempo de

vulcanizacioacuten disminuir los consumos de energiacutea logrando una mejor dispersioacuten de

la mezcla y una mejora de las propiedades fiacutesico-mecaacutenicas de las formulaciones

[44]

La ficha teacutecnica del Oacutexido de Zinc utilizado la suministroacute la empresa ANDINA DE

RODILLOS y se presenta en la Tabla 210

51

Foacutermula ZnO

Pureza 998

Concentracioacuten 8018

Malla 325 998

Insoluble en HCL 0001

Humedad a 100 degC 020


Tabla 2 10 Ficha teacutecnica material fue producido el 10 de agosto 2016 y distribuida por TSM SERNA MACLA SA Se

realizoacute sobre este lote anaacutelisis cuantitativo sobre pastilla de fluorescencia de Rayos X por energiacutea dispersiva para Pb y Cd

[45]

52

CAPIacuteTULO 3 DESARROLLO EXPERIMENTAL

31 DISENtildeO EXPERIMENTAL

En el desarrollo del presente trabajo se produjeron diez (10) muestras diferentes

variando cada una la cantidad de ripio de llanta y la cantidad de magnetita para ser

analizadas Para hacer la mezcla la cantidad de cada uno de los ingredientes se

deben limitar por el objeto de la mezcla o por el peso que soporta el equipo es decir

la ldquomaacutequina de rodillosrdquo entonces en este caso se utilizoacute una maacutequina que soporta

un miacutenimo de 500g (el molino no admitiacutea menos cantidad por el diaacutemetro de cada

uno de los rodillos como se veraacute maacutes adelante) por lo tanto de eso partiacuteamos

Tendriacuteamos que a un maacuteximo de 500g incorporar los diferentes aditivos y materiales

objeto de estudio adicionalmente en revisioacuten de diferentes estudios y para tener

puntos de comparacioacuten se realizoacute la mezcla con el estaacutendar de un material blando

Una limitante para producir las muestras fue la cantidad de ripio de llanta que se

logroacute obtener ya que se requeriacutea el mismo tipo de caucho para limitar las posibles

anomaliacuteas que arrojaran los resultados Por lo tanto se inicioacute el caacutelculo de las

muestras con 2 kg de ripio y asiacute mismo se ajustoacute la cantidad de magnetita en cada

una de las muestras

En la produccioacuten de estas mezclas se requiere del conocimiento sobre

estequiometriacutea y los diferentes componentes respetando las proporciones de cada

uno de los elementos de la receta PHR (parts per hundred of rubber)

Para tener un patroacuten de referencia las primeras cinco muestras (muestra 1 2 3 4

y 5) se disentildearon con el mismo phr de magnetita mineral variando el ripio de llanta

y para las muestras siguientes (muestra 6 7 8 y 9) se conservoacute el mismo phr del

ripio de llanta variando la cantidad de magnetita En la muestra 10 el porcentaje de

la muestra es igual en phr de ripio de llanta y de magnetita mineral sin embargo

variacutea en que el ripio es de caucho de desecho (mezcla de diferentes cauchos)

Bajo estas consideraciones la cantidad de phr de las muestras que se utilizaron se

pueden ver en la Tabla 31

53

MUESTRA No 1 MAGNETITA MINERAL 50PHR RIPIO 0PHR


CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]

0 Ripio de llanta 0 10 Ripio de llanta 29

100 NBR 304 100 NBR 287

5 Oacutexido de Zinc 15 5 Oacutexido de Zinc 14

1 A Esteaacuterico 3 1 A Esteaacuterico 3

05 Azufre 2 05 Azufre 1

15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14

50 Magnetita 152 50 Magnetita 143

1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO EN gramos

CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500


MUESTRA No 10 MAGNETITA MINERAL 30PHR RIPIO COMUacuteN 30PHR

CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14


1445 500 1745 500 Tabla 3 1 Cantidad en PHR de cada uno de los elementos que componen las muestras Fuente autor

La obtencioacuten de la cantidad en gramos de cada uno de los elementos se establecioacute

mediante la ecuacioacuten 31

119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31

Por ejemplo en la muestra 7 la cantidad de magnetita que se requirioacute se calculoacute a

traveacutes de la ecuacioacuten 32 asiacute

500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32

En la Tabla 32 se observa el resumen de las combinaciones de cada una de las mezclas seguacuten los materiales de estudio Para limitar el alcance de los resultados

55

no se les realizaron todos los ensayos a todas las muestras las muestras que estaacuten en rosado son a las que se les realizaron todos los ensayos (2 variando ripio de llanta 2 variando magnetita y la 10 para la comparacioacuten del ripio)

Tabla 3 2 Combinaciones de cada una de las mezclas seguacuten los materiales de estudio Fuente autor

32 ELABORACIOacuteN DE MUESTRAS

La elaboracioacuten de muestras se realizoacute en la empresa ANDINA DE RODILLOS

LTDA Esta es una empresa colombiana dedicada a satisfacer las necesidades de

la industria Nacional a traveacutes del disentildeo fabricacioacuten y comercializacioacuten de cilindros

de goma con maacutes de 18 antildeos de experiencia en el tema Cuenta con laboratorio

para la investigacioacuten de nuevos productos y nuevas propiedades de las diferentes

gomas que se requieran ya que no se limitan a la repeticioacuten de conocimiento sino

que se profundiza en la buacutesqueda de nuevas alternativas de trabajo con el fin de

mejorar la calidad en la prestacioacuten de sus servicios [46] Se contoacute con la compantildeiacutea

del Ingeniero Edwin Loacutepez quieacuten nos asesoroacute en la elaboracioacuten de las muestras

Se realizoacute la produccioacuten de todas las muestras mediante el proceso de

vulcanizacioacuten Se pesaron todos los ingredientes y se procedioacute a calentar los rodillos

para tornar manejable el caucho

bull Masticacioacuten La primera operacioacuten para la preparacioacuten de cualquier mezcla

a base de caucho es la masticacioacuten que tiene como objetivo reducir la

elevada viscosidad inicial que hariacutea praacutecticamente imposible la

incorporacioacuten de los demaacutes elementos y su transformacioacuten en el producto

final Esta viscosidad se consigue despueacutes de un tiempo dado al aumentar la

temperatura del caucho Para este efecto los cilindros se calientan en un

aproximado de 120degC (Figura 31) ya que a mayor temperatura el caucho

56

se empieza a vulcanizar [47] posteriormente se introduce el caucho en medio

de los dos rodillos con el fin de hacerlo maacutes suave plaacutestico y viscoso El

molino consiste de dos rodillos horizontales paralelos de acero que se

conectan a un motor en donde se puede ajustar la velocidad ya que rotan a

diferentes velocidades puesto que el rodillo trasero suele girar a mayor

velocidad que el delantero esta diferencia aumenta la fuerza que se

denomina relacioacuten de friccioacuten conteniendo una separacioacuten miacutenima ajustable

para permitir el flujo del caucho [21] Para el desarrollo de este trabajo de

investigacioacuten se utilizoacute la misma velocidad y diaacutemetro de los rodillos girando

en direcciones contrarias Para calentar los rodillos se requirioacute un tiempo de

5 min aproximadamente y la separacioacuten de los rodillos fue de 3 mm

Figura 3 1 Rodillos utilizados y calentado previo Fuente autor

bull Incorporacioacuten de los ingredientes Este es el estado en el que el caucho

acepta aditivos en las partiacuteculas alistando el caucho para que fluyan los

aditivos en su interior En tales condiciones empieza la mezcla los

ingredientes se incorporan y se encierran faacutecilmente en la matriz de caucho

Los molinos estaacuten equipados con una bandeja metaacutelica debajo de los rollos

para recoger el material que no se incorpora raacutepidamente y el que reincorpora

a la mezcla [21] El orden en que se incorporan los ingredientes no es muy

relevante sin embargo para este trabajo siempre se tuvo en cuenta el

siguiente orden 1) NBR 2) Azufre 3) TMTD y CBS 4) aacutecido esteaacuterico y

oacutexido de zinc 5) magnetita 6) ripio de llanta y 7) DOP Cada uno de los

ingredientes se dejoacute entre 2 y 5 min antes de aplicar el siguiente ingrediente

hasta observar una mezcla homogeacutenea Durante la formacioacuten de la mezcla

se observoacute buena homogeneidad con la adicioacuten de NBR azufre el TMTD

CBS aacutecido esteaacuterico oacutexido de zinc y magnetita Sin embargo al incorporar

el ripio de llanta se observoacute que un resquebrajamiento de la mezcla

57

Finalmente se le incorporoacute CBS ya que la adicioacuten de plastificantes hace maacutes

suave la mezcla Los aditivos fueron mezclados a temperatura ambiente

bull Distribucioacuten Para la obtencioacuten de una mezcla la temperatura no fue variada

se realizaron cortes frac34 a cada lado del caucho con el fin de mejorar el

mezclado y homogeneizarlo efectuando este procedimiento en un tiempo de

12 minutos El material fue retirado cuando se observoacute homogeneidad en la

mezcla (Figura 32)

Figura 3 2 Mezcla homogeacutenea o mezcla final Fuente autor

bull Preparacioacuten para la vulcanizacioacuten En moldes de acero inoxidable se

realizaron cuatro diferentes formas (seguacuten norma ASTM D412-15a para

el ensayo de tensioacuten un ciacuterculo de radio 3 cm y 3 mm de espesor para el

ensayo de conductividad eleacutectrica seguacuten lo requerido en el equipo

Keithley 6517a una placa de dimensiones 1782X635X74 mm3 y una

tira de dimensiones 6X3X100 mm3 como se muestra en la Figura 34) a

los cuales se les aplicoacute agente desmoldante para que el caucho no se

adhiera en el molde Luego se inicioacute el calentamiento de las placas

paralelas en cuyo intermedio se introdujeron los moldes calentaacutendolos

hasta alcanzar la temperatura deseada (140 degC) para lo cual se requirioacute

un tiempo de 10 min (Figura 33) Por otro lado se realizaron cortes a la

mezcla con forma similar a la de los moldes procurando que no quedara

faltando caucho al momento de hacer la vulcanizacioacuten es decir es

preferible que sobre caucho

58

Figura 3 3 Calentamiento de los moldes en cada una de las placas paralelas Fuente autor

bull Cuando el molde se calienta como se muestra en la Figura 33 se retira

de las placas y se le pone el caucho en el molde se cubre con la tapa y

se vuelve a introducir en medio de las placas y se deja vulcanizar durante

un tiempo de 12 min a 140 degC de temperatura Posteriormente el molde

es retirado de las placas paralelas se deja enfriar y se retira el caucho

(Figura 34)

a) b)

Figura 3 4 a) Moldes para los ensayos de traccioacuten y conductividad eleacutectrica b) Probetas de la muestra No1 Fuente autor

33 EQUIPO UTILIZADO

Un molino abierto o molino de rodillos consta de dos rodillos adyacentes lisos de

acero endurecido que estaacuten colocados horizontalmente como se puede observar en

la Figura 35

59

Figura 3 5 Equipo utilizado Molino de rodillos Fuente autor

Conforme se mencionoacute anteriormente los rodillos giran en sentidos opuestos (uno

hacia el otro) y habitualmente uno de los rodillos gira maacutes raacutepido que el otro con el

fin de producir exista friccioacuten entre ellos El mezclado se logra rompiendo el caucho

crudo (masticado) hasta que se vuelve manejable y entonces se agregan los demaacutes

ingredientes La abertura de los rodillos es variable para mantener un volumen

constante de materia (conocido como banco) El mezclado se lleva a cabo por los

esfuerzos cortantes generados [16]

La forma de realizar las muestras fue mediante vulcanizacioacuten en prensas El meacutetodo

maacutes usado y el utilizado en el desarrollo de este trabajo es el moldeo por compresioacuten

en donde el compuesto sin vulcanizar cortado o preformado se coloca en la cavidad

del molde eacuteste se coloca entonces entre los platos de la prensa y al aplicar la

presioacuten el compuesto fluiraacute hasta llenar la cavidad del molde (como se puede ver

en la Figura 36) Una desventaja de este modelo es la necesidad de preformar o

cortar el compuesto sin vulcanizar y tener que pesar con un excedente para

asegurar que llene completamente el molde El exceso agregado queda como una

rebaba que habraacute que quitar y tirar como desperdicio [16]

Figura 3 6 Moldeo por compresioacuten [16]

El equipo utilizado fue el Molino HEINRICH SCHIRM KG coacutedigo M-003 el cual

viene con la prensa incluida

60

34 PROPIEDADES MORFOLOacuteGICAS y ESTRUCTURALES

El resultado de la morfologiacutea del caucho vulcanizado depende de la proporcioacuten de

cada uno de los componentes de la interfase creada entre los compuestos y de su

afinidad termodinaacutemica esto permite a la fase caucho mantener sus propiedades

incluso a temperaturas requeridas para su procesamiento posterior En las

aleaciones de caucho se obtiene una morfologiacutea difaacutesica que consiste en una matriz

de caucho con partiacuteculas del otro elemento dispersadas si el otro agente de fase es

otro poliacutemero a esto se le llama copoliacutemero [48] la morfologiacutea de la mezcla

resultante es una fase continua

La morfologiacutea de los poliacutemeros se puede determinar mediante microscopiacutea oacuteptica y

por microscopiacutea electroacutenica de barrido (SEM)

Ahora bien el caucho pulverizado (ripio) suele adoptar formas y tamantildeos irregulares

(Figura 37) Para la comercializacioacuten del caucho pulverizado los procesadores

antildeaden talco o calcio (a un maacuteximo de 4 en peso) a las partiacuteculas de caucho con

el fin de no formar granos y promover el flujo

Figura 3 7 Ripio de llanta Fuente autor

341 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO

Mediante esta teacutecnica de caracterizacioacuten se obtienen imaacutegenes aumentadas de una

muestra las cuales permiten conocer informacioacuten acerca de su microestructura y

morfologiacutea Este microscopio utiliza un haz de electrones en lugar de un haz de luz

para formar imagen Se barre la superficie de la muestra con electrones acelerados

que viajan a traveacutes de un cantildeoacuten y colimados por unas lentes basadas en

electroimanes El microscopio detecta la intensidad de electrones que devuelve la

muestra siendo capaz de mostrar figuras en tres dimensiones Debido a que el haz

estaacute formado por partiacuteculas cargadas eleacutectricamente eacuteste puede ser desviado por

conjuntos de lentes electrostaacuteticas o magneacuteticas las cuales enfocan el haz por

medio de campos con el objetivo de hacer un barrido de muestra punto a punto en

un aacuterea determinada al incidir sobre la muestra el haz de electrones genera

diferentes tipos de radiacioacuten de modo que algunas se transducen en sentildeales

eleacutectricas emanadas transformaacutendolas en corrientes eleacutectricas que se emplean

61

para formar una imagen en un monitor [49] En la Figura 38 se puede observar el

esquema general del equipo utilizado

Es fundamental mantener condiciones de vaciacuteo en el equipo para no permitir que

los electrones se desviacuteen por otras moleacuteculas del aire y se desviacutee de su objetivo

El equipo que utilizado es un Microscopio Electroacutenico de Barrido VEGA 3 TESCAN

que se encuentra en el Departamento de Fiacutesica de la Universidad Nacional que

permite ampliaciones de hasta 32000 veces utilizando energiacuteas de hasta 10 keV y

opera en alto vaciacuteo (3x10minus7119905119900119903119903)

Figura 3 8 Principio de funcionamiento del SEM y comparacioacuten entre un microscopio oacuteptico y SEM Imagen modificada [50]

342 ANAacuteLISIS EDX (ENERGY DISPERSIVE X-RAY SPECTROSCOPY)

Este ensayo es complementario a SEM ndash EDX cuando un electroacuten contiene

determinada energiacutea y choca con una muestra pueden ocurrir diferentes sucesos a

la respuesta de este choque (como se muestra en la Figura 39)

1 Electroacuten no dispersado El electroacuten atraviesa limpiamente la muestra sin

interactuar con los demaacutes aacutetomos (inusualmente ocurre)

2 Electrones retrodispersados Es probable que el electroacuten pase bastante

cerca del nuacutecleo lo que puede ser atraiacutedo por el nuacutecleo y desviacutee su

trayectoria inicial Este tipo de desviacioacuten es conocida como dispersioacuten

elaacutestica si la desviacioacuten es mayor de 90deg el electroacuten vuelve a salir de la

muestra se les llama electrones retrodispersados (es utilizado por el SEM)

3 Electrones difractados elaacutestica e inelaacutesticamente Puede ocurrir que el

electroacuten sufra desviacioacuten de su trayectoria y ademaacutes una peacuterdida de energiacutea

es decir experimenta una dispersioacuten inelaacutestica En este caso se produce una

62

radiacioacuten para conservar el balance energeacutetico el rango de energiacutea emitido

puede variar desde cero hasta el mismo valor de la energiacutea del electroacuten

incidente

4 Electroacuten secundario Ocurre cuando el electroacuten visitante interactuacutea con

alguno de los electrones locales de los orbitales internos y acabe

expulsaacutendolo del aacutetomo Algunos picosegundos despueacutes de que el electroacuten

secundario ha dejado una vacante en el aacutetomo (lo ha ionizado) otro de los

electrones locales de alguacuten orbital maacutes externo toma el lugar del electroacuten

expulsado Ahora bien esta reestructuracioacuten de plantilla deja al aacutetomo con

un excedente de energiacutea que puede solucionar de dos formas distintas

5 a) Electroacuten Auger Para volver al equilibrio el aacutetomo expulsa un electroacuten de

la capa externa que es conocido como electroacuten Auger

6 b) Rayo X Para volver al equilibrio el aacutetomo emite un fotoacuten de rayos X Eacutesta

finalmente es la base de la espectrometriacutea por dispersioacuten de energiacuteas de

rayos X

Figura 3 9 Tipos de radiacioacuten producida al incidir sobre la muestra el haz de electrones [11-51]

La radiacioacuten producida por este salto de electrones entre orbitales tiene una

propiedad fundamental la energiacutea de los fotones emitidos estaacute directamente

relacionada con el peso atoacutemico del elemento emisor ya que la diferencia de energiacutea

entre orbitales aumenta seguacuten lo hace el peso atoacutemico debido principalmente al

aumento del nordm de protones en el nuacutecleo De este modo podemos asociar cada valor

de energiacutea emitida con un elemento de la tabla perioacutedica asiacute que midiendo con un

detector apropiado los fotones expulsados por la muestra podemos averiguar la

energiacutea de cada fotoacuten cual es el elemento que lo estaacute produciendo (anaacutelisis

cualitativo) y el nuacutemero de fotones emitido de cada energiacutea la cantidad relativa de

cada elemento (anaacutelisis cuantitativo) [52]

63

343 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X

Es una teacutecnica usada para la caracterizacioacuten estructural de minerales que permite

obtener informacioacuten como determinacioacuten de la estructura cristalina tamantildeo de

grano identificacioacuten de fases composicioacuten quiacutemica grosor de capa orientacioacuten

preferida entre otras propiedades Aunque permite realizar un muestreo detallado

de toda la muestra este ensayo no es destructivo

Es una teacutecnica analiacutetica sin contacto cuando los rayos X irradian la muestra con

aacutengulos muy bajos hay reflexioacuten total de rayos X sobre la superficie de la muestra

Si el aacutengulo de incidencia aumenta gradualmente maacutes allaacute de un cierto aacutengulo

llamado aacutengulo criacutetico que depende del material los rayos X se reflejan sobre capas

de la muestra y dan lugar a franjas de interferencia Las longitudes de onda de los

rayos X empleados son del mismo orden de las distancias interatoacutemicas de los

cristales que actuacutean como redes de difraccioacuten [53] La sentildeal de difraccioacuten de un

soacutelido es reflejo de su estructura cristalina como se muestra en la Figura 310

Figura 3 10 Diagrama del equipo Especteroscopiacutea XRD Imagen modificada [53]

Esta difraccioacuten se conoce como difraccioacuten de Bragg debido a que cumple la ley de

Bragg veacutease la ecuacioacuten 33 la informacioacuten del ordenamiento de los aacutetomos del

material con los aacutengulos de dispersioacuten y la informacioacuten sobre la ubicacioacuten de los

electrones dentro del ordenamiento atoacutemico con la intensidad de los picos

120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33

donde λ es la longitud de onda de la radiacioacuten incidente 119889ℎ119896119897 es la distancia entre

los planos atoacutemicos hkl y 120579 es el aacutengulo de difraccioacuten respecto al plano en el cual

se logra una interferencia constructiva como se puede ver en la Figura 311 [54-

11]

64

Figura 3 11 Esquema de difraccioacuten de rayos X por planos hkl separados por una distancia interplanar 119941119945119948119949 [11- 54]

En el desarrollo de la presente propuesta se utilizaraacute el difractoacutemetro Panalytical X-

Pert Pro del departamento de Fiacutesica de la Universidad Nacional el cual trabaja con

un caacutetodo de cobre que emite un haz monocromaacutetico de radiacioacuten Cu-Kα con una

longitud de onda 120582119862119906119870120572 = 154056 Å con un tiempo de paso de 8 segundos y un

tamantildeo de paso de 00200 (2θ) en un modo continuo desde 10o hasta 70o (2θ) con

un voltaje de aceleracioacuten de 45 kV y una intensidad de corriente de 40 mA Se usoacute

la geometriacutea de Bragg-Brentano para realizar las medidas de DRX El anaacutelisis de

los patrones de difraccioacuten se llevoacute a cabo por medio del software XacutePert Highscore

versioacuten 212 elaborado por Panalytical BV y para la identificacioacuten de las fases

presentes en el material se utilizoacute la base de datos Crystallography Open Database

de la Universidad de Cambridge 2011

35 PROPIEDADES MECAacuteNICAS DEL CAUCHO

Las propiedades mecaacutenicas de los materiales se determinan cuando son sujetados

a esfuerzos mecaacutenicos Estas propiedades incluyen moacutedulo de elasticidad dureza

ductilidad puntos de fluencia y maacuteximos esfuerzos a la compresioacuten Estas son

fundamentales ya que el funcionamiento y el desempentildeo de los materiales

dependen de la capacidad que tengan para resistir deformaciones bajo esfuerzos

que se experimentan durante el uso [11] Estas propiedades tambieacuten permiten

diferenciar un material de otro ya sea por su composicioacuten estructura o

comportamiento ante alguacuten efecto fiacutesico o quiacutemico

Existen diferentes tipos de ensayos a los que pueden estar sometidos los

materiales cualquier fuerza externa que se aplique sobre un material causa

deformacioacuten la cual se define como el cambio de longitud a lo largo de la

liacutenea de accioacuten de la fuerza entre ellos

65

bull Fuerzas de tensioacuten o traccioacuten la fuerza aplicada intenta estirar el material

a lo largo de su liacutenea de accioacuten la Figura 312 muestra la deformacioacuten de un

caucho debido a una fuerza de tensioacuten En este ensayo se pueden obtener

informacioacuten como la rigidez del material la resistencia a la traccioacuten y la

tenacidad de un material (el trabajo requerido para romper un material)

bull Fuerza de Flexioacuten las fuerzas externas actuacutean sobre el cuerpo tratando de

ldquodoblarlordquo alargando unas fibras internas y acortando otras

bull Fuerzas de compresioacuten la fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al

material a lo largo de su liacutenea de accioacuten

bull Fuerza de Cizalladura o cortadura las fuerzas actuacutean en sentidos

contrarios sobre dos planos contiguos del cuerpo tratando de producir el

deslizamiento de uno con respecto al otro

bull Fuerza en torsioacuten la fuerza externa aplicada intenta torcer al material la

fuerza externa recibe el nombre de torque o momento de torsioacuten

Figura 3 12 Curva tensioacuten-deformacioacuten de una muestra elastomeacuterica donde se definen las principales magnitudes de la misma [48]

Como inicio se tiene la foacutermula principal para hallar la deformacioacuten de un material

y posteriormente la deformacioacuten ingenieril se muestran en la ecuacioacuten 34

a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

a) Deformacioacuten de un material doacutende 119865119898119886119909 es la fuerza maacutexima aplicada y 119860119900 es el

aacuterea transversal

b) deformacioacuten ingenieril 1198970 la longitud inicial y 119897 la longitud final

Ahora bien en el caucho la formacioacuten de entrecruzamientos entre cadenas

polimeacutericas variacutea la estructura y dinaacutemica de un material polimeacuterico puesto que se

forma una red tridimensional De este modo un poliacutemero lineal plaacutestico se

transforma en un poliacutemero entrecruzado elaacutestico modificaacutendose sus propiedades

mecaacutenicas su comportamiento teacutermico su viscosidad etc Por tanto es

fundamental conocer de antemano algunos conceptos baacutesicos para poder evaluar

la influencia de la formacioacuten de enlaces entre las cadenas elastomeacutericas en la

dinaacutemica de poliacutemeros durante el proceso de vulcanizacioacuten

La dureza aplicada a los productos de caucho se define como la resistencia relativa

de la superficie a la penetracioacuten por un penetrador estaacutendar Aunque la dureza

queda determinada para el resto de materiales por medio de la deformacioacuten en un

caucho se debe considerar como una medida relativa de la tenacidad que es la

deformacioacuten en masa maacutes que la deformacioacuten superficial [55]

351 DUREZA

Los materiales elaacutesticos tienen una escala de medida diferente con lo que se refiere

a la dureza de los materiales se trata de la escala de dureza SHORE esta se

determina mediante un ensayo no destructivo este procedimiento mide con queacute

profundidad un cuerpo penetra un material elaacutestico El meacutetodo de medicioacuten consiste

en generar una indentacioacuten o impronta profunda en el material con una fuerza

normalizada a traveacutes de un penetrador La profundidad depende de la dureza del

material de sus propiedades viscoelaacutesticas la forma del penetrador de presioacuten y la

duracioacuten del ensayo (Figura 313) Los aditivos que se les suministra a las muestras

se eligen mediante un estaacutendar de dureza para lo que se requiera el material este

estaacutendar estaacute definido por la escala de dureza y sus aplicaciones en tanto maacutes duro

se requiera el material maacutes azufre se le suministra y por tanto cambia la cantidad

de phr de cada uno de los aditivos

67

Figura 3 13 Ejemplos de la clasificacioacuten de elastoacutemeros seguacuten la dureza [56]

Cuando se estaacute haciendo la impronta en el material la medida de la profundidad se

transmite a un resorte interno de un reloj comparador que puede ser anaacutelogo o

digital dando un valor determinado de dureza Las escalas maacutes conocidas son

SHORE A (que comprende los elastoacutemeros blandos) y SHORE D (comprende los

elastoacutemeros maacutes duros) No existe ninguna relacioacuten entre dureza y otras

propiedades mecaacutenicas como ocurre normalmente con los aceros Maacutes duro no

quiere decir por ejemplo maacutes resistente a la traccioacuten La escala de conversor de

durezas se puede ver en la tabla 32

SHORE A (DIN 53505) SHORE D (DIN 53505)

100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5

Usado comuacutenmente en elastoacutemeros

compactos y celulares

Usado comuacutenmente en PTFE riacutegido

Termoplaacutesticos y elastoacutemeros muy duros

Tabla 3 3 Tabla de conversioacuten de unidades para las durezas SHORE A y D seguacuten la norma DIN 53505 [57]

68

El indentador se somete a una carga a traveacutes de un muelle Cuanto maacutes grande la

naturaleza del material a ensayar menor la profundidad de penetracioacuten y mayor la

carga aplicada Para determinar el grado de dureza se utiliza el duroacutemetro que se

ve en la Figura 314 una de las manecillas indica grados de dureza y la otra

reversioacuten la reversioacuten indica que bajo presioacuten el caucho se estabiliza en una

reversioacuten o tolerancia de X grados por encima de la memoria mecaacutenica que tienen

los cauchos usualmente mientras maacutes duro sea el material menos reversioacuten

presenta Este ensayo se mide bajo el mismo principio que los otros ensayos de

dureza pero lo que se mude no es la huella que se deja sino los grados de

penetracioacuten del indentador

El equipo utilizado es el Hardmatic HH-300 de la empresa ANDINA DE RODILLOS

LTDA la cual mide durezas SHORE A estaacute disentildeado de acuerdo con las

especificaciones ASTM D 2240 ISO868 ISO 7619 DIN 53 505 JIS K 6253 y JIS K

7215 [58] La forma del indentador depende de la escala de dureza que se estaacute

manejando para la dureza SHORE A la forma se describe en la Figura 314

a) b)

Figura 3 14 a) Duroacutemetro utilizado b) dimensiones del indentador de un duroacutemetro tipo A L distancia desde la base hasta la punta del indentador 2mm 120637 aacutengulo que forma el indentador 35deg d 079mm b 125mm a 3mm y f la base de contacto

con la muestra18X44mm [58]

352 TENSIOacuteN DEFORMACIOacuteN

Este ensayo se utiliza para medir la resistencia de un material a la aplicacioacuten de una

fuerza constante aplicada lentamente Este ensayo consiste en alargar una probeta

normalizada con el fin de conocer propiedades como ductilidad rigidez entre otros

(Figura 315)

69

a) b)

Figura 3 15 a) Maacutequina de ensayos universal utilizada b) principio graacutefico de la maacutequina utilizada [59]

Para realizar este ensayo se requiere de conocimiento acerca de la norma ASTM

D412-15ordf ldquoENSAYO DE TENSIOacuteN PARA CAUCHO VULCANIZADO Y

ELASTOacuteMEROS TERMOPLAacuteSTICOSrdquo [60] y el meacutetodo no se puede aplicar para

elastoacutemeros con baja elongacioacuten Seguacuten la norma se pueden realizar dos tipos

diferentes de probetas para el desarrollo de este trabajo utilizaremos el meacutetodo A

Dumbell and straight specimens con las dimensiones descritas en la Figura 316

Figura 3 16 Probeta seguacuten norma ASTM D412 ndash C [60]

Por principio se utilizan las ecuaciones descritas anteriormente (Ec 34)

Adicionalmente se puede calcular la resistencia a la traccioacuten como se muestra en la

Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35

donde 119879119878 es la tensioacuten de ruptura [MPa] 119865119861119864 La magnitud de la fuerza de ruptura

[N lbf] y A Aacuterea de la seccioacuten transversal si estirar [1198982] [60]

70

El resultado de este ensayo es un graacutefico en donde se puede estimar diferentes

variables en la figura 317 se puede establecer las etapas por las que se enfrenta

un material al realizar este ensayo

Figura 3 17 Graacutefica esfuerzo ndash deformacioacuten de un material [61]

El moacutedulo de Young es uno de los criterios maacutes importantes que se obtienen de la

figura anterior representa lo faacutecil que es o no deformar un material es la relacioacuten

entre la tensioacuten y la deformacioacuten a menor moacutedulo de Young maacutes elaacutestico es el

material Este se calcula mediante la tangente a la recta en el tramo lineal Ec 36

119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36

El equipo utilizado fue la Maacutequina Universal de Ensayos generalmente usada en el

desarrollo de ensayos a Compresioacuten Tensioacuten Flexioacuten Corte Friccioacuten y

Adherencia con rangos de carga entre los 5 Newton y 5 kN El modelo del equipo

es AG-IS 5KN Shimadzu el que cuenta con un error posicional de 001mm Se le

pueden adaptar instrumentos adicionales para ensayos de productos con

geometriacuteas especiales Adicionalmente cuenta con una Caacutemara Termostaacutetica para

realizar ensayos desde la temperatura ambiente hasta los 220 degC

36 PROPIEDADES TEacuteRMICAS DEL CAUCHO

Por propiedad teacutermica se entiende la respuesta de un material al ser calentado A

medida que un soacutelido absorbe energiacutea en forma de calor su temperatura y sus

dimensiones aumentan La capacidad caloriacutefica la dilatacioacuten teacutermica y la

conductividad teacutermica son propiedades muy importantes en la utilizacioacuten praacutectica de

los soacutelidos [62]

El caucho tiene caracteriacutesticas aislantes excelentes Entre las propiedades teacutermicas

del caucho pueden citarse la conductividad teacutermica normal y el coeficiente de

71

dilatacioacuten que se complica no obstante por el efecto Joule En general las

conductividades teacutermicas oscilan entre 521 y 771 J(hm2) Bajo una carga constante

el caucho se contrae al ser calentado bajo deformacioacuten constante al aumentar la

temperatura crece la tensioacuten Las propiedades del caucho a baja temperatura

dependen del tiempo y de la temperatura El endurecimiento es progresivo al

disminuir la temperatura hasta que entre -30 degC y -40 degC se produce un cambio

brusco correspondiente a una transicioacuten de segundo orden Enfriamientos por

debajo de esta temperatura producen poco efecto Las exposiciones prolongadas a

bajas temperaturas producen cristalizaciones en el caucho natural neopreno y

caucho butiacutelico La cristalizacioacuten da lugar a un aumento de rigidez pero no

necesariamente fragilidad por lo que para ser triturado se requiere de una fuerza

relativamente grande retornar todos los efectos anteriormente descritos es posible

devolviendo el caucho a temperatura ambiente de modo que requiere pocos

segundos para recobrar su estado inicial A temperaturas proacuteximas de -195 ordmC el

caucho puro es un soacutelido duro y transparente de 0 ordmC a 10 ordmC es fraacutegil y opaco por

encima de los 20 ordmC se vuelve blando flexible y transluacutecido Al calentarlo por encima

de los 50 ordmC adquiere una textura de plaacutestico pegajoso A temperaturas superiores

a 200 ordmC se descompone [55] Todo lo anterior descrito aplica para caucho sin

vulcanizar sin embargo el caucho vulcanizado se comporta de forma similar pero

a diferentes temperaturas Los cauchos pueden ser llamados TME ldquotemperature

memory effectrdquo que se refiere a la capacidad de un poliacutemero de memorizar

temperaturas Un dato interesante es que no soacutelo memorizan la temperatura

tambieacuten memorizan la historia termo mecaacutenica de la muestra [48]

Para este trabajo se realizaron dos ensayos teacutermicos termogravimetriacutea y reometriacutea

sin embargo se pueden realizar ensayos como Calorimetriacutea diferencial de barrido

DSC entre otros

361 REOMETRO CAPILAR

La reometriacutea se refiere al estudio de la deformacioacuten y el fluir de la materia bajo

ciertas condiciones En el caso de los cauchos este ensayo es importante ya que

se utiliza para determinar las condiciones oacuteptimas de vulcanizacioacuten y tambieacuten nos

puede brindar informacioacuten acerca del tiempo que se puede gastar en vulcanizar una

muestra Su anaacutelisis comprende la medida de la viscosidad en los fluidos la cual

depende principalmente de la temperatura y la presioacuten hidrostaacutetica A medida que

el proceso de vulcanizacioacuten se va desarrollando las cadenas del caucho se

entrecruzan por lo que aumenta la resistencia que este ofrece lo que se ve

reflejado en un par de fuerza (torque) que el reoacutemetro debe ejercer para mantener

la deformacioacuten y frecuencia constantes De esta manera se desarrolla una curva de

curado a traveacutes del tiempo

72

Un ensayo reoloacutegico se usa como paraacutemetro de calidad para mezclas y el sistema

de aceleracioacuten de los componentes de la mezcla por lo cual es un ensayo

importante en los poliacutemeros debido a que son fluidos con comportamiento no ideal

Ademaacutes permite observar propiedades elaacutesticas tensiles y viscosas de un fluido

que dependen del esfuerzo de corte (este corte se da despueacutes de tener la caacutemara

regulada a temperatura y presioacuten constante) peso molecular de la vulcanizacioacuten

del material (queacute tan homogeacutenea quedoacute la muestra) y de la temperatura El corte se

da mediante esfuerzos de cizallamiento alternantes de poca amplitud seguacuten un ciclo

sinusoidal en donde se determina la resistencia ofrecida por el caucho a tales

esfuerzos y su variacioacuten con respecto al tiempo de calentamiento [63]

El reoacutemetro capilar se conforma de un reservorio caliente en donde se deposita la

mezcla eacuteste es ajustado por medio de un soporte que contiene el capilar la mezcla

es forzada por medio de un pistoacuten al pasar a traveacutes del capilar a una temperatura

constante [48] como se muestra en la Figura 318

La expresioacuten baacutesica es la ecuacioacuten de Hagen-Poiseuille donde η es la viscosidad

del fluido ΔP es la caiacuteda de presioacuten a lo largo del capilar r es el radio del capilar L

la longitud del capilar y V el volumen de fluido que ha circulado en un tiempo t como

se observa en la ecuacioacuten 37 [64] Este ensayo se realizoacute bajo la norma ASTM

D3835 seguacuten las dimensiones de la muestra

120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37

El equipo utilizado para este ensayo fue el Rheo-line Mini MRD (Figura 318) que

se encuentra en la empresa ANDINA DE RODILLOS LTDA El ensayo se tuvo lugar

a 150 degC y por 10 minutos cada muestra

a) b)

73

c)

Figura 3 18 Representacioacuten esquemaacutetica de un reoacutemetro capilar a) Esquema del capilar b) Vista transversal del procedimiento y c) imaacutegenes del reoacutemetro utilizado y el resultado [48 - 56 - 65]

El resultado del ensayo es un reograma de esta curva se pueden distinguir tres

etapas diferentes como se muestra en la Figura 319 el periodo de induccioacuten es el

tiempo que tarda la mezcla para empezar a vulcanizar en este periodo la muestra

se moldea en la forma y dimensiones requeridas Reaccioacuten de vulcanizacioacuten

comienza el entrecruzamiento de las cadenas polimeacutericas dando lugar a un

aumento de la componente elaacutestica en detrimento de la componente plaacutestica del

material Estado de curado indica que al final de la reaccioacuten de vulcanizacioacuten una

vez logrado el maacuteximo entrecruzamiento entre las cadenas (ya no se establecen

maacutes interacciones) Se utiliza este ensayo para determinar si la mezcla del caucho

vulcanizado fue oacuteptima y bajo queacute condiciones el caucho encuentra estabilidad (por

ejemplo el tiempo de vulcanizacioacuten y la temperatura necesaria para vulcanizar)

Figura 3 19 Resultados de un reograma de vulcanizacioacuten tiacutepica Aquiacute se puede observar tres zonas diferentes A) periodo

de induccioacuten B) reaccioacuten de vulcanizacioacuten y C) estado de curado [66]

74

362 TERMOGRAVIMETRIacuteA

Es un ensayo destructivo mediante cuyo anaacutelisis se puede evaluar el cambio en la

masa de una muestra medida cuando aumenta la temperatura en una atmoacutesfera de

gas definida y se aplica principalmente para conocer la temperatura de

descomposicioacuten y la estabilidad teacutermica Para ello se utiliza un horno programable

y una balanza sensible que sigue el cambio de peso de la muestra en funcioacuten de la

temperatura

La teacutecnica utilizada para el desarrollo de este trabajo es termogravimetriacutea dinaacutemica

en donde la muestra se calienta en una atmoacutesfera habitualmente inerte y la

temperatura aumenta de modo predeterminado con velocidad lineal

Se trata de una teacutecnica especialmente adecuada para estudiar el curso de los

procesos de degradacioacuten de materiales polimeacutericos a traveacutes de la identificacioacuten de

los diferentes cambios que experimenta una muestra y la estimacioacuten de los

principales paraacutemetros cineacuteticos En la praacutectica la mayoriacutea de meacutetodos no

isotermos estaacuten basados en el programa dado por la foacutermula 38 [67]

119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38

donde T es la temperatura del horno del tiempo t 1198790 es la temperatura inicial y 120573 es

la velocidad de calentamiento constante

La curva resultante de cambio de masa en funcioacuten de la temperatura proporciona

informacioacuten respecto a la estabilidad teacutermica y la composicioacuten de la muestra inicial

de cualquier compuesto intermedio y del producto final si los hubiere

El ensayo se realizoacute con el equipo Mettler ndash Toledo moacutedulo TGA (el esquema se

puede ver en la Figura 320 bajo la norma ASTM E1131 [68] El equipo se encuentra

en el edificio de Laboratorios de Ingenieriacutea Quiacutemica de la Universidad Nacional de

Colombia sede Bogotaacute Para las pruebas se emplearon entre 10 a 50 mg de cada

muestra de caucho dispuestos en crisoles de aluacutemina la atmoacutesfera de nitroacutegeno a

un flujo de 50 mlmin la velocidad de calentamiento fue 10 degCmin desde 25 degC

hasta 1000 degC cada temperatura fue mantenida durante 5 min con el fin de eliminar

la humedad Se analizaron uacutenicamente las muestras 1379 y 10 debido al costo

que requeriacutea el ensayo

75

Figura 3 20 Esquema del analizador calorimeacutetrico TGA Mettler Toledo [67]

37 PROPIEDADES ELEacuteCTRICAS DEL CAUCHO

Habitualmente el caucho es un material aislante sin embargo las propiedades

eleacutectricas de los cauchos variacutean seguacuten el tipo de caucho utilizado Por ejemplo el

caucho butiacutelico posee propiedades eleacutectricas muy buenas El caucho neopropeno

es un aislante muy bueno el cual se utiliza para recubrir cables El NBR cuenta con

resistividad eleacutectrica reducida Existe otro tipo de poliacutemeros como el polietileno que

posee muy buenas propiedades eleacutectricas se emplea como hilo de conexioacuten cable

coaxial cable de comunicacioacuten hilo de liacutenea hilo de empalme cable de alta tensioacuten

entre otras aplicaciones [55]

Por otro lado el caucho en el proceso de vulcanizado puede contener diferentes

productos adicionales en la receta los cuales pueden cambiar las propiedades

eleacutectricas del caucho En esta investigacioacuten se produjo una mezcla a la cual se le

adicionoacute una proporcioacuten en peso de magnetita con el fin de cambiar las propiedades

eleacutectricas y magneacuteticas Se realizaron ensayos de conductividad eleacutectrica y anaacutelisis

de frecuencia

La hematita maghemita y magnetita son semiconductores pero la magnetita es la

que presenta casi todas las propiedades de los metales La conductividad de la

magnetita es casi metaacutelica con valores que oscilan entre 102 119910 103 Ωminus1119888119898minus1 En la

arista del octaedro compartido los iones de 1198651198902+ y 1198651198903+ en las posiciones

octaeacutedricas estaacuten muy cercanas y como resultado los huecos pueden migrar

faacutecilmente de 1198651198902+ y 1198651198903+ en los sitios octaeacutedricos que inhibe la deslocalizacioacuten

electroacutenica [11]

371 CONSTANTE DIELEacuteCTRICA

Los materiales dieleacutectricos son aquellos en los que no existen cargas libres a

diferencia de los conductores en los que existen electrones que pueden ser dirigidos

en una direccioacuten especiacutefica dentro del material bajo la influencia de un campo

76

eleacutectrico externo Por la anterior razoacuten se dice que los dieleacutectricos no conducen

electricidad [54]

Visto desde la teoriacutea de bandas los materiales dieleacutectricos son aquellos que poseen

una alta brecha de energiacutea (gap) esto es la separacioacuten en energiacutea entre la banda

de valencia y la banda de conduccioacuten es grande La energiacutea del gap en un dieleacutectrico

es alrededor de 10 eV

Consideramos en esta investigacioacuten dos placas conductoras dispuestas

paralelamente con una cierta separacioacuten sometidas a una diferencia de potencial

eleacutectrica La acumulacioacuten de carga en cada una de las laacuteminas cuando el sistema

ha llegado a su estado estacionario genera una capacitancia C Asiacute al introducir un

material dieleacutectrico en medio de las placas el campo eleacutectrico polariza los aacutetomos

del material de modo que en el interior del dieleacutectrico se produce un campo eleacutectrico

de polarizacioacuten opuesta al campo eleacutectrico externo (Figura 321) [69]

Figura 3 21 Las franjas amarillas representan las placas conductoras y la regioacuten sombreada representa el material dieleacutectrico el cual se polariza de acuerdo al campo eleacutectrico externo aplicado Figura modificada [69]

Para un material con polarizacioacuten homogeacutenea se le aplican diferentes voltajes como

se muestra en la Figura 322 y se tabulan las condiciones del voltaje sin material y

con material dieleacutectrico

77

Figura 3 22 El voltaje puede ser de un rango de 50 ndash 500 V Figura modificada [69]

Cuando ya se tiene una relacioacuten de cada uno de los voltajes se realiza la graacutefica de

1198810(cuando no hay material entre las placas) y 119881 (cuando se coloca el material entre

las placas) La pendiente de la recta al graficar 119881 vs 1198810 es el inverso de la constante

dieleacutectrica del material Ec 39

Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39

Sin embargo lo que el quipo mide es la capacitancia de un material a partir de

diferentes frecuencias dadas Partiendo de esto la capacitancia producida por una

geometriacutea de dos placas paralelas infinitas estaacute dada por la ecuacioacuten 310

119862 =119860 120598

119905 Ec 310

donde A es el aacuterea de las placas t la distancia de separacioacuten y 120598 es la constante

dieleacutectrica que se puede expresar en teacuterminos de la constante dieleacutectrica del vaciacuteo

1205980 (8854 times 10minus12[119865119898]) y la constante dieleacutectrica relativa entre el material y el

vaciacuteo 120598119877 Ec 311

120598 = 1205980 120598119877 Ec 311

Reemplazando en 310 se tiene 312

119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312

La geometriacutea de las placas que se usaron en el portamuestras posee un diaacutemetro

de 12 cm Despejando la constante dieleacutectrica se tiene la Ec 313[69]

120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313

El equipo utilizado es HP4194A Impedance gain ndash Phase Analyzer perteneciente

al Grupo de Fiacutesica de Nuevos Materiales Se utilizaron muestras de 3 mm de grosor

78

y 12 mm de diaacutemetro como se muestra en la Figura 323 Se realizoacute el ensayo a las

muestras 1379 y 10 identificando la constante dieleacutectrica a diferentes frecuencias

Figura 3 23 a) Equipo utilizado es HP4194A Impedance gain ndash Phase Analyzer b) Portamuestras c) muestras de cada

uno de los cauchos Fuente autor

372 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

En este ensayo se midioacute la resistividad del material con respecto a su volumen

Debido a que el elastoacutemero es un aislante eleacutectrico se requiere de un equipo

experimental especial para la medicioacuten de altas resistividades Este dispositivo debe

registrar la corriente eleacutectrica en funcioacuten del voltaje aplicado Para medir la

resistividad volumeacutetrica de la muestra el equipo cuenta con un accesorio MODEL

8009 resistivity test fixure que permite tomar medidas volumeacutetricas y superficiales

contempladas en la norma ASTM D 257 Para realizar la medida a la muestra se le

aplicoacute una diferencia de potencial a traveacutes de electrodos y el valor de corriente que

circula entre la muestra es la medida que se toma (Figura 324)

Figura 3 24 Esquema de conductividad volumeacutetrica del material [11]

79

El equipo utilizado es el electroacutemetro Keithley 6517ordf Para el desarrollo de este

trabajo se utilizoacute el accesorio MODEL 8009 resistivity test fixure (Figura 325) La

geometriacutea de las muestras fueron discos de 30 mm de espesor y 300 mm de radio

Se realizaron las medidas de todas las muestras siempre bajo la aplicacioacuten de un

voltaje de la fuente de 10 V y un rango de corriente de 20 mA aplicado durante 1

min debido a que en general los elastoacutemeros cuentan con una muy baja

conductividad eleacutectrica El equipo se encuentra en el Laboratorio de Fiacutesica de

Nuevos Materiales de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Figura 3 25 Equipo utilizado para medir conductividad volumeacutetrica Fuente autor

38 PROPIEDADES MAGNEacuteTICAS DEL CAUCHO

Se define como magnetismo el fenoacutemeno fiacutesico por medio del cual

los materiales tienen la capacidad de atraer o repeler a otros materiales o de

ejercer fuerzas de atraccioacuten o repulsioacuten sobre ellos El comportamiento

magneacutetico de un material depende de su estructura interna y en particular de

su configuracioacuten electroacutenica

El caucho vulcanizado y sin ninguacuten aditivo magneacutetico no cuenta con propiedades

magneacuteticas Pero el caucho magneacutetico ha empezado a instaurar en una aleacioacuten

por lo general de polvo de ferrita de estroncio muy cargado mezclado con caucho

sinteacutetico o PVC fabricado por extrusioacuten en diferentes formas o calandrado en

laacuteminas finas o en otro caso como se desarrolloacute en esta investigacioacuten que fue en

la mezcla inicial En algunos casos se puede introducir una orientacioacuten a traveacutes de

un campo magneacutetico externo La primera aplicacioacuten se remonta a los antildeos 60 y en

la actualidad las aplicaciones se han multiplicado desde el simple producto de

fijacioacuten hasta los productos maacutes teacutecnicos como motores o detectores con imanes

permanentes

Sin embargo la magnetita presenta una elevada magnetizacioacuten espontaacutenea de 480

kAm debido a su estructura de espinela inversa la cual hace referencia a la

80

capacidad que tienen los materiales ferromagneacuteticos y ferrimagneacuteticos de poseer

una importante magnetizacioacuten incluso en ausencia de un campo magneacutetico aplicado

externo (denominado remanente Mr) Este valor hace de la magnetita el material

maacutes magneacutetico que se encuentra en la naturaleza teniendo ademaacutes los mayores

valores de susceptibilidad magneacutetica La magnetita estaacute caracterizada por dos

temperaturas principales el punto de Curie y la transicioacuten de Verwey Para los

materiales ferrimagneacuteticos los movimientos teacutermicos atoacutemicos contrarrestan las

fuerzas de acoplamiento entre los dipolos adyacentes produciendo un

desalineamiento aun en ausencia de campo externo aplicado Al aumentar la

temperatura la magnetizacioacuten de saturacioacuten disminuye gradualmente hasta

descender a cero a la llamada temperatura de Curie (Tc) En esta temperatura las

fuerzas de acoplamiento de espiacuten son destruidas por la energiacutea teacutermica Asiacute pues

a temperaturas mayores que Tc los materiales ferromagneacuteticos y ferrimagneacuteticos

son paramagneacuteticos Para la magnetita la temperatura de Curie tiene lugar

aproximadamente a los 580 degC (853 K) [70] Por debajo de esta temperatura el

intercambio indirecto de electrones se lleva a cabo entre los cationes de Fe por

medio de los aacutetomos de oxiacutegenos generando en crecimiento en la magnetizacioacuten

espontanea [11]

381 MAGNETIZACIOacuteN

La magnetizacioacuten de un material ferrimagneacutetico se produce mediante el

ordenamiento magneacutetico de los dipolos en cuanto a direccioacuten se refiere Cuando a

un material se le aplica un campo magneacutetico externo los dominios tienden a

alinearse de forma que los dipolos quedan dirigidos en el mismo sentido que el

campo magneacutetico (Figura 326)

Figura 3 26 Alineacioacuten de los dipolos en direccioacuten al campo magneacutetico aplicado [71]

En el desarrollo de esta investigacioacuten la medicioacuten obtenida se realizoacute por medio del

campo aplicado constante mientras se variacutea la temperatura Para obtener el

momento magneacutetico de la muestra se utilizan las mediciones zero field cooling

(ZFC) y field cooling (FC) Para ZFC la muestra es primero enfriada en campo cero

de altas temperaturas a bajas temperaturas Luego se aplica un campo magneacutetico

y la magnetizacioacuten como funcioacuten de la temperatura es medida en el proceso de

calentamiento Mientras que la curva FC es obtenida enfriando la muestra a una

81

temperatura baja manteniendo el mismo campo magneacutetico y entonces se mide la

magnetizacioacuten conforme al aumento de la temperatura

Las medidas de magnetizacioacuten se realizaron en un magnetoacutemetro VersaLab 3

Tesla Cryogen-free PPMS (Physical Property Measuremento System) de Quantum

Desing [72] cuenta con una caacutemara criogeacutenica con un rango de temperatura de 50

a 400 K y un campo magneacutetico de plusmn3 T una resolucioacuten de 60 mOe con una

velocidad de respuesta de 01 a 300 Oes y una sensibilidad de lt10minus6 eum o 05

con un segundo promedio Cuenta con un sistema de temperatura y campo

magneacutetico variable que permite realizar variedad de mediciones automatizadas

Para el enfriamiento usa helio cuenta con un control constituido por un ordenador

que dirige los controladores encargados de la translacioacuten de la muestra las fuentes

de corrientes la dosificacioacuten del gas y demaacutes sistemas de instrumentacioacuten de

temperatura (figura 327) El equipo utilizado se encuentra en la Universidad

Pedagoacutegica y Tecnoloacutegica de Colombia sede Tunja a cargo del grupo de

investigacioacuten en Fiacutesica de Materiales [11- 72]

Figura 3 27 Esquema del equipo VersaLab 3 Tesla Cryogen-free PPMS (Physical Property Measuremento System) y la

varilla portamuestras [11- 72]

Para el desarrollo de esta investigacioacuten se utilizoacute un rango de temperaturas desde

50 hasta 320 K a un campo constante de 009 T y una frecuencia constante de 4002

Hz Soacutelo se midieron las muestras 1 3 7 9 y 10

82

CAPIacuteTULO 4 RESULTADOS Y DISCUCIONES

41 PROPIEDADES ESTRUCTURALES Y MORFOLOacuteGICAS

Despueacutes del proceso de vulcanizacioacuten en la caracterizacioacuten se inicioacute con la

caracterizacioacuten morfoloacutegica y estructural ensayo SEM y EDX para la composicioacuten

morfoloacutegica y el ensayo XRD para la caracterizacioacuten estructural Aunque los

cauchos son poco predecibles con respecto a su comportamiento (pueden ser

buenos resistentes teacutermicos y tener baja resistencia a la elasticidad) las

propiedades dependen en gran medida en la forma de mecanizado y de la

temperatura utilizada entre muchas otras opciones Aunque para el desarrollo de

estas muestras se utilizoacute una receta estaacutendar las propiedades estructurales y

morfoloacutegicas son las que corroboran dicha informacioacuten


Para observar la morfologiacutea la homogeneidad y la dispersioacuten del material

particulado (magnetita y ripio) de las muestras se utilizoacute la teacutecnica ldquomicroscopiacutea

electroacutenica de barridordquo paralelamente se tomaron espectros de EDX conforme se

explicaraacute en 422

Se tomaron imaacutegenes a las muestras No 1 3 7 9 y 10 (es preciso recordar que la

muestra 1 contiene 50 phr de magnetita y 0 phr de ripio de llanta la muestra 3

contiene 50 phr de magnetita y 10 phr de ripio de llanta la muestra 7 contiene 30

phr de magnetita y 30 phr de ripio de llanta la muestra 9 contiene 0 phr de magnetita

y 30 phr de ripio de llanta y la muestra 10 contiene 30 phr de magnetita y 30 phr de

ripio comuacuten) a dos diferentes aumentos 200 120583119898 y 10 120583119898 se tomaron dos medidas

de cada una en bulto y en ripio Adicionalmente se utilizoacute el programa Image J para

determinar el tamantildeo de la partiacutecula promedio la cual es 169 120583119898 esto se determinoacute

tomando 5 diferentes medidas de cada muestra adicionalmente tambieacuten se midioacute

la separacioacuten de las partiacuteculas dependiendo de la muestra Tabla 41 de las

imaacutegenes con aumentos de 10 120583119898 con 15 medidas diferentes La distancia entre las

partiacuteculas de magnetita afecta la respuesta eleacutectrica del material y la cantidad de

dopaje de magnetita afecta las propiedades magneacuteticas En adelante se presentan

unas tablas al lado de cada una de las imaacutegenes haciendo referencia a la cantidad

en phr de cada muestra con respecto a los materiales de estudio

Los resultados obtenidos se pueden observar en las figuras 41 42 de material en

ripio a 200 120583119898 y 10 120583119898 respectivamente y las figuras 43 y 44 del material en bulto

a 200 120583119898 y 10 120583119898 respectivamente

83

a) b)

c) d)

e)

Figura 4 1 Micrografiacutea SEM de muestras con diferentes cantidades de ripio de llanta magnetita y ripio comuacuten a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10 Aumento 120784120782120782120641119950

84

a) b)

c) d)

e)


Tabla 4 1 Distancia promedio de partiacuteculas de magnetita seguacuten la muestra

M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)

Figura 4 3 micrografiacutea SEM de muestras en bulto tomadas desde la superficie de la muestra a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10 Aumento 120784120782120782120641119950

86

a) b)

c) d)

e)

Figura 4 4 Micrografiacutea SEM de muestras en bulto tomadas desde la superficie de la muestra a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10 Aumento 120783120782120641119950

87

En las micrografiacuteas obtenidas mediante este ensayo se pueden observar y

diferenciar algunos aspectos

1 Matriz En las Figuras 41 y 42 se observa que la matriz es amorfa aunque

se utilizoacute ripio de llanta no se observa ninguacuten grano definido En las figuras

43 y 44 se observa homogeneidad en la matriz pero se adaptoacute a la forma

del molde cuando se vulcanizoacute la muestra Por lo que se concluye que la

matriz del material en su forma general es amorfa y moldeable

2 Magnetita En la Figura 45 se puede observar la comparacioacuten de la muestra

1 y la muestra 9 Se pueden observar las partiacuteculas de magnetita presentes

en la muestra 1 (sentildealizados en ciacuterculos rojos) y la ausencia de las mismas

en la muestra 9 La magnetita se distribuyoacute de manera uniforme alrededor de

la matriz y cuenta con diferentes tamantildeos de grano Adicionalmente el

acople que se generoacute entre la matriz y la magnetita es mecaacutenico es decir

que los materiales no se enlazan

a) b)

Figura 4 5 Comparacioacuten de las micrografiacuteas SEM a) muestra 1 y b) muestra 9 Aumento 120783120782120641119950 En los ciacuterculos rojos se sentildealizaron las partiacuteculas de magnetita presentes en la muestra 1

3 Ripio En la Figura 46 se observa la comparacioacuten de las muestras 7 y 10

Seguacuten esta imagen no existe diferencia evidente sobre la clase de ripio

utilizado no afecta en gran medida los resultados obtenidos ya que la textura

es similar como se observoacute en la Tabla 41 la distancia entre las partiacuteculas

es de unos pocos microacutemetros teniendo en cuenta que estas muestras

contienen la misma cantidad de magnetita Como se dijo en el Capiacutetulo 2 el

caucho utilizado para la matriz fue NBR el caucho que se utiliza en la

88

fabricacioacuten de llantas es SBR y el ripio de caucho de la muestra 10 tiene de

base NBR Ahora bien si observamos la figura 45 y obviamos la presencia

de magnetita podemos observar una textura similar de la matriz sin importar

que en la muestra 1 no hay presencia de ripio de llanta y que en la muestra

9 cuenta con 30 phr de ripio de llanta Por lo anterior se puede concluir que

el ripio vulcanizoacute en forma oacuteptima con la matriz terminando en una sola

mezcla y que tanto el NBR como el SBR vulcanizaron de igual forma

despreciando los compuestos estirenos y nitrilos conforme se puede

apreciar en la seccioacuten 441

a) b)


4 Impurezas En la micrografiacutea SEM de la muestra 9 Figura 47) a 10 120583119898 se

pueden observar diferentes impurezas en el material (sentildealizados en ciacuterculos

rojos) el ripio de llanta proviene de una llanta usada que fue afectada por el

ozono y diferentes temperaturas lo que conlleva a que el material no sea

completamente limpio

89

Figura 4 7 Micrografiacuteas SEM muestra 9 Aumento 120783120782120641119950 En los ciacuterculos rojos se sentildealizaron las impurezas de la mezcla

412 EDX (ENERGY DISPERSIVE X-RAY SPECTROSCOPY)

Con el objeto de estudiar la composicioacuten se efectuaron anaacutelisis EDX para todas las

muestras tanto en bulto como en ripio y en diferentes localizaciones de las mismas

baacutesicamente en la matriz y en la magnetita como se muestra en la Figura 48

(sentildealizados en ciacuterculos rojos) Por lo tanto de cada muestra se obtuvieron cuatro

resultados (gris bulto gris ripio punto blanco bulto y punto blanco ripio) Para el

presente trabajo se seleccionaron los mejores resultados

Figura 4 8 Micrografiacutea SEM de muestra 7 Aumento 120787120782120641119950 En los ciacuterculos rojos se sentildealizan una muestra de los lugares en los que se realizoacute el estudio

Muestra Ripio PHR Magnetita PHR

9 30 30

90

En cada uno de los resultados se da un valor del peso seguacuten el compuesto Sin

embargo no se puede generalizar dicha cantidad para el material debido a que soacutelo

se toma de muestra un aacuterea determinada no determina la composicioacuten total de la

muestra ya que la muestra no es homogeacutenea

Por cada muestra y se sacaron las siguientes conclusiones

bull Muestra 1 La toma gris (en ripio) es una referencia muy acertada a la

preparacioacuten de la mezcla es decir como se mostroacute en el Capiacutetulo 2 la

mezcla se compone de Fe Zn O S y Na el hierro es bastante elevado por

la cantidad de magnetita suministrada en esta muestra Se tienen impurezas

como Si y Ca con un aproximado de 389 de impurezas de la seccioacuten

mostrada sin embargo de la muestra (bulto) se obtuvieron impurezas de Al

Mg K y Cl en miacutenimas proporciones Si bien es un aacuterea muy pequentildea la que

se analizoacute se puede concluir que se realizoacute una mezcla homogeacutenea Esta

muestra contiene un miacutenimo de impurezas debido a su procedencia (no

contiene ripio de llanta)

bull Muestra 3 La toma gris (en ripio) a pesar de que en esta muestra contiene

50 phr de magnetita se observa que aun cuando es el material

predominante bajoacute el porcentaje con respecto a la muestra 1 Se tienen maacutes

impurezas debido al ripio Si Mg y Al con un aproximado de 1564 de

impurezas de la seccioacuten mostrada mientras que de la otra muestra (bulto)

secciones analizadas se obtuvieron impurezas de Ca Cl K y Ti en miacutenimas

proporciones Posiblemente la mezcla no fue muy homogeacutenea ya que el

porcentaje de magnetita deberiacutea ser mayor

bull Muestra 7 La toma gris (en ripio) contiene la proporcioacuten razonable de

magnetita de acuerdo a lo suministrado y tambieacuten impurezas de Si y Al en

un porcentaje significativo un aproximado de 1453 de impurezas en la

seccioacuten mostrada En la otra muestra (bulto) se obtuvio impurezas de Mg en

miacutenimas proporciones La mezcla en general fue superficialmente

homogeacutenea en las imaacutegenes micrograacuteficas pero con predominancia de

impureza

bull Muestra 9 La toma gris (en ripio) en los resultados se observa que no cuenta

con magnetita lo que es de esperarse por su composicioacuten sino que se tiene

un gran porcentaje de impurezas de Si y Cl con un aproximado de 1347

de impurezas en la seccioacuten mostrada Adicionalmente para la otra muestra

(bulto) se observoacute Fe y Al aunque el anaacutelisis en general muestra lo esperado

se observa gran cantidad de impurezas

91

bull Muestra 10 La toma gris (en ripio) en los resultados observados se

asemejan en gran medida a la muestra 7 la mezcla contiene la proporcioacuten

razonable de magnetita de acuerdo a lo suministrado contiene impurezas de

Si Al y Ca en un porcentaje significativo un aproximado de 1234 de

impurezas de la seccioacuten mostrada Para la otra muestra (bulto) se obtuvieron

impurezas de Na K y Mg en miacutenimas proporciones aunque el anaacutelisis en

general muestra lo esperado se observa gran cantidad de impurezas

a) b)

c) d)

92

e)

Figura 4 9 Resultados EDX para la matriz de caucho a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10

Posteriormente se analizaron los puntos blancos mostrados por las micrografiacuteas

SEM de cada una las muestras Figura 410 Se realizoacute revisioacuten de los dos resultados

(en ripio y en bulto) por cada muestra con resultados oacuteptimos debido al alto punto

de fusioacuten de la magnetita (1527 degC) ya que la temperatura de vulcanizacioacuten fue de

140degC por lo cual se esperaba que dichos puntos blancos correspondieran a

magnetita conforme se corroboroacute con los resultados

bull El mayor porcentaje de composicioacuten de dichos granos es magnetita

bull Debido a que se utilizoacute magnetita mineral se pueden presentar algunas

impurezas procedentes del precursor

bull En la muestra 9 se observa que el punto blanco observado no corresponde

a magnetita y esto se debe a su composicioacuten

bull En general los anaacutelisis muestran el mismo comportamiento (exceptuando la

muestra 9 ya explicado)

bull En todas las muestras se observoacute presencia de S y Zn elementos que fueron

utilizados en la preparacioacuten de las muestras

bull El tamantildeo de grano de dos puntos blancos fue mayor al general entre 50 120583119898

y 60 120583119898 aunque no habiacutea gran cantidad

93

a) b)

c) d)

e)

Figura 4 10 Resultados EDX para punto blanco a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10


Mediante la teacutecnica de difraccioacuten de rayos X y los difractogramas obtenidos se

realizoacute el anaacutelisis estructural de las muestras Las fases obtenidas variacutean seguacuten el

porcentaje de magnetita utilizado El anaacutelisis se efectuoacute mediante el software XacutePert

Highscore versioacuten 212 elaborado por Panalytical BV y la base de datos

Crystallography Open Database de la Universidad de Cambridge 2011

94

Como se observoacute en la seccioacuten 232 (Figura 217) en la seccioacuten 24 (Figura 219)

los patrones de difraccioacuten de los dopajes de estudio (ripio de llanta y magnetita

respectivamente) y la Figura 411 se toman como referencia para realizar el

respectivo anaacutelisis

Figura 4 11 Patroacuten de difraccioacuten del caucho NBR vulcanizado sin identificar los picos caracteriacutesticos de fase [73]

Se realizoacute el anaacutelisis mediante la comparacioacuten en cuatro formas diferentes

1) Muestra 1 (50 phr de magnetita y 0 phr de ripio) y 9 (0 phr de ripio de llanta y 50

phr de magnetita)

2) Comparacioacuten entre las muestras 1 2 3 4 y 5 (en donde la cantidad de ripio de

llanta variacutea de 0 a 30 phr y la magnetita permanece constante)

3) Comparacioacuten entre las muestras 5 6 7 8 y 9 (en donde la cantidad de magnetita

variacutea de 50 a 0 phr y el ripio de llanta permanece constante)

4) Comparacioacuten entre las muestras 7 y 10 (en donde variacutea el tipo de ripio utilizado

y la magnetita permanece constante)

Como se puede observar en la Figura 411 el difractograma del caucho NBR tiene

fase amorfa con un pequentildeo porcentaje de fase cristalina entre 2120579 = 30deg minus 45deg

que corresponden al patroacuten de difraccioacuten del oacutexido de zinc que tambieacuten se puede

observar en la figura 217 Asiacute entonces procedemos con la Figura 412 que

corresponde a la PRIMERA COMPARACIOacuteN

95

a)

b)

Figura 4 12 Patrones de difraccioacuten a) Muestra 1 (las liacuteneas purpura hacen referencia a la fase cristalina del oacutexido de zinc mientras que las liacuteneas azules hacen referencia a la fase cristalina de la magnetita) b) Muestra 9 (las liacuteneas azules hacen

referencia a la fase cristalina del oacutexido de zinc)

Como se puede observar en la Figura 412 y en comparacioacuten con los patrones

anteriormente mostrados en las Figuras 411 y 217 se observa la fase cristalina

del ZnO Adicionalmente en la Figura 412 a) se observa tambieacuten la fase de

magnetita es decir que en este patroacuten se observan tres fases dos cristalinas y una

96

amorfa (la del caucho) Asiacute mismo en la Figura 412b) la cual no contiene

magnetita se observa igualmente la fase cristalina que aporta el activador en la

mezcla identificaacutendose dos fases una fase amorfa y la otra cristalina Se puede

identificar la fase amorfa por dos razones 1) el caucho es un compuesto orgaacutenico y

2) no se pudieron identificar todos los picos de los difractogramas Se observa el

porcentaje que para la muestra 9 el porcentaje de cristalinidad aumenta

significativamente con respecto a la muestra 1

SEGUNDA COMPARACIOacuteN muestras 1 2 3 4 y 5 Como se muestra en la Figura

413 en los patrones de difraccioacuten se mantienen sus tres fases en este caso la fase

de rojo es la fase de la magnetita (debido a que el objeto de estudio no es el oacutexido

de zinc no se hizo distincioacuten sobre esto) Como se puede observar la intensidad

de los picos cristalinos disminuye de acuerdo a la cantidad de ripio que se le

suministroacute a la muestra lo que indica disminucioacuten de cristalinidad Sin embargo la

forma del difractograma no dista mucho uno de otro

97

Figura 4 13 Patrones de difraccioacuten a) Muestra 1 b) Muestra 2 c) Muestra 3 d) Muestra 4 y e) Muestra 5

TERCERA COMPARACIOacuteN muestras 5 6 7 8 y 9 Como se observa en la Figura

414 el aporte de la magnetita en los difractogramas es evidente ya que desde la

muestra 5 hasta la muestra 9 se observa una progresiva disminucioacuten de los picos

de la magnetita hasta que en la muestra 9 no hay presencia de los mismos se

observa un incremento de cristalinidad de las muestras en tanto menos magnetita

contenga se observa coacutemo se suaviza la graacutefica y se hacen maacutes notorios los picos

del oacutexido de zinc

98


CUARTA COMPARACIOacuteN muestras 7 y 10 En la Figura 415 se observan las tres fases en el patroacuten de difraccioacuten se distingue completamente la fase amorfa Las intensidades de las dos muestras no son muy diferentes variacutean un poco en la fase amorfa los patrones de difraccioacuten son muy similares esto debido a que aunque se utilizoacute de refuerzo dos ripios diferentes NBR y SBR las cadenas polimeacutericas de estos dos tipos se componen baacutesicamente de los mismos aacutetomos

99

Figura 4 15 Patrones de difraccioacuten a) Muestra 7 y b) Muestra 10

42 PROPIEDADES MECAacuteNICAS DEL CAUCHO [74]

Las propiedades mecaacutenicas para los dos ensayos se realizaron en las mismas

condiciones Es preciso mencionar que para estas propiedades no se pueden

generalizar los resultados debido a que cambian de acuerdo a las condiciones

experimentales y (como se observoacute) de acuerdo al tipo de ripio utilizado Ahora

bien las propiedades mecaacutenicas (para una completa caracterizacioacuten) deben ser

profundizadas con el ensayo de desgaste abrasivo En todo caso el caucho se

comportoacute como un caucho de vulcanizacioacuten suave Para el resultado oacuteptimo de los

ensayos mecaacutenicos se deben tener en cuenta aspectos como una buena

vulcanizacioacuten cantidad de azufre que se le adicionoacute a la mezcla y una mezcla

homogeacutenea

100

421 DUREZA

Este es un ensayo simple raacutepido no destructivo y no hay necesidad de elaborar

probetas de forma especial se tomoacute la muestra en tres puntos diferentes como se

muestra en la Tabla 42

De los resultados presentados en la Tabla 41 se puede inferir que en las muestras

4 y 6 se obtuvieron los mismos resultados para las tres posiciones lo que induce a

una mezcla homogeacutenea En este ensayo una diferencia significativa de dureza se

produce cuando la distancia de las manecillas sobrepasa los 5deg por lo que la

diferencia de dureza de las muestras no es muy significativa y las muestras se

catalogan como medio blandos En este caso la cantidad de magnetita suministrada

aunque hace parte de la mezcla no contribuye en gran medida a la dureza del

material esta propiedad se atribuye maacutes al proceso de vulcanizacioacuten Se realizoacute

una comparacioacuten de las primeras 5 muestras (en las que variacutea el ripio) conforme

se muestra en la Figura 416

Muestra Shore A Tolerancia Shore A Tolerancia Shore A Tolerancia Dureza T

1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101

Figura 4 16 Resultados dureza Shore A para las muestras 1 2 3 4 y 5 en las que variacutea el ripio de llanta

En la figura 416 se pueden observar los resultados de las primeras cinco muestras

del ensayo (en donde el ripio variacutea) Se puede observar la tendencia entre maacutes ripio

contenga la muestra maacutes blando es el material La muestra 5 deberiacutea ser la muestra

maacutes blanda ya que tiene 30 phr de ripio en comparacioacuten al resto sin embargo es

maacutes duro que la muestra 4 la que contiene 20 phr de ripio


En la Figura 417 se puede observar una tendencia que a mayor magnetita

contenga la mezcla maacutes duro se vuelve el material Adicionalmente se pueden

comparar las muestras 10 y 7 que contienen la misma cantidad de magnetita y de

ripio (diferenciando el ripio comuacuten y el ripio de llanta) Seguacuten los resultados

obtenidos como se muestra en la Tabla 42 se observa que la mezcla 7 (ripio de

llanta de base SBR) es maacutes dura que la mezcla 10 (ripio comuacuten a base NBR) Estos

resultados entre 49deg y 546deg se encuentran en el liacutemite entre elastoacutemeros medio

blandos (goma de borrador) y medio duros (llantas)

102

422 ENSAYO DE TENSIOacuteN DEFORMACIOacuteN

En la Tabla 42 se observan los resultados del ensayo de tensioacuten deformacioacuten para

las 10 muestras El aacuterea transversal de todas las muestras es 18 1198981198982 tal como lo

requiere la norma ASTM D412-15a El ensayo se realizoacute a temperatura ambiente

Fuerza maacutexima

Distancia maacutexima

Esfuerzo maacuteximo

Maacutexima deformacioacuten

Moacutedulo de Young

Unidades N mm Nmm2 Nmm2

Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147

Tabla 4 3 Resultados del ensayo de traccioacuten para las 10 muestras a temperatura ambiente

En la Figura 418 se observa un comparativo general de todas las muestras El

comportamiento de este ensayo en los cauchos no se correlacionan con la dureza

del material debido a que las cadenas polimeacutericas de los cauchos al ejercer alguna

fuerza externa de compresioacuten la fuerza se distribuye afectando gran parte de las

cadenas mientras que si la fuerza es de tensioacuten las cadenas se organizaran de tal

forma que se epiezan a desenrollar y a estirar solamente en el punto en el que se

estaacute ejerciendo la fuerza de tensioacuten y asiacute hasta llegar a la rotura Esto se pudo

compprobar con por ejemplo la muestra 10 la cual tiene una deformacioacuten mayor al

300 y 50deg de dureza Shore A (estaacute en promedio del total de las muestras) Seguacuten

la Figura 418 se puede observar que la cantidad de magnetita suministrada si

influye en el comportamiento elaacutestico del material ya que como se observa en la

muestra 1 fue la que menor deformacioacuten llegoacute a resistir hasta llegar al liacutemite de la

rotura El liacutemite de fluencia elaacutestico para todas las muestras es praacutecticamente el

mismo el alargamiento es uniforme por tanto la resistencia a la traccioacuten es

proporcional a la deformacioacuten El tipo de ripio utilizado en las muestras difiere en las

propiedades mecaacutenicas comparando las muestras 7 y 10 se puede observar que

la muestra 7 tiene 3 veces menos elasticidad que la muestra 10 Es decir que el

ripio de llanta usada no conserva las mismas propiedades elaacutesticas que el NBR

vulcanizado debido a la exposicioacuten al ozono y a diferentes temperaturas y formas

de desgaste

103

Figura 4 18 Resultados del ensayo de traccioacuten para las diferentes muestras

Adicionalmente se analizaron por separado dos grupos de muestras grupo 1) variacutea

la cantidad de ripio y contiene 50 phr de magnetita y grupo 2) variacutea la cantidad de

magnetita y contiene 30 phr de ripio Figura 419

Figura 4 19 Comparacioacuten de resultados a) variando la cantidad de ripio muestras 1 2 3 4 y 5 y b) variando la cantidad de magnetita muestras 5 6 7 8 y 9

Como se puede observar en la Figura 419 a) el moacutedulo de Young disminuye en

cuanto menor cantidad de ripio se incluya en la mezcla Esto quiere decir que el ripio

de llanta habiacutea cambiado de propiedades mecaacutenicas debido a la transicioacuten viacutetrea a

la que se expuso durante su uso Ahora bien en la Figura 419 b) de la misma forma

y debido a la naturaleza de la magnetita (material cristalino) entre maacutes cantidad de

magnetita contenga la muestra mayor moacutedulo de Young y menor elongacioacuten va a

tener la muestra Al hacer la revisioacuten del cuello de la probeta todos se observaron

104

con las mismas caracteriacutesticas no cambioacute ni el aacuterea ni la apariencia de ninguna ni

las muestras

43 COMPORTAMIENTO TEacuteRMICO

Mediante el anaacutelisis teacutermico se evaluaron las propiedades fiacutesicas o quiacutemicas de un

material al ser sometido a un programa de temperaturas controlado

Adicionalmente se observoacute queacute tan bueno o no quedoacute la formulacioacuten yo los aditivos

que se mezclaron Estos dos ensayos para el desarrollo de nuevos elementos en

produccioacuten son muy uacutetiles realizarlos ya que se pueden ver propiedades como

estabilidad del caucho y resistencia teacutermica

431 REOMETRIacuteA

Aquiacute se va a determinar en queacute momento y con cuaacuteles condiciones de vulcanizado

se presenta mayor entrecruzamiento de las cadenas El entrecruzamiento de las

cadenas puede ser estudiado mediante las curvas reomeacutetricas que muestran entre

otros valores el tiempo de los entrecruzamientos y el grado de reticulacioacuten que se

obtiene una vez terminado el proceso Dichas curvas se ven afectadas por el tipo

de elastoacutemero [75] Un buen proceso de vulcanizacioacuten se entiende cuando 1 La

estabilidad a mayor torque mejora la reticulacioacuten de los enlaces entre cadenas

(como factor principal) 2 El tiempo para alcanzar la estabilidad es corto 3

Encuentra estabilidad y 4 Entre menor reversioacuten presentado mejor el proceso

Se realizaron tres comparaciones diferentes 1) variacutea la cantidad de ripio contiene

50 phr de magnetita 2) variacutea la cantidad de magnetita y contiene 30 phr de ripio y

3) comparacioacuten entre la muestra 7 y 10 con diferente tipo de ripio Las condiciones

bajo las cuales se realizoacute el ensayo son las siguientes se dejoacute por un total de 10

minutos hasta estabilizar el curado a temperatura de 150 degC El sistema permite la

separacioacuten del par de fuerzas (S) en dos componentes elaacutestica (Srsquo) y viscosa (Srsquorsquo)

Se toma como curva de vulcanizacioacuten la representacioacuten graacutefica de Sacute en funcioacuten del

tiempo Las unidades para expresar el par de fuerzas son Nmiddotm aunque suelen

utilizarse en dNmiddotm para reflejar valores enteros del par de fuerzas [76]

En la Figura 420 se pueden observar las curvas reomeacutetricas de la primera

comparacioacuten

105

Figura 4 20 Curvas reomeacutetricas para las diferentes muestras 1 2 3 4 y 5

Tanto en la Figura 420 como en la Tabla 44 se puede observar que la muestra 5

presentoacute el mejor proceso de vulcanizacioacuten (maacutes corto el tiempo de vulcanizacioacuten

es muy poca la reversioacuten que presenta y la estabilidad se encuentra en un alto

torque) el resultado que no presentoacute un buen proceso de vulcanizacioacuten (en

comparacioacuten con las muestras) fue la muestra 1 ya que cuenta con mayor reversioacuten

y la estabilidad la encuentra en un torque bajo Por lo que en este patroacuten se puede

concluir que entre mayor ripio cuenta la muestra mejor el proceso de vulcanizacioacuten

Tabla 4 4 Resultados de la reometriacutea de la primera comparacioacuten Srsquo max (dNm) se refiere al torque maacuteximo que se le ejercioacute a la muestra antes de su estabilidad de vulcanizacioacuten Srsquofinal (dNm) se refiere al torque en el que el proceso de vulcanizacioacuten encuentra estabilidad reversioacuten se explica maacutes adelante y t90 (min) se refiere al tiempo que transcurrioacute antes de completar el proceso de vulcanizado

En la Figura 421 se pueden observar las curvas reomeacutetricas de la segunda

comparacioacuten

106


En este caso el mejor comportamiento reomeacutetrico es de la muestra 7 ya que el

torque que encontroacute en la estabilidad es mucho mayor al resto de muestras Se

puede observar que (Tabla 5) en este caso donde disminuye la cantidad de

magnetita la muestra 5 no obtuvo los mejores resultados (en comparacioacuten con la

Figura 420) es decir que en el proceso de vulcanizacioacuten si afecta en gran medida

la cantidad de magnetita suministrada

Tabla 4 5 Resultados de la reometriacutea de la segunda comparacioacuten Srsquo max (dNm) se refiere al torque maacuteximo que se le ejercioacute a la muestra antes de su estabilidad de vulcanizacioacuten Srsquofinal (dNm) se refiere al torque en el que el proceso de vulcanizacioacuten encuentra estabilidad reversioacuten se explica maacutes adelante y t90 (min) se refiere al tiempo que transcurrioacute antes de completar el proceso de vulcanizado

En la Figura 422 se pueden observar las curvas reomeacutetricas de la tercera

comparacioacuten

107

Ahora bien en la comparacioacuten de los dos ripios diferentes aunque hay ciertas

diferencias entre los dos comportamientos como se observa en la Figura 422 y la

Tabla 46 el torque que soportan es muy similar hay muy poca reversioacuten en la

muestra 7 dista en el tiempo de vulcanizacioacuten sin embargo se observa que aunque

se obtuvieron diferencias evidentes por las propiedades eleacutectricas y magneacuteticas se

concluye que es por la diferencia de los materiales y sus caracteriacutesticas intriacutensecas

ya que el proceso de vulcanizacioacuten en las dos muestras fue muy bueno

Tabla 4 6 Resultados de la reometriacutea de la tercera comparacioacuten Srsquo max (dNm) se refiere al torque maacuteximo que se le ejercioacute a la muestra antes de su estabilidad de vulcanizacioacuten Srsquofinal (dNm) se refiere al torque en el que el proceso de vulcanizacioacuten encuentra estabilidad reversioacuten se explica maacutes adelante y t90 (min) se refiere al tiempo que transcurrioacute antes de completar el proceso de vulcanizado

Se puede observar que en general los cauchos encontraron una buena estabilidad

de vulcanizacioacuten para un tiempo maacuteximo de 75 min lo que al comparar con el

proceso de vulcanizacioacuten podemos decir que todas las mezclas obtuvieron un buen

resultado de vulcanizacioacuten y en la mayoriacutea de muestras la reometriacutea obtuvo un

porcentaje miacutenimo de reversioacuten (Ec 41)

Srsquo max (dNm) minus Srsquo final (dNm) = reversioacuten Ec 41

La reversioacuten se refiere a la estabilidad que tiene el proceso de vulcanizado en una

muestra Por las caracteriacutesticas expuestas la muestra que tuvo mejor estabilidad

en el proceso es la muestra 10 sin grado de reversioacuten lo que indica que el ripio de

caucho comuacuten tiene mejor estabilidad de vulcanizacioacuten que las otras muestras Es

decir que en la estabilidad del proceso interfieren el tipo de ripio utilizado y la

Figura 4 22 Curvas reomeacutetricas para las diferentes muestras 7 y 10

108

magnetita Con respecto al tiempo no existe tendencia alguna porque los cauchos

se vulcanizan a su naturaleza

432 TERMOGRAVIMETRIacuteA (TGA)

La estabilidad teacutermica de las muestras tambieacuten se evaluoacute usando el anaacutelisis

termogravimeacutetrico TGA las condiciones del ensayo fueron temperaturas en un

rango desde 25degC hasta 1000degC velocidad de calentamiento 10degCmin muestra de

20mg atmoacutesfera de nitroacutegeno con flujo de 50mlmin Este ensayo se realizoacute a las

muestras 1 3 7 9 y 10 siguiendo los paraacutemetros de la norma ASTM E 1131 [68]

Las graacuteficas de los resultados se observan en la figura 423 En color rojo azul y

amarillo se encuentra el cambio de peso con respecto a la temperatura

a)

b)

c)

109

d)

e)

Figura 4 23 Curvas termogravimeacutetricas para las diferentes muestras a) muestra 1 b) muestra 3 c) muestra 7 d) muestra

9 y e) muestra 10

En la Tabla 47 se encuentran el porcentaje del peso calcinado por cada una de las

muestras analizadas Los resultados se pueden clasificar en 4 diferentes grupos

dependiendo de la temperatura

El primero se denomina volaacutetiles medios con rangos de temperaturas entre 100 a

300degC

El segundo se denomina altos volaacutetiles con rango de temperatura entre 330 a

510degC

El tercer grupo son materiales que hacen piroacutelisis a temperaturas entre 870 a

1000degC

El cuarto grupo son materiales que se calcinan a temperaturas mayores a 1000degC

110

Como nos podemos dar cuenta en la Figura 424 es un comparativo de las 5

muestras En el primer rango el rojo se calcinan los aceleradores (TMTD y CBS) y

el DSC [78 - 79] en el rango azul se encuentran materiales como el caucho el

aacutecido esteaacuterico y el plastificante por uacuteltimo a temperaturas mayores el amarillo

generalmente se asocia al residuo obtenido despueacutes de la degradacioacuten termo ndash

oxidativa es decir a las cenizas de los materiales ya calcinados o residuos de las

mezclas [84] y a temperaturas mayores a 1000degC se calcinan los materiales

cristalinos la magnetita y el oacutexido de zinc por lo tanto el rango de trabajo del

material debe ser por debajo de temperaturas de 330degC ya que la matriz es la que

se calcina

Figura 4 24 Resultados del ensayo termogravimeacutetrico

MUESTRA EVENTO INTERVALO DE TEMPERATURA

(degC)

VALOR (P)

1 Volaacutetiles medios 20068 ndash 31574 338

Altos volaacutetiles 33193 ndash 50070 5477

Piroacutelisis 8811 ndash 98076 334














111

44 COMPORTAMIENTO ELEacuteCTRICO

La adicioacuten de magnetita a una matriz polimeacuterica mejora en general las propiedades

eleacutectricas Al realizar esta caracterizacioacuten es notable en los dos ensayos la

contribucioacuten eleacutectrica que hace la magnetita en el material Con estos ensayos se

pretende establecer los criterios del material para poder focalizar sus posibles usos

Para las propiedades eleacutectricas es preciso aclarar que la distribucioacuten de las

partiacuteculas de magnetita y la distancia de las partiacuteculas dentro del material juegan

un papel muy importante en la respuesta eleacutectrica En general en la realizacioacuten de

los ensayos no se tuvo ninguna anomaliacutea

441 ANAacuteLISIS DE FRECUENCIA

En el ensayo de la determinacioacuten de la constante dieleacutectrica se utilizaron unas

probetas de forma ciliacutendrica de altura 3 mm y 12 mm de diaacutemetro el ensayo se

realizoacute a las muestras 1 3 7 9 y 10 en el ensayo de anaacutelisis de frecuencias que

se mide a un material dieleacutectrico es a frecuencias altas mayores a 1000Hz ya que

a frecuencias menores el material no responde porque no hay un estiacutemulo

significativo para una respuesta del material lo que se observa antes de los 1000Hz

son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70


En la Figura 425 se presentan los resultados obtenidos de la constante dieleacutectrica

de cada una de las muestras a bajas y altas frecuencias Se puede observar que

para las 5 muestras la constante dieleacutectrica disminuye a frecuencias muy altas Esto

es debido a que el voltaje aplicado hace que el campo eleacutectrico cambie muy raacutepido

con respecto a los efectos que puede tener la polarizacioacuten del material en las bajas

frecuencias las partiacuteculas al ser polarizadas siguen el cambio del campo eleacutectrico

de tal manera que hacen que el material tenga el valor maacuteximo de la constante

dieleacutectrica En bajas frecuencias las partiacuteculas al ser polarizadas siguen el cambio

del campo eleacutectrico de tal manera que hacen que el material tenga el valor maacuteximo

de la constante dieleacutectrica [81]

Tabla 4 8 Valor de la constante dieleacutectrica para las diferentes muestras dependiendo de la frecuencia

Como se puede observar en la Tabla 48 la contribucioacuten que hace el ripio de llanta

es bastante considerable se realizoacute la comparacioacuten entre los dos tipos de ripio de

las muestras 7 y 10 Mientras la muestra 7 a frecuencias mayores a 5MHz es mayor

que la muestra 10 a frecuencias menores a 5MHz es menor que la muestra 10 En

este caso las propiedades dieleacutectricas de las muestras 7 y 9 son mucho mejores

que todo el resto de muestras aumentando la capacitancia en el caso de un

condensador dieleacutectrico Por otro lado la contribucioacuten de la magnetita es evidente

afectando la respuesta del dieleacutectrico

MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)

CONSTANTE DIELECTRICA

119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113

Si bien todas las muestras contienen adicionalmente ZnO no se podriacutea generalizar

que este material contribuye en la conductividad porque despueacutes de la vulcanizacioacuten

dicho material cambia sustancialmente sus propiedades

En la muestra 1 se observa el efecto de la magnetita sobre la constante dieleacutectrica

correspondiente para valores mayores tanto a altas como a bajas frecuencias (ver

Tabla 48) con respecto a las demaacutes lo cual indica su contribucioacuten al

comportamiento de las cargas

En general se puede decir que la influencia de la frecuencia al aumentar hace que

la constante dieleacutectrica disminuya esto debido principalmente a la dispersioacuten

dieleacutectrica que sucede en cada una de las muestras al variar su composicioacuten y al

proporcionar diferentes porcentajes de ripio de llanta y mezclarlos con magnetita


Se realizoacute el anaacutelisis de resistividad eleacutectrica por medio del electroacutemetro Keithley

6517ordf La corriente fue suministrada por medio de dos electrodos que estaacuten en

contacto con la muestra es decir que la corriente circula a traveacutes de la muestra en

un rango volumeacutetrico El ensayo se realizoacute a temperatura ambiente con una

corriente de 20 mA y un voltaje de 100 V Se hace comparacioacuten de los datos en tres

secciones diferentes muestras 1 2 3 4 y 5 en donde el porcentaje de magnetita

es el mismo muestras 6 7 8 y 9 donde la cantidad de ripio es el mismo y

posteriormente la muestra 10 se compara con la muestra 7

Figura 4 26 Resistividad volumeacutetrica en funcioacuten de la cantidad de ripio de llanta todas las muestras con 50phr de magnetita

114

En la Figura 426 se puede observar que hay aumento de resistividad volumeacutetrica

en funcioacuten del ripio de llanta lo cual obedece a las condiciones naturales ya que el

ripio no es un material conductor Se puede observar que realmente la resistividad

volumeacutetrica es ligeramente diferente ya que cuando se compara la resistividad

volumeacutetrica de los materiales las apreciaciones considerables se dan cuando los

resultados distan en varios oacuterdenes de magnitud [80] Sin embargo al comparar con

la literatura acerca de la resistividad volumeacutetrica del caucho NBR vulcanizado [82 -

74] se observan diferentes rangos superiores a 3x1013 Ω119888119898 dependiendo de la

foacutermula Ahora bien el rango de las muestras estudiadas estaacute entre 98x109 Ω119888119898

hasta 102x1010 Ω119888119898 debido a la presencia de magnetita en la muestra En la

muestra 3 se observa que eacutesta es maacutes conductiva que la muestra 4 y que se

comporta de manera particular con respecto a las otras muestras lo cual puede ser

debido a que la mezcla no hubiese quedado suficientemente uniforme

Figura 4 27 Resistividad volumeacutetrica en funcioacuten de la cantidad de magnetita todas las muestras con 30phr de ripio de llanta

Ahora bien en la Figura 427 se observa el comportamiento eleacutectrico en funcioacuten de

la cantidad de magnetita Aunque se observa mayor conductividad para las

muestras con mayor phr de magnetita esta resistividad no deja de ser alta en

comparacioacuten con otros materiales A la resistividad pueden contribuir factores como

la distribucioacuten de las partiacuteculas de fase conductiva dentro de una matriz elastoacutemera

asiacute como la interconectividad de las mismas Mediante las imaacutegenes SEM tomadas

se puede observar como las brechas que separan las partiacuteculas se hacen maacutes

pequentildeas en la medida que se aumenta el porcentaje en volumen de la magnetita

(Figuras 41 - 42) La disminucioacuten de estos espacios garantiza que las partiacuteculas

queden maacutes proacuteximas con pequentildeas brechas entre ellas y con puntos de contacto

formando caminos conductivos por donde la carga puede migrar de una partiacutecula

115

vecina de magnetita a otra Por el contrario una baja dispersioacuten de partiacuteculas

garantiza una resistividad alta al no haber caminos conductivos disponibles para la

circulacioacuten de carga eleacutectrica

En relacioacuten con las muestras 7 y 10 la resistividad eleacutectrica es 112x1010 Ω119888119898 y

109x1010 Ω119888119898 respectivamente una variacioacuten muy ligera a lo que se puede

concluir que no depende del tipo de ripio utilizado

45 COMPORTAMIENTO MAGNEacuteTICO

Los cauchos no son conductores eleacutectricos ni magneacuteticos por naturaleza Para

adquirir estas propiedades en este trabajo de grado se desarrolloacute un material

dopado con magnetita pero a diferencia de las propiedades eleacutectricas el material

puede presentar ordenamiento magneacutetico dependiendo del tipo de material de

dopaje ya que las propiedades magneacuteticas macroscoacutepicas de los materiales son

producto de los momentos magneacuteticos asociados a los electrones individuales

mientras que para las propiedades eleacutectricas se necesita una ruta para conducir los

electrones por lo tanto la electricidad depende de la distancia entre las partiacuteculas

conductoras y de la cantidad de dopaje del material La dependencia de la

magnetizacioacuten en funcioacuten de la temperatura se realizoacute para las muestras 1 37 9 y

10 entre los -22315degC y los 2685degC bajo las condiciones de ZFC y FC por sus

siglas en ingleacutes zero-field-cooled y field cooled respectivamente


El ensayo del momento magneacutetico en funcioacuten de la temperatura se realizoacute para las

muestras 1 3 7 9 y 10 en presencia de una intensidad del campo magneacutetico de

1000 Oe La idea de este ensayo es mostrar queacute tan magneacutetico es el material a

diferentes temperaturas Si hay una anisotropiacutea fuerte aumentariacutea a bajas

temperaturas y por lo tanto el campo para la saturacioacuten magneacutetica se hariacutea muy

grande Sin embargo si la muestra se enfriacutea en presencia del campo magneacutetico las

cosas se vuelven diferentes ya que los dipolos tienen menos posibilidades de

desorientarse por lo que bajo esta condicioacuten se logra la saturacioacuten magneacutetica [83]

Como se mencionoacute en el capiacutetulo 381 la muestra se expone primero a un proceso

de enfriamiento en ausencia de campo en lo que se conoce como procedimiento

ZFC (liacuteneas de color) Posteriormente se aplica el campo magneacutetico y la

magnetizacioacuten como funcioacuten de la temperatura es medida en el proceso de

calentamiento De otra parte la curva FC (la liacutenea negra) es obtenida enfriando la

muestra en presencia de campo magneacutetico y entonces se mide la magnetizacioacuten

conforme al aumento de la temperatura En la Figura 428 se observan los

resultados del ensayo El punto maacutes alto con respecto al momento magneacutetico se

116

refiere a la temperatura de Curie es en donde todos los spines se me ordenan y

empieza a haber un cambio de fase de paramagneacutetico a ferrimagneacutetico

Figura 4 28 Momento magneacutetico en funcioacuten de la temperatura para las diferentes muestras a) muestra 1 b) muestra 3 c)

muestra 7 d) muestra 9 y e) muestra 10 FC (Field cooling) ZFC (zero field cooling)

117

La Figura 429 es un comparativo del momento magneacutetico la diferencia de la

distancia entre las curvas (como lo sentildealan las flechas rojas) se debe a el

ordenamiento de las partiacuteculas de magnetita dispersas por la muestra es decir si

los espines se orientan de la misma forma que el flujo magneacutetico esta brecha de

separacioacuten de las curvas deberiacutea ser maacutes angosta Ahora bien este material estaacute

magnetizado desde el inicio ya que la curva no tiene separacioacuten y estaacute cumpliendo

con su ciclo de histeacuteresis Por otro lado se observa la contribucioacuten al momento

magneacutetico que le da la magnetita y la contribucioacuten de la diferencia de ripio ya que

como se observa la diferencia de la muestra 7 y 10 es notoria soacutelo variando el ripio

esto se debe a que el ripio de llanta tiene otros elementos como el negro de humo

que pueden contribuir a el ordenamiento de los spines Este material bajo estas

caracteriacutesticas magneacuteticas se suelen utilizar como filtros magneacuteticos para

condiciones extremas de uso

Figura 4 29 Momento magneacutetico de las muestras 1 3 7 9 y 10 y tabla de comparacioacuten de los resultados dependiendo de la muestra

Ahora bien se puede distinguir un incremento en el momento magneacutetico en el

material al aumentarse la cantidad en phr de magnetita teniendo mayor momento

magneacutetico la muestra 1 y la de menor momento magneacutetico la muestra 9 Tabla 49

MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)

MOMENTO MAGNEacuteTICO

(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329

Tabla 4 9 Tabla de resultados del momento magneacutetico de las muestras en funcioacuten de la temperatura

118

La informacioacuten referente a los maacuteximos momentos magneacuteticos (M) y las

temperaturas (T) a las cuales eacutestos tienen lugar (asociados a la transicioacuten de

Verwey [80]) se pueden observar en la Figura 429 Por otro lado los

comportamientos magneacuteticos de los compuestos de matriz de caucho y dopados

con magnetita se pueden describir como un comportamiento ferromagneacutetico ya

que estudios que se han realizado [83] describen curvas de histeacuteresis que sugieren

la aplicacioacuten de los materiales compuestos en imanes flexibles

En la figura 426 el comportamiento ferromagneacutetico puede inferirse al analizar la

curva FC donde se observa que al disminuir la temperatura el momento magneacutetico

aumenta hasta alcanzar un maacuteximo cerca de la temperatura de Curie para la cual

el material deja de ser paramagneacutetico y se torna ferromagneacutetico Entretanto el

sistema no permanece con este valor maacuteximo de momento magneacutetico sino que

revela un pequentildeo decrecimiento relacionado con la presencia de un cierto nuacutemero

no predominante de espines magneacuteticos alineados en oposicioacuten a la presencia del

campo externo en lo que podriacutea catalogarse como una tendencia al

ferrimagnetismo Finalmente se observa una diferencia muy grande entre las

curvas ZFC y FC a bajas temperaturas las cuales soacutelo se juntan en un punto

conocido como temperatura de irreversibilidad La ocurrencia de esta irreversibilidad

es tiacutepica de los materiales con alguacuten tipo de anisotropiacutea magneacutetica que tiene lugar

a causa de la disposicioacuten no ordenada de las partiacuteculas de magnetita dentro de la

mezcla asiacute como de las eventuales impurezas que contiene el material

119

CAPIacuteTULO 5 CONCLUSIONES

Se realizoacute el anaacutelisis estructural morfoloacutegico mecaacutenico teacutermico eleacutectrico y

magneacutetico para muestras de material de matriz polimeacuterica basada en caucho de


diferentes concentraciones de material particulado de FeO La siacutentesis se realizoacute

por medio del proceso de vulcanizacioacuten mediante un molino abierto o molino de

rodillos que tiene incluida el horno de vulcanizacioacuten Se realizaron 10 muestras

diferentes con diferentes concentraciones tanto de magnetita como ripio de llanta

Una limitante importante para el desarrollo del trabajo fue la obtencioacuten del ripio de

llanta debido a que las pocas empresas que se consiguen (las que trabajan las

llantas recicladas en forma de ripio) no contaban con un solo tipo de ripio y para la

obtencioacuten de mejores resultados y limitar los posibles errores en el proceso soacutelo se

requeriacutea el ripio de un tipo de llanta Por lo que al hacer revisioacuten documental y

encuestas en las diferentes empresas se concluyoacute que la mejor manera de la

obtencioacuten de dicho material en las condiciones con que se cuenta es por medio de

molienda ambiental como se realizoacute Adicionalmente se mezclaron tambieacuten todos

los elementos con los que se vulcaniza un caucho NBR normalmente (aceleradores

TMTD CBS agente vulcanizante azufre activadores aacutecido esteaacuterico oacutexido de zinc

y suavizante DOP) los cuales cumplen un papel fundamental en la mezcla no soacutelo

por el resultado de la mezcla sino tambieacuten porque influyen en gran medida las

propiedades de la mezcla

La magnetita ha sido de gran estudio como agente reforzante de poliacutemeros sin

embargo actualmente se han desarrollado diferentes agentes que aportan en

mayor proporcioacuten a una mezcla de caucho como por ejemplo el negro de humo

por su buen acople con la mezcla

Puntualmente se obtuvieron diferentes conclusiones producto de cada anaacutelisis

como se muestra a continuacioacuten

Caracterizacioacuten morfoloacutegica

SEM En el proceso de vulcanizacioacuten se realizoacute un buen acople entre la interfase de

los dos cauchos (SBR y NBR) ya que no se puede distinguir en las imaacutegenes la

presencia del ripio de llanta Se observoacute que no se tiene un modelo caracteriacutestico

es decir no es cristalino el material no tiene una forma definida y es moldeable bajo

ciertas condiciones de presioacuten y temperatura

Las partiacuteculas de magnetita de la muestra no se disolvieron en el proceso de

vulcanizacioacuten es decir que el acople que se generoacute entre la matriz y la magnetita

120

es mecaacutenico (los materiales no se enlazan) Se pudo observar que la magnetita se

distribuyoacute de manera uniforme alrededor de la matriz y cuenta con diferentes

tamantildeos de grano Se observaron claramente impurezas en las mezclas producto

del ripio de llanta

Caracterizacioacuten estructural

EDX Mediante este ensayo se observoacute que las mezclas contienen en diferente

proporcioacuten Fe Zn O S y Na elementos que constituyen la mezcla y hay diferentes

tipos de impurezas en las muestras Si Ca Al Mg K Cl y Ti en miacutenimas

proporciones

XRD Se identificaron tres diferentes fases en la mayoriacutea de muestras la fase

amorfa del caucho la fase cristalina de la magnetita y la fase cristalina del activador

ZnO El porcentaje de la fase cristalina de la magnetita variacutea seguacuten la cantidad

mezclada para lo que la mezcla en la que se nota mejor dicha fase es en la muestra

1 en la cual no tiene mezcla de ripio de llanta y 50phr de magnetita

Cuando se realiza la comparacioacuten entre los dos tipos de ripio suministrados en las

muestras se observa que si bien los dos son diferentes tipos de caucho el

difractograma parece en su forma parecido pero variacutea en la intensidad

Caracterizacioacuten mecaacutenica

Ensayo de dureza

Al realizar el ensayo en tres puntos diferentes de las muestras se obtuvieron

exactamente los mismos resultados de dureza para 3 muestras diferentes

Adicionalmente en las otras muestras los resultados no variacutean en grandes

proporciones lo que induce que las mezclas tuvieron un buen proceso de

fabricacioacuten haciendo mezclas homogeacuteneas

Aunque si se obtuvo diferencia en los resultados de las muestras con magnetita se

demostroacute que no influye en gran medida a la dureza del material

Ensayo de tensioacuten - deformacioacuten

Las propiedades mecaacutenicas del presente trabajo no se encuentran relacionadas una

con la otra ya que se puede observar en comparacioacuten con los datos de dureza que

por ejemplo en la muestra 10 se tiene una dureza promedio de 50 Shore A y una

deformacioacuten de 300 resultados que no conllevan un complemento

Seguacuten los resultados obtenidos en este ensayo si se desea una aplicacioacuten con

mejores propiedades de elasticidad es preferible utilizar ripio comuacuten debido a que

la fuerza maacutexima soportada en comparacioacuten de todas las muestras es

significativamente superior A pesar de que los resultados de las muestras que

121

cuentan con magnetita son diferentes no es muy significativo el aporte con respecto

a este ensayo

Las muestras en general se comportaron como un caucho vulcanizado blando Se

concluye que las para un caucho conductor y manteniendo las propiedades

mecaacutenicas del caucho es preferible utilizar ripio comuacuten Las muestras se

comportaron como un elastoacutemero tiacutepico mostroacute una excelente flexibilidad y

propiedades elaacutesticas

Caracterizacioacuten teacutermica

Reometriacutea

Las muestras encontraron una estabilidad de vulcanizacioacuten maacuteximo de 75min a

150degC la mezcla el proceso de vulcanizacioacuten de todas las mezclas tuvo un buen

acople por lo que se refiere en las graacuteficas Sin embargo en cuanto menos

contenido de magnetita esteacute presente en la mezcla maacutes estable es la vulcanizacioacuten

Se observa tambieacuten en los resultados que la estabilidad de vulcanizacioacuten es mucho

mejor sobre las 10 muestras la muestra con ripio comuacuten es decir el

entrecruzamiento de las cadenas se es mucho mejor en esta muestra

Termogravimetriacutea

Durante este procedimiento se pudo observar que la descomposicioacuten teacutermica significativa se da en un rango de temperatura entre 330degC y 500degC (altos volaacutetiles) en este rango se encuentran materiales como elastoacutemeros y resinas Es decir que las muestras no pueden estar expuestas a temperaturas mayores ya que se descompone la matriz Para cualquier aplicacioacuten que se utilice y para un buen resultado preferiblemente no se debe exceder de temperaturas 250degC La calcinacioacuten de materiales a temperaturas mayores a 1000 degC en mayor porcentaje se debe a los materiales cristalinos (magnetita y ZnO) y en menor porcentaje a residuos de ripio que no se pudieron calcinar

Comportamiento eleacutectrico

Anaacutelisis de frecuencia

A mayor porcentaje de ripio de llanta mayor magnitud es la constante dieleacutectrica

tanto a frecuencias altas como para frecuencias bajas se debe principalmente a

que el ripio es un aislante y evita el transporte de cargas en el material La influencia

de la frecuencia al ir aumentaacutendola hace que la constante dieleacutectrica disminuya

esto debido principalmente a la dispersioacuten dieleacutectrica que sucede en cada una de

las muestras al variar su composicioacuten y al proporcionar diferentes porcentajes de

ripio de llanta y mezclarlos con magnetita Sin embargo la muestra 9 cumplioacute con

las condiciones para ser un buen material dieleacutectrico

122

Resistividad eleacutectrica

Es notable en los ensayos la contribucioacuten eleacutectrica que hace la magnetita en el

material En los resultados se observa que hay aumento en la resistividad

volumeacutetrica en funcioacuten del ripio de llanta lo cual obedece a las condiciones

naturales ya que el ripio no es un material conductor

Al comparar los resultados obtenidos con las propiedades de un caucho normal se

muestra con mejores propiedades eleacutectricas de hecho la muestra 9 (que no tiene

contenido de magnetita) mostroacute mejores resultados eleacutectricos que un caucho

vulcanizado cualquiera

En estos tipos de ensayo es preciso aclarar que la distribucioacuten de las partiacuteculas

magneacuteticas juega un papel importante y la distancia de cada una de las partiacuteculas

dentro del material contribuyen en gran medida a la respuesta eleacutectrica del mismo

Comportamiento magneacutetico

Magnetizacioacuten

Las propiedades magneacuteticas de las muestras aumentaron al aumentar el contenido de dopaje pero las propiedades mecaacutenicas disminuyeron El resultado se atribuyoacute a la deacutebil adhesioacuten y mala dispersioacuten entre los rellenos magneacuteticos y el caucho Sin embargo el momento magneacutetico de las muestras es bajo en comparacioacuten de otros cauchos conductores Las propiedades magneacuteticas mejoran notablemente si en la mezcla hay porcentaje de ripio de llanta esto se debe a la presencia de negro de humo que contienen las muestras

Para futuras investigaciones se recomienda hacer el ensayo de desgaste abrasivo y envejecimiento Hay otros diferentes agentes reforzantes que tienen tambieacuten un buen acople entre fases como negro de humo (para una futura investigacioacuten)

El reforzamiento de los elastoacutemeros es y seraacute un campo de innovacioacuten de gran

intereacutes cientiacutefico y tecnoloacutegico El desarrollo de nuevos sistemas de refuerzo o

perfeccionamiento de los ya existentes son desafiacuteos continuos necesarios para

mejorar los artiacuteculos de caucho

123

CAPIacuteTULO 6 BIBLIOGRAFIacuteA

[1] Diagnoacutestico Ambiental Sobre el Manejo Actual de Llantas y Neumaacuteticos Usados

Generados por el Parque Automotor de Bogotaacute Resumen Ejecutivo Secretariacutea de

Ambiente 2013

[2] AA Ward S El-Sabbagh NSA El-Aal Mechanical ultrasonic dielectric and

physical properties of natural rubber - different concentrations of zinc stearate 2008

KGK-Kautsch Gummi Kunstst 61 (9) pp 429ndash437

[3] Marianella Hernaacutendez Juan L Valentiacuten Miguel A Loacutepez-Manchado Tiberio A

Ezquerra Influence of the vulcanization system on the dynamics and structure of

natural rubber Comparative study by means of broadband dielectric spectroscopy

and solid-state NMR spectroscopy 25 September 2015 pages 35ndash38 Volume 29

Journal of Industrial and Engineering Chemistry

[4] RM Cornell U Schwertmann The Iron Oxides Structure Properties

Reactions Occurrences and Uses second ed WILEY-VCH Weinheim Germany

2003

[5] Chunlin Hou Li Gao Hailing Yu Youyi Sun Junru Yao Guizhe Zhao Yaqing

Liu Preparation of magnetic rubber with high mechanical properties by latex

compounding method North University of China Taiyuan Journal of Magnetism and

Magnetic Materials 2016

[6] Characterization of the properties of thermoplastic elastomers containing waste

rubber tire powder Waste Management Shu Ling Zhang Zhen Xiang Xin Zhen Xiu

Zhang Jin Kuk Kim 2009



KGK-Kautsch Gummi Kunstst 61 (9) pp 429 ndash 437

[8] Marianella Hernaacutendez Juan L Valentiacuten Miguel A Loacutepez - Manchado Tiberio

A Ezquerra Influence of the vulcanization system on the dynamics and structure of


and solid-state NMR spectroscopy 25 September 2015 Pages 35 ndash 38 volume 29


[9] Mariano Blogger Tecnologiacutea de los Plaacutesticos Blog dedicado a los materiales

plaacutesticos caracteriacutesticas usos fabricacioacuten procesos de transformacioacuten y reciclado

124

2012 Disponible en web

httptecnologiadelosplasticosblogspotcomco201201vulcanizacionhtml

[10] MR Islam MN Islam NN Mustafi MA Rahim H Haniu Thermal Recycling

of Solid Tire Wastes for Alternative Liquid Fuel The First Commercial Step in

Bangladesh Department of Mechanical Engineering Rajshahi University of

Engineering amp Technology Department of Mechanical Engineering National

University Corporation Kitami Institute of Technology Procedia Engineering 2013

[11] Andreacutes Garzoacuten Siacutentesis y Caracterizacioacuten de un Material Compuesto a Base

de Polietileno de Alta Densidad y Magnetita Pulverizada Tesis de Maestriacutea 2014


[12] Varij Panwar VK Sachdev RM Mehra Insulator conductor transition in low-

density polyethylenendashgraphite composites February 2007 European Polymer

Journal Volume 43 Issue 2

[13] Muhammad Yasar Razzaq Mathias Anhalt Lars Frormann Bernd Weidenfeller

Thermal electrical and magnetic studies of magnetite filled polyurethane shape

memory polymers January 2007 Materials Science and Engineering A Volume

444 Issues 1ndash2

[14] Scarp Tire News Crumb Rubber Information Recycling Research Institute

2017 Disponible em httpwwwscraptirenewscomcrumbphp

[15] RGSeippel Fundamentos de electricidad principios de electricidad

electroacutenica control y ordenadores Ed Reverteacute SA 2003

[16] Corral M Carlos Eduardo Formacioacuten y vulcanizacioacuten de hules CIATEC A C

2006 Mexico

[17] Shatha HMahdi Widad HJassim Intisar AHamad Kareem AJasima

EpoxySilicone Rubber Blends for Voltage Insulators and Capacitors Applications

Energy Procedia 2017

[18] Mikell P Groover 1997 FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA

Materiales procesos y sistemas 1a Ed

[19] J R Beatly and M L Studebaker Rubber 1975 107 8 20 ndash 38

[20] Herbert Morawetz and Herman F Mark Rubber Chemistry and Technology

2000 73 3 405 ndash 426

[21] PM visakh Sabu Thomas Aruo K Chandra AjiPMathew Advances in

Elastomers I Special purpose elastomers synthesis structure-property relationship

compounding processin and aplications 2013 vol 11 p 123 124 y 125

125

[22] Kalle Hanhi Minna Poikelispaa Hanna ndash Mari Tirila Elastomeric materials

Tampere University of Technology 2007

[23] Carlos Ribba Romeva Seleccioacuten de materiales en el disentildeo de maacutequinas Ed

UPC 2008 vol 1 p 225 226

[24] Indian Rubber Institute Rubber Engineering Ed McGraw-Hill 2008 ch 2

[25] Nicholas P Cheremisinoff PhD Paul N Elastomer Technology Handbook Ed

Nicholas P Cheremisinoff PhD 1996 ch 13

[26] TSM SERNA MACLA SA Ficha teacutecnica del caucho 2016Crumb rubber

[27] Li-Feng Ma Rui-Ying Bao Rui Dou Shao-Di Zheng Zheng-Ying Liu Rui-Yan

Zhang Ming-Bo Yang Wei Yang Conductive thermoplastic vulcanizates (TPVs)

based on polypropylene (PP)ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) blend From

strain sensor to highly stretchable conductor Composites Science and Technology

Vol 128 2016

[28] S Araby Q Meng L Zhang H Kang P Majewski Y Tang y J Ma Electrically

and thermally conductive elastomergraphene nanocomposites by solution mixing

Polymer Nordm 55 p 201ndash210 2014

[29] Grupo LODI 1990 Datos teacutecnicos de um neumaacutetico Disponible en

httpgrupolodicominfo_datoshtml

[30] CRIOLLO SALAMENA A Caracterizacioacuten de Caucho Reciclado Proveniente

de Scarp y de Neumaacuteticos Fuera de Uso para su Potencial Aplicacioacuten como Materia

Prima Tesis de pregrado Universidad Politeacutecnica Salesiana 2014 Ecuador

[31] Rubber recycling Technologies Disponible en

httpswwwalibabacomproduct-detailused-tires-cracker-mill-for-

waste_1385782942html

[32] The crumb rubber plants has been designed the best aviable rubber poder at

optimum cost Disponible en httpwwwcrumb-rubbercoukour-process

[33] ASTM D5603 Standard Classification for Rubber Compounding Materials -

Recycled Vulcanizate Particulate Rubber ASTM International West Conshohocken

PA 2015

[34] ASTM D5644 Standard Test Methods for Rubber Compounding Materials -

Determination of Particle Size Distribution of Recycled Vulcanizate Particulate

Rubber ASTM International West Conshohocken PA 2013

[35] Solus KL21 eco Disponible en httpswwwkumhotyreesneumaticossolus-

kl21-eco

126

[36] Frederick R Eirich Science and technology of rubber 1978 Rubber division

of the American Chemical Society Pag 314 315 341

[37] Diana lopes Maria J Ferreira Rui Russo Joana M Dias Natural and synthetic

rubberwaste e Ethylene-Vinyl Acetate composites for sustainable application in the

footwear industry 2015 Journal of Cleaner Production University of Porto

[38] Quiacutemica Miralles Acelerante TMTTD Ficha teacutecnica 2012 Disponible en

httpwwwquimicamirallesclcustomeraccountlogin

[39] Nocil Limited Vulcanizations and accelerators Disponible en

httpwwwnocilcomDownloadfileDTechnicalNote-Vulcanization-Dec10pdf

[40] Akrochem Corporation Accelerator DCBS (Benzothiazyl ndash 2 Dicyclohexyl

Sulfenamide) Disponible en

httpwwwakrochemcompdfproductrubber_chemicalsaccelerator_dcbspdf

[41] Alfa Aesar Ficha de datos de seguridad 2015 Disponible en

httpswwwalfacomescontentmsdsSouthAmericanA13435PDF

[42] Paris W W Accelerators ACS Rubber Division Compounding Symposium

1982 Chicago

[43] PreetiLodha Anil NNetravaliCharacterization of stearic acid modified soy

protein isolate resin and ramie fiber reinforced lsquogreenrsquo composites Composites

Science and Technology Volume 65 pages 1211-1225 2005

[44] H Abellaacuten Agentes de espumacioacuten para materiales termoplaacutesticos Revista

Plaacutesticos Modernos nordm 238 Abril 1976

[45] TSM SERNA MACLA SA Ficha teacutecnica oacutexido de zinc 2016

[46] Andina de rodillos LTDA Algo de historia Disponible en

httpandinaderodilloscomnuestra_empresahtml

[47] Royo Joaquin Manual de iniciacioacuten a la tecnologiacutea del caucho Consorcio

Nacional de Industriales del Caucho1984

[48] ALONSO MALMIERCA M Elastoacutemeros Ioacutenicos con Memoria de Forma

Estructura Dinaacutemica y Propiedades Tesis Doctoral UNIVERSIDAD

COMPLUTENSE DE MADRID 213 Espantildea

[49] Bayona V Oscar M Evaluacioacuten de Caucho Recuperado de Llantas Usadas

Como Material Adsorbente en Medio Acuoso Tesis de Maestriacutea 2013 Universidad

Nacional de Colombia

[50] Anderson R Mascorro Disentildeo por Microscopia en Instrumentacioacuten Analiacutetica

2002 Volumen (10) numero 6

127

[51] HAWKES P W Science of microscopy New York Springer 2008 766 p

[52] Martinez O Adolfo Microanaacutelisis por dispersioacuten de energiacuteas de rayos-x (XEDS)

Universidad de Maacutelaga 2010

[53] Bunker Difraccioacuten de Rayos X y Anaacutelisis Elemental 2015 Disponible en web

httpswwwbrukercomesproductsx-ray-diffraction-and-elemental-analysisx-ray-

diffractionhtml

[54] Callister W D Materials Science and Engineering An Introduction New York

John Wiley amp Sons 2007 711 p

[55] DONALD G FINK H WAYNE BEATY JHON M CARROLL Manual praacutectico

de electricidad para ingenieros Tomo I Editorial Reverteacute 1981

[56] De maacutequinas y herramientas Introduccioacuten al duroacutemetro Herramientas de

medicioacuten y control 2015 Disponible en

httpwwwdemaquinasyherramientascomherramientas-de-mediciondurometro-

tipos

[57] Norma DIN 53505 ldquoPrueba de dureza seguacutenn Shore A y Shore Drdquo

[58] HARDMATIC HH-300 SERIES Manual Mitutoyo USA

[59] Ensayo de tensioacuten Protocolo curso de materiales Escuela Colombiana de

Ingenieriacutea Julio Garavito 2011 Disponible en

httpwwwescuelaingeducouploadslaboratorios9026_tensionpdf

[60] ASTM D412-15 Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and

Thermoplastic ElastomersmdashTension ASTM International West Conshohocken PA

2015

[61] Juliana Lasprilla Botero Estudio de la unioacuten adhesiva de caucho a metal desde

el enfoque de la formulacioacuten y el adhesivo Tesis de Maestriacutea Universidad EAFIT

2010

[62] WILLIAM D CALLISTER Jr Introduccioacuten a la ciencia e ingenieriacutea de los

materiales Vol 2 Editorial Reverteacute 2007

[63] Hernaacutendez Julian C Zamudio P Lizette C Aplicacioacuten de herramientas

estadiacutesticas para mejorar la calidad del proceso de mezcla de empaques de caucho

para tuberiacutea en la empresa ETERNA SA Tesis de grado Universidad Javeriana

2004

[64] Anoacutenimo Disponible en httpsruauaesdspacebitstream1004536261tema5RUApdf

128

[65] Gertrudis Garciacutea Ramiacuterez Estudio y Medicioacuten de la Reologiacutea Tangencial sobre

los Poliacutemeros Poliestireno y Polipropileno Tesis de Pregrado Universidad

Politeacutecnica de Cartagena 2012

[66] Prescott Instruments LTD Rheo-line Mini MRD Service Manual 2011

[67] Francisco J Parres Garciacutea Investigacioacuten de las variables limitantes en la

recuperacioacuten de residuos de poliestireno procedentes del sector envase Tesis

Doctoral Universidad Politeacutecnica de Valencia Departamento de Ingenieriacutea

Mecaacutenica y de Materiales 2005

[68] ASTM E1131-08 Standard Test Method for Compositional Analysis by

Thermogravimetry ASTM International West Conshohocken PA 2014

[69] Juan Sebastian Goacutemez Muntildeoz Wilmar Rodriguez Herrera Caori Alejandra

Organista Castelblanco Fitzgerald Ramirez Moreno Diana Milena Aljure Garcia

Medicioacuten de constante dieleacutectrica usando el equipo HP 4194A (ImpedandeGain-

Phase Analyzer) Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias 2015

[70] GOacuteMEZ C Propiedades magneacuteticas de las arenas recientes de Portmaacuten

Murcia Tesis de maestriacutea Master en Geofiacutesica y Metroacutelogiacutea Universidad de

Complutense de Madrid 2013 Espantildea

[71] Flores Torres B P Sintesis y caracterizacioacuten de BiFeO3 dopado com Pr Tb y

Er mediante depoacutesito quiacutemico Tesis de maestria Instituto Politeacutecnico Nacional

2014

[72] QUANTUM DESIGN Vibrating simple magnetometer (VSM) option Useracutes

Manual 2011 San Diego EU 122 p

[73] Jihua Zhang Hui Zhang Jincheng Pang Li Li Shutao Wang Mingjie Liu Improved

understanding on the reinforcement of low-temperature hydrogenated nitrile

butadiene rubber composites by in situ polymerization of unsaturated metal

methacrylate influences of salt catioacuten RSC ADVANCES 2016

[74] Cables Epuyen Calidad Informacioacuten Teacutecnica composicioacuten de cables

Disponible en httpepuyencomaresmateriales-aislantes

[75] JE Mark B Erman y M Ronald Sience and technology of rubber

Polimerization Elastomer Synthesis USA Elsevier 2013

[76] Marta Alonso Malmierca Elastoacutemeros ioacutenicos con memoria de forma estructura

dinaacutemica y propiedades Tesis Doctoral Universidad Complutense de Madrid

Departamento de fiacutesica de materiales 2013

[77] Songmin Shang Lu Gan Marcus Chun-wah Yuen Shou-xiang Jiang Nicy Mei

Luo Carbon nanotubes based high temperature vulcanized silicone rubber

129

nanocomposite with excellent elasticity and electrical properties Institute of Textiles

and Clothing The Hong Kong Polytechnic University Hong Kong Composites Part

A 2014

[78] Nelson Castantildeo Ciro Incorporacioacuten de residuos de caucho vulcanizado pos

industrial obtenidos por trituracioacuten mecaacutenica a mezclas puras de EPDM Tesis De

Maestriacutea Universidad EAFIT Ingenieriacutea De Produccioacuten 2012

[79] Suradet Matchawet Azizon Kaesaman Norbert Vennemann Claudia

Kumerlӧwe Charoen Nakason Effects of imidazolium ionic liquid on cure

characteristics electrical conductivity and other related properties of epoxidized

natural rubber vulcanizates European Polymer Journal 2017

[80] Andreacutes Orlando Garzoacuten David A Landiacutenez Jairo Roa-Rojas Fabio E Fajardo-

Tolosa Gabriel Pentildea-Rodriacuteguez CA Parra-Vargas Production and structural

electrical and magnetic characterization of a composite material based on powdered

magnetite and high density polyethylene 2017 Revista de la Academia Colombiana

de Ciencias Exactas Fiacutesicas y Naturales Vol 41 No 159 pp 154-167

[81] R Mujal-Rosas J Orrit- Prat X Ramis-Juan M Marin-Genesca y Ahmed

Rahhali Caracteriacutesticas dieleacutectricas de diversos poliacutemeros (PVC EVA HDPE y PP)

reforzados con neumaacuteticos fuera de uso (GTR) Dept Quiacutemica Universidad

Abdelmalek Essaadi BP Tetouan (Marruecos) 2011

[82] Donald G Fink H Wayne Beaty John M Carroll Manual praacutectico de

electricidad para ingenieros Tomo I Ed Reverteacute SA Barcelona 1981 Pg 4 ndash 204

[83] Ing Kong Sahrim Hj Ahmad Mustaffa Hj Abdullah David Hui Ahmad Nazlim

Yusoff Dwi Puryanti Magnetic and microwave absorbing properties of magnetitendash

thermoplastic natural rubber nanocomposites Journal of Magnetism and Magnetic

Materials 2010

[84] Sandra M Velaacutesquez Diego H Giraldo Characterization and evaluation of

vulcanization time for Colombian natural rubber from three hevea brasiliensis tree

clones Ingenieriacutea y Competitividad 2014

130

2

3






DIRECTOR


CODIRECTOR







2017

4

5

DEDICATORIA



6

AGRADECIMIENTO


7

RESUMEN






















magneacutetico


8

ABSTRACT




















9


AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14






21 ANTECEDENTES 19





24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44




261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48









10




351 DUREZA 66
















421 DUREZA 100












11

LISTA DE FIGURAS




































vulcanizado [30] 48





12










51] 62



interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64








utilizada [59] 69





- 65] 73



[66] 73













13



83



84








88










de fase [73] 94





Muestra 5 97


Muestra 9 98



llanta 101


101











112



14





field cooling) 116



LISTA DE TABLAS















autor 54


autor 55


DIN 53505 [57] 67



100






vulcanizado 105




15


vulcanizado 106





vulcanizado 107


110


frecuencia 112


temperatura 117

16














estructura inicial












material de partida






17




























material






18

11 OBJETIVO GENERAL








precursor










13 HIPOacuteTESIS






19


21 ANTECEDENTES






















20





































21

























22
















23






















24






























25



















26




























27



































propiedades


28



23 ELASTOacuteMEROS







ambiente




29












elastoacutemeros

Caucho tipo 62






Caucho tipo 63








Caucho tipo 64



cloropreno (CR)

Caucho tipo 65




30











vulcanizacioacuten

















31























32



























33












(ML+4100degC) - 51



(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569


Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143












34














su comportamiento












uso


rodadura











35





















36

























37











38






















39


































caucho




40























correa de la llanta














41



estudios XRD y SEM














42






24 MAGNETITA













43





(1198651198902+11986511989023+1198744





















44











25 ACELERADORES







45


propiedades mejoran










vulcanizacioacuten



















46

POLVO PELLETS

















LIacuteQUIDO











47






















separadamente

261 AZUFRE




48





la Figura 223


27 ACTIVADORES









49









50

























[44]



51

Foacutermula ZnO

Pureza 998


Malla 325 998






[45]

52

















una de las muestras












53



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 304 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14


1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14





119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31



500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32


55























56




























57







mezcla (Figura 32)
















58







(Figura 34)

a) b)


33 EQUIPO UTILIZADO



la Figura 35

59





















60































61
























62



incidente












rayos X












63




















120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33




11]

64


























65


















a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

















351 DUREZA













67











100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5






68
















a) b)







(Figura 315)

69

a) b)











Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35



70









119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36
















71


























DSC entre otros













72




















120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37




a) b)

73

c)















74







temperatura









119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38















75
















de frecuencia












76


electricidad [54]
















77






Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39




119862 =119860 120598

119905 Ec 310





120598 = 1205980 120598119877 Ec 311


119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312



120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313



78
















79

























permanentes



80


















espontanea [11]















81





















82



































83

a) b)

c) d)

e)


84

a) b)

c) d)

e)



M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)


86

a) b)

c) d)

e)


87















a) b)









88










a) b)







89











9 30 30

90






























impureza







91








a) b)

c) d)

92

e)



















93

a) b)

c) d)

e)








94








phr de magnetita)












95

a)

b)







96















97









98



99












homogeacutenea

100

421 DUREZA















1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101
















102





Fuerza maacutexima






Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147





















de desgaste

103













104


las muestras








431 REOMETRIacuteA




















comparacioacuten

105











comparacioacuten

106










comparacioacuten

107





















108











a)

b)

c)

109

d)

e)


9 y e) muestra 10





300degC


510degC


1000degC


110










se calcina



(degC)

VALOR (P)

















111

















son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70





















MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)


119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113






















114


























115





































116





117


















MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)


(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329


118






















119




































120




del ripio de llanta





proporciones










Ensayo de dureza

















121


a este ensayo







Reometriacutea




















122














Magnetizacioacuten







123




Ambiente 2013











2003


















124

















444 Issues 1ndash2






2006 Mexico








2000 73 3 405 ndash 426




125




UPC 2008 vol 1 p 225 226









Vol 128 2016
















PA 2015





kl21-eco

126
















1982 Chicago



















127






diffractionhtml








tipos








2015



2010






2004


128




















2014
















129



A 2014






















Materials 2010




130

3






DIRECTOR


CODIRECTOR







2017

4

5

DEDICATORIA



6

AGRADECIMIENTO


7

RESUMEN






















magneacutetico


8

ABSTRACT




















9


AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14






21 ANTECEDENTES 19





24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44




261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48









10




351 DUREZA 66
















421 DUREZA 100












11

LISTA DE FIGURAS




































vulcanizado [30] 48





12










51] 62



interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64








utilizada [59] 69





- 65] 73



[66] 73













13



83



84








88










de fase [73] 94





Muestra 5 97


Muestra 9 98



llanta 101


101











112



14





field cooling) 116



LISTA DE TABLAS















autor 54


autor 55


DIN 53505 [57] 67



100






vulcanizado 105




15


vulcanizado 106





vulcanizado 107


110


frecuencia 112


temperatura 117

16














estructura inicial












material de partida






17




























material






18

11 OBJETIVO GENERAL








precursor










13 HIPOacuteTESIS






19


21 ANTECEDENTES






















20





































21

























22
















23






















24






























25



















26




























27



































propiedades


28



23 ELASTOacuteMEROS







ambiente




29












elastoacutemeros

Caucho tipo 62






Caucho tipo 63








Caucho tipo 64



cloropreno (CR)

Caucho tipo 65




30











vulcanizacioacuten

















31























32



























33












(ML+4100degC) - 51



(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569


Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143












34














su comportamiento












uso


rodadura











35





















36

























37











38






















39


































caucho




40























correa de la llanta














41



estudios XRD y SEM














42






24 MAGNETITA













43





(1198651198902+11986511989023+1198744





















44











25 ACELERADORES







45


propiedades mejoran










vulcanizacioacuten



















46

POLVO PELLETS

















LIacuteQUIDO











47






















separadamente

261 AZUFRE




48





la Figura 223


27 ACTIVADORES









49









50

























[44]



51

Foacutermula ZnO

Pureza 998


Malla 325 998






[45]

52

















una de las muestras












53



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 304 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14


1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14





119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31



500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32


55























56




























57







mezcla (Figura 32)
















58







(Figura 34)

a) b)


33 EQUIPO UTILIZADO



la Figura 35

59





















60































61
























62



incidente












rayos X












63




















120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33




11]

64


























65


















a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

















351 DUREZA













67











100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5






68
















a) b)







(Figura 315)

69

a) b)











Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35



70









119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36
















71


























DSC entre otros













72




















120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37




a) b)

73

c)















74







temperatura









119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38















75
















de frecuencia












76


electricidad [54]
















77






Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39




119862 =119860 120598

119905 Ec 310





120598 = 1205980 120598119877 Ec 311


119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312



120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313



78
















79

























permanentes



80


















espontanea [11]















81





















82



































83

a) b)

c) d)

e)


84

a) b)

c) d)

e)



M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)


86

a) b)

c) d)

e)


87















a) b)









88










a) b)







89











9 30 30

90






























impureza







91








a) b)

c) d)

92

e)



















93

a) b)

c) d)

e)








94








phr de magnetita)












95

a)

b)







96















97









98



99












homogeacutenea

100

421 DUREZA















1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101
















102





Fuerza maacutexima






Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147





















de desgaste

103













104


las muestras








431 REOMETRIacuteA




















comparacioacuten

105











comparacioacuten

106










comparacioacuten

107





















108











a)

b)

c)

109

d)

e)


9 y e) muestra 10





300degC


510degC


1000degC


110










se calcina



(degC)

VALOR (P)

















111

















son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70





















MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)


119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113






















114


























115





































116





117


















MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)


(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329


118






















119




































120




del ripio de llanta





proporciones










Ensayo de dureza

















121


a este ensayo







Reometriacutea




















122














Magnetizacioacuten







123




Ambiente 2013











2003


















124

















444 Issues 1ndash2






2006 Mexico








2000 73 3 405 ndash 426




125




UPC 2008 vol 1 p 225 226









Vol 128 2016
















PA 2015





kl21-eco

126
















1982 Chicago



















127






diffractionhtml








tipos








2015



2010






2004


128




















2014
















129



A 2014






















Materials 2010




130

4

5

DEDICATORIA



6

AGRADECIMIENTO


7

RESUMEN






















magneacutetico


8

ABSTRACT




















9


AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14






21 ANTECEDENTES 19





24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44




261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48









10




351 DUREZA 66
















421 DUREZA 100












11

LISTA DE FIGURAS




































vulcanizado [30] 48





12










51] 62



interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64








utilizada [59] 69





- 65] 73



[66] 73













13



83



84








88










de fase [73] 94





Muestra 5 97


Muestra 9 98



llanta 101


101











112



14





field cooling) 116



LISTA DE TABLAS















autor 54


autor 55


DIN 53505 [57] 67



100






vulcanizado 105




15


vulcanizado 106





vulcanizado 107


110


frecuencia 112


temperatura 117

16














estructura inicial












material de partida






17




























material






18

11 OBJETIVO GENERAL








precursor










13 HIPOacuteTESIS






19


21 ANTECEDENTES






















20





































21

























22
















23






















24






























25



















26




























27



































propiedades


28



23 ELASTOacuteMEROS







ambiente




29












elastoacutemeros

Caucho tipo 62






Caucho tipo 63








Caucho tipo 64



cloropreno (CR)

Caucho tipo 65




30











vulcanizacioacuten

















31























32



























33












(ML+4100degC) - 51



(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569


Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143












34














su comportamiento












uso


rodadura











35





















36

























37











38






















39


































caucho




40























correa de la llanta














41



estudios XRD y SEM














42






24 MAGNETITA













43





(1198651198902+11986511989023+1198744





















44











25 ACELERADORES







45


propiedades mejoran










vulcanizacioacuten



















46

POLVO PELLETS

















LIacuteQUIDO











47






















separadamente

261 AZUFRE




48





la Figura 223


27 ACTIVADORES









49









50

























[44]



51

Foacutermula ZnO

Pureza 998


Malla 325 998






[45]

52

















una de las muestras












53



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 304 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14


1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14





119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31



500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32


55























56




























57







mezcla (Figura 32)
















58







(Figura 34)

a) b)


33 EQUIPO UTILIZADO



la Figura 35

59





















60































61
























62



incidente












rayos X












63




















120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33




11]

64


























65


















a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

















351 DUREZA













67











100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5






68
















a) b)







(Figura 315)

69

a) b)











Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35



70









119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36
















71


























DSC entre otros













72




















120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37




a) b)

73

c)















74







temperatura









119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38















75
















de frecuencia












76


electricidad [54]
















77






Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39




119862 =119860 120598

119905 Ec 310





120598 = 1205980 120598119877 Ec 311


119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312



120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313



78
















79

























permanentes



80


















espontanea [11]















81





















82



































83

a) b)

c) d)

e)


84

a) b)

c) d)

e)



M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)


86

a) b)

c) d)

e)


87















a) b)









88










a) b)







89











9 30 30

90






























impureza







91








a) b)

c) d)

92

e)



















93

a) b)

c) d)

e)








94








phr de magnetita)












95

a)

b)







96















97









98



99












homogeacutenea

100

421 DUREZA















1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101
















102





Fuerza maacutexima






Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147





















de desgaste

103













104


las muestras








431 REOMETRIacuteA




















comparacioacuten

105











comparacioacuten

106










comparacioacuten

107





















108











a)

b)

c)

109

d)

e)


9 y e) muestra 10





300degC


510degC


1000degC


110










se calcina



(degC)

VALOR (P)

















111

















son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70





















MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)


119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113






















114


























115





































116





117


















MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)


(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329


118






















119




































120




del ripio de llanta





proporciones










Ensayo de dureza

















121


a este ensayo







Reometriacutea




















122














Magnetizacioacuten







123




Ambiente 2013











2003


















124

















444 Issues 1ndash2






2006 Mexico








2000 73 3 405 ndash 426




125




UPC 2008 vol 1 p 225 226









Vol 128 2016
















PA 2015





kl21-eco

126
















1982 Chicago



















127






diffractionhtml








tipos








2015



2010






2004


128




















2014
















129



A 2014






















Materials 2010




130

5

DEDICATORIA



6

AGRADECIMIENTO


7

RESUMEN






















magneacutetico


8

ABSTRACT




















9


AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14






21 ANTECEDENTES 19





24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44




261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48









10




351 DUREZA 66
















421 DUREZA 100












11

LISTA DE FIGURAS




































vulcanizado [30] 48





12










51] 62



interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64








utilizada [59] 69





- 65] 73



[66] 73













13



83



84








88










de fase [73] 94





Muestra 5 97


Muestra 9 98



llanta 101


101











112



14





field cooling) 116



LISTA DE TABLAS















autor 54


autor 55


DIN 53505 [57] 67



100






vulcanizado 105




15


vulcanizado 106





vulcanizado 107


110


frecuencia 112


temperatura 117

16














estructura inicial












material de partida






17




























material






18

11 OBJETIVO GENERAL








precursor










13 HIPOacuteTESIS






19


21 ANTECEDENTES






















20





































21

























22
















23






















24






























25



















26




























27



































propiedades


28



23 ELASTOacuteMEROS







ambiente




29












elastoacutemeros

Caucho tipo 62






Caucho tipo 63








Caucho tipo 64



cloropreno (CR)

Caucho tipo 65




30











vulcanizacioacuten

















31























32



























33












(ML+4100degC) - 51



(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569


Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143












34














su comportamiento












uso


rodadura











35





















36

























37











38






















39


































caucho




40























correa de la llanta














41



estudios XRD y SEM














42






24 MAGNETITA













43





(1198651198902+11986511989023+1198744





















44











25 ACELERADORES







45


propiedades mejoran










vulcanizacioacuten



















46

POLVO PELLETS

















LIacuteQUIDO











47






















separadamente

261 AZUFRE




48





la Figura 223


27 ACTIVADORES









49









50

























[44]



51

Foacutermula ZnO

Pureza 998


Malla 325 998






[45]

52

















una de las muestras












53



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 304 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14


1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14





119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31



500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32


55























56




























57







mezcla (Figura 32)
















58







(Figura 34)

a) b)


33 EQUIPO UTILIZADO



la Figura 35

59





















60































61
























62



incidente












rayos X












63




















120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33




11]

64


























65


















a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

















351 DUREZA













67











100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5






68
















a) b)







(Figura 315)

69

a) b)











Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35



70









119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36
















71


























DSC entre otros













72




















120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37




a) b)

73

c)















74







temperatura









119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38















75
















de frecuencia












76


electricidad [54]
















77






Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39




119862 =119860 120598

119905 Ec 310





120598 = 1205980 120598119877 Ec 311


119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312



120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313



78
















79

























permanentes



80


















espontanea [11]















81





















82



































83

a) b)

c) d)

e)


84

a) b)

c) d)

e)



M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)


86

a) b)

c) d)

e)


87















a) b)









88










a) b)







89











9 30 30

90






























impureza







91








a) b)

c) d)

92

e)



















93

a) b)

c) d)

e)








94








phr de magnetita)












95

a)

b)







96















97









98



99












homogeacutenea

100

421 DUREZA















1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101
















102





Fuerza maacutexima






Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147





















de desgaste

103













104


las muestras








431 REOMETRIacuteA




















comparacioacuten

105











comparacioacuten

106










comparacioacuten

107





















108











a)

b)

c)

109

d)

e)


9 y e) muestra 10





300degC


510degC


1000degC


110










se calcina



(degC)

VALOR (P)

















111

















son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70





















MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)


119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113






















114


























115





































116





117


















MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)


(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329


118






















119




































120




del ripio de llanta





proporciones










Ensayo de dureza

















121


a este ensayo







Reometriacutea




















122














Magnetizacioacuten







123




Ambiente 2013











2003


















124

















444 Issues 1ndash2






2006 Mexico








2000 73 3 405 ndash 426




125




UPC 2008 vol 1 p 225 226









Vol 128 2016
















PA 2015





kl21-eco

126
















1982 Chicago



















127






diffractionhtml








tipos








2015



2010






2004


128




















2014
















129



A 2014






















Materials 2010




130

6

AGRADECIMIENTO


7

RESUMEN






















magneacutetico


8

ABSTRACT




















9


AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14






21 ANTECEDENTES 19





24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44




261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48









10




351 DUREZA 66
















421 DUREZA 100












11

LISTA DE FIGURAS




































vulcanizado [30] 48





12










51] 62



interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64








utilizada [59] 69





- 65] 73



[66] 73













13



83



84








88










de fase [73] 94





Muestra 5 97


Muestra 9 98



llanta 101


101











112



14





field cooling) 116



LISTA DE TABLAS















autor 54


autor 55


DIN 53505 [57] 67



100






vulcanizado 105




15


vulcanizado 106





vulcanizado 107


110


frecuencia 112


temperatura 117

16














estructura inicial












material de partida






17




























material






18

11 OBJETIVO GENERAL








precursor










13 HIPOacuteTESIS






19


21 ANTECEDENTES






















20





































21

























22
















23






















24






























25



















26




























27



































propiedades


28



23 ELASTOacuteMEROS







ambiente




29












elastoacutemeros

Caucho tipo 62






Caucho tipo 63








Caucho tipo 64



cloropreno (CR)

Caucho tipo 65




30











vulcanizacioacuten

















31























32



























33












(ML+4100degC) - 51



(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569


Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143












34














su comportamiento












uso


rodadura











35





















36

























37











38






















39


































caucho




40























correa de la llanta














41



estudios XRD y SEM














42






24 MAGNETITA













43





(1198651198902+11986511989023+1198744





















44











25 ACELERADORES







45


propiedades mejoran










vulcanizacioacuten



















46

POLVO PELLETS

















LIacuteQUIDO











47






















separadamente

261 AZUFRE




48





la Figura 223


27 ACTIVADORES









49









50

























[44]



51

Foacutermula ZnO

Pureza 998


Malla 325 998






[45]

52

















una de las muestras












53



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 304 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14


1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14





119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31



500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32


55























56




























57







mezcla (Figura 32)
















58







(Figura 34)

a) b)


33 EQUIPO UTILIZADO



la Figura 35

59





















60































61
























62



incidente












rayos X












63




















120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33




11]

64


























65


















a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

















351 DUREZA













67











100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5






68
















a) b)







(Figura 315)

69

a) b)











Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35



70









119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36
















71


























DSC entre otros













72




















120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37




a) b)

73

c)















74







temperatura









119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38















75
















de frecuencia












76


electricidad [54]
















77






Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39




119862 =119860 120598

119905 Ec 310





120598 = 1205980 120598119877 Ec 311


119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312



120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313



78
















79

























permanentes



80


















espontanea [11]















81





















82



































83

a) b)

c) d)

e)


84

a) b)

c) d)

e)



M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)


86

a) b)

c) d)

e)


87















a) b)









88










a) b)







89











9 30 30

90






























impureza







91








a) b)

c) d)

92

e)



















93

a) b)

c) d)

e)








94








phr de magnetita)












95

a)

b)







96















97









98



99












homogeacutenea

100

421 DUREZA















1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101
















102





Fuerza maacutexima






Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147





















de desgaste

103













104


las muestras








431 REOMETRIacuteA




















comparacioacuten

105











comparacioacuten

106










comparacioacuten

107





















108











a)

b)

c)

109

d)

e)


9 y e) muestra 10





300degC


510degC


1000degC


110










se calcina



(degC)

VALOR (P)

















111

















son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70





















MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)


119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113






















114


























115





































116





117


















MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)


(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329


118






















119




































120




del ripio de llanta





proporciones










Ensayo de dureza

















121


a este ensayo







Reometriacutea




















122














Magnetizacioacuten







123




Ambiente 2013











2003


















124

















444 Issues 1ndash2






2006 Mexico








2000 73 3 405 ndash 426




125




UPC 2008 vol 1 p 225 226









Vol 128 2016
















PA 2015





kl21-eco

126
















1982 Chicago



















127






diffractionhtml








tipos








2015



2010






2004


128




















2014
















129



A 2014






















Materials 2010




130

7

RESUMEN






















magneacutetico


8

ABSTRACT




















9


AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14






21 ANTECEDENTES 19





24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44




261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48









10




351 DUREZA 66
















421 DUREZA 100












11

LISTA DE FIGURAS




































vulcanizado [30] 48





12










51] 62



interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64








utilizada [59] 69





- 65] 73



[66] 73













13



83



84








88










de fase [73] 94





Muestra 5 97


Muestra 9 98



llanta 101


101











112



14





field cooling) 116



LISTA DE TABLAS















autor 54


autor 55


DIN 53505 [57] 67



100






vulcanizado 105




15


vulcanizado 106





vulcanizado 107


110


frecuencia 112


temperatura 117

16














estructura inicial












material de partida






17




























material






18

11 OBJETIVO GENERAL








precursor










13 HIPOacuteTESIS






19


21 ANTECEDENTES






















20





































21

























22
















23






















24






























25



















26




























27



































propiedades


28



23 ELASTOacuteMEROS







ambiente




29












elastoacutemeros

Caucho tipo 62






Caucho tipo 63








Caucho tipo 64



cloropreno (CR)

Caucho tipo 65




30











vulcanizacioacuten

















31























32



























33












(ML+4100degC) - 51



(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569


Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143












34














su comportamiento












uso


rodadura











35





















36

























37











38






















39


































caucho




40























correa de la llanta














41



estudios XRD y SEM














42






24 MAGNETITA













43





(1198651198902+11986511989023+1198744





















44











25 ACELERADORES







45


propiedades mejoran










vulcanizacioacuten



















46

POLVO PELLETS

















LIacuteQUIDO











47






















separadamente

261 AZUFRE




48





la Figura 223


27 ACTIVADORES









49









50

























[44]



51

Foacutermula ZnO

Pureza 998


Malla 325 998






[45]

52

















una de las muestras












53



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 304 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14


1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14





119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31



500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32


55























56




























57







mezcla (Figura 32)
















58







(Figura 34)

a) b)


33 EQUIPO UTILIZADO



la Figura 35

59





















60































61
























62



incidente












rayos X












63




















120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33




11]

64


























65


















a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

















351 DUREZA













67











100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5






68
















a) b)







(Figura 315)

69

a) b)











Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35



70









119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36
















71


























DSC entre otros













72




















120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37




a) b)

73

c)















74







temperatura









119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38















75
















de frecuencia












76


electricidad [54]
















77






Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39




119862 =119860 120598

119905 Ec 310





120598 = 1205980 120598119877 Ec 311


119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312



120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313



78
















79

























permanentes



80


















espontanea [11]















81





















82



































83

a) b)

c) d)

e)


84

a) b)

c) d)

e)



M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)


86

a) b)

c) d)

e)


87















a) b)









88










a) b)







89











9 30 30

90






























impureza







91








a) b)

c) d)

92

e)



















93

a) b)

c) d)

e)








94








phr de magnetita)












95

a)

b)







96















97









98



99












homogeacutenea

100

421 DUREZA















1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101
















102





Fuerza maacutexima






Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147





















de desgaste

103













104


las muestras








431 REOMETRIacuteA




















comparacioacuten

105











comparacioacuten

106










comparacioacuten

107





















108











a)

b)

c)

109

d)

e)


9 y e) muestra 10





300degC


510degC


1000degC


110










se calcina



(degC)

VALOR (P)

















111

















son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70





















MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)


119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113






















114


























115





































116





117


















MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)


(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329


118






















119




































120




del ripio de llanta





proporciones










Ensayo de dureza

















121


a este ensayo







Reometriacutea




















122














Magnetizacioacuten







123




Ambiente 2013











2003


















124

















444 Issues 1ndash2






2006 Mexico








2000 73 3 405 ndash 426




125




UPC 2008 vol 1 p 225 226









Vol 128 2016
















PA 2015





kl21-eco

126
















1982 Chicago



















127






diffractionhtml








tipos








2015



2010






2004


128




















2014
















129



A 2014






















Materials 2010




130

8

ABSTRACT




















9


AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14






21 ANTECEDENTES 19





24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44




261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48









10




351 DUREZA 66
















421 DUREZA 100












11

LISTA DE FIGURAS




































vulcanizado [30] 48





12










51] 62



interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64








utilizada [59] 69





- 65] 73



[66] 73













13



83



84








88










de fase [73] 94





Muestra 5 97


Muestra 9 98



llanta 101


101











112



14





field cooling) 116



LISTA DE TABLAS















autor 54


autor 55


DIN 53505 [57] 67



100






vulcanizado 105




15


vulcanizado 106





vulcanizado 107


110


frecuencia 112


temperatura 117

16














estructura inicial












material de partida






17




























material






18

11 OBJETIVO GENERAL








precursor










13 HIPOacuteTESIS






19


21 ANTECEDENTES






















20





































21

























22
















23






















24






























25



















26




























27



































propiedades


28



23 ELASTOacuteMEROS







ambiente




29












elastoacutemeros

Caucho tipo 62






Caucho tipo 63








Caucho tipo 64



cloropreno (CR)

Caucho tipo 65




30











vulcanizacioacuten

















31























32



























33












(ML+4100degC) - 51



(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569


Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143












34














su comportamiento












uso


rodadura











35





















36

























37











38






















39


































caucho




40























correa de la llanta














41



estudios XRD y SEM














42






24 MAGNETITA













43





(1198651198902+11986511989023+1198744





















44











25 ACELERADORES







45


propiedades mejoran










vulcanizacioacuten



















46

POLVO PELLETS

















LIacuteQUIDO











47






















separadamente

261 AZUFRE




48





la Figura 223


27 ACTIVADORES









49









50

























[44]



51

Foacutermula ZnO

Pureza 998


Malla 325 998






[45]

52

















una de las muestras












53



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 304 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14


1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14





119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31



500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32


55























56




























57







mezcla (Figura 32)
















58







(Figura 34)

a) b)


33 EQUIPO UTILIZADO



la Figura 35

59





















60































61
























62



incidente












rayos X












63




















120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33




11]

64


























65


















a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

















351 DUREZA













67











100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5






68
















a) b)







(Figura 315)

69

a) b)











Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35



70









119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36
















71


























DSC entre otros













72




















120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37




a) b)

73

c)















74







temperatura









119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38















75
















de frecuencia












76


electricidad [54]
















77






Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39




119862 =119860 120598

119905 Ec 310





120598 = 1205980 120598119877 Ec 311


119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312



120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313



78
















79

























permanentes



80


















espontanea [11]















81





















82



































83

a) b)

c) d)

e)


84

a) b)

c) d)

e)



M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)


86

a) b)

c) d)

e)


87















a) b)









88










a) b)







89











9 30 30

90






























impureza







91








a) b)

c) d)

92

e)



















93

a) b)

c) d)

e)








94








phr de magnetita)












95

a)

b)







96















97









98



99












homogeacutenea

100

421 DUREZA















1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101
















102





Fuerza maacutexima






Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147





















de desgaste

103













104


las muestras








431 REOMETRIacuteA




















comparacioacuten

105











comparacioacuten

106










comparacioacuten

107





















108











a)

b)

c)

109

d)

e)


9 y e) muestra 10





300degC


510degC


1000degC


110










se calcina



(degC)

VALOR (P)

















111

















son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70





















MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)


119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113






















114


























115





































116





117


















MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)


(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329


118






















119




































120




del ripio de llanta





proporciones










Ensayo de dureza

















121


a este ensayo







Reometriacutea




















122














Magnetizacioacuten







123




Ambiente 2013











2003


















124

















444 Issues 1ndash2






2006 Mexico








2000 73 3 405 ndash 426




125




UPC 2008 vol 1 p 225 226









Vol 128 2016
















PA 2015





kl21-eco

126
















1982 Chicago



















127






diffractionhtml








tipos








2015



2010






2004


128




















2014
















129



A 2014






















Materials 2010




130

9


AGRADECIMIENTO 6

RESUMEN 7

ABSTRACT 8

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABLAS 14






21 ANTECEDENTES 19





24 MAGNETITA 42

25 ACELERADORES 44




261 AZUFRE 47

27 ACTIVADORES 48









10




351 DUREZA 66
















421 DUREZA 100












11

LISTA DE FIGURAS




































vulcanizado [30] 48





12










51] 62



interplanar 119889ℎ119896119897 [11- 54] 64








utilizada [59] 69





- 65] 73



[66] 73













13



83



84








88










de fase [73] 94





Muestra 5 97


Muestra 9 98



llanta 101


101











112



14





field cooling) 116



LISTA DE TABLAS















autor 54


autor 55


DIN 53505 [57] 67



100






vulcanizado 105




15


vulcanizado 106





vulcanizado 107


110


frecuencia 112


temperatura 117

16














estructura inicial












material de partida






17




























material






18

11 OBJETIVO GENERAL








precursor










13 HIPOacuteTESIS






19


21 ANTECEDENTES






















20





































21

























22
















23






















24






























25



















26




























27



































propiedades


28



23 ELASTOacuteMEROS







ambiente




29












elastoacutemeros

Caucho tipo 62






Caucho tipo 63








Caucho tipo 64



cloropreno (CR)

Caucho tipo 65




30











vulcanizacioacuten

















31























32



























33












(ML+4100degC) - 51



(500mmmin) MPa 287


(500mmmin) 119870119892 119865

1198881198983frasl 293

Elongacioacuten 569


Moacutedulo al 300 119870119892 119865

1198881198983frasl 143












34














su comportamiento












uso


rodadura











35





















36

























37











38






















39


































caucho




40























correa de la llanta














41



estudios XRD y SEM














42






24 MAGNETITA













43





(1198651198902+11986511989023+1198744





















44











25 ACELERADORES







45


propiedades mejoran










vulcanizacioacuten



















46

POLVO PELLETS

















LIacuteQUIDO











47






















separadamente

261 AZUFRE




48





la Figura 223


27 ACTIVADORES









49









50

























[44]



51

Foacutermula ZnO

Pureza 998


Malla 325 998






[45]

52

















una de las muestras












53



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 304 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 15 5 DOP 14


1645 500 1745 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 279 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 14 5 DOP 14


1795 500 1845 500



CONTENIDO PHR

REACTIVO CONTENIDO

[g] CONTENIDO

PHR REACTIVO

CONTENIDO [g]


100 NBR 257 100 NBR 271




15 TMTD 4 15 TMTD 4

15 CBS 4 15 CBS 4

5 DOP 13 5 DOP 14


1945 500 1845 500

54



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 287 100 NBR 304




15 TMTD 4 15 TMTD 5

15 CBS 4 15 CBS 5

5 DOP 14 5 DOP 15


1745 500 1645 500



CONTENIDO PHR


CONTENIDO PHR



100 NBR 346 100 NBR 287




15 TMTD 5 15 TMTD 4

15 CBS 5 15 CBS 4

5 DOP 17 5 DOP 14





119879119900119905119886119897 119889119890 119897119886 119898119886119904119886 119889119890 119897119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119892]

119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119905119900119905119886119897 119889119890 119888119886119889119886 119898119906119890119904119905119903119886 [119901ℎ119903] (119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890119897 119890119897119890119898119890119899119905119900 119890119899 119901ℎ119903) = 119888119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 119888119886119889119886 119890119897119890119898119890119899119905119900 [119892] Ec 31



500119892

1745 119901ℎ119903 (30119901ℎ119903) = 86[119892] Ec 32


55























56




























57







mezcla (Figura 32)
















58







(Figura 34)

a) b)


33 EQUIPO UTILIZADO



la Figura 35

59





















60































61
























62



incidente












rayos X












63




















120582 = 2119889ℎ119896119897119878119894119899 (120579ℎ119896119897) Ec 33




11]

64


























65


















a) 120575 =119865119898119886119909

119860119900 b) 휀 =

119897minus1198970

1198970 Ec 34

66

















351 DUREZA













67











100 58

95 46

90 39

85 33

80 39

75 35

70 22

65 19

60 16

55 14

50 12

45 10

40 8

35 7

30 6

25

20

15

10

5






68
















a) b)







(Figura 315)

69

a) b)











Ec 35

119879119878 =119865119861119864

119860 Ec 35



70









119864 =119879119890119899119904119894oacute119899

119863119890119891119900119903119898119886119888119894oacute119899 Ec 36
















71


























DSC entre otros













72




















120578 =Π1199034Δ119875119905

8119881119871 Ec 37




a) b)

73

c)















74







temperatura









119879 = 1198790 + 120573119905 Ec 38















75
















de frecuencia












76


electricidad [54]
















77






Δ1198810 =Δ119881

120598 Ec39




119862 =119860 120598

119905 Ec 310





120598 = 1205980 120598119877 Ec 311


119862 =119860 1205980 120598119877

119905 Ec 312



120598119877 =119862 119905

119860 1205980 Ec 313



78
















79

























permanentes



80


















espontanea [11]















81





















82



































83

a) b)

c) d)

e)


84

a) b)

c) d)

e)



M1 M3 M7 M9 M10

Promedio [120583119898] 197 216 375 312

85

a) b)

c) d)

e)


86

a) b)

c) d)

e)


87















a) b)









88










a) b)







89











9 30 30

90






























impureza







91








a) b)

c) d)

92

e)



















93

a) b)

c) d)

e)








94








phr de magnetita)












95

a)

b)







96















97









98



99












homogeacutenea

100

421 DUREZA















1 55 1 55 1 54 1 546 1

2 55 2 53 1 53 2 536 16

3 52 3 51 2 50 2 51 23

4 49 1 49 1 49 1 49 1

5 50 2 53 3 47 3 50 26

6 53 3 53 3 53 3 53 3

7 50 3 52 3 50 3 506 3

8 53 1 48 1 48 1 496 1

9 48 1 52 1 49 2 496 13

10 51 3 49 2 50 3 50 26


101
















102





Fuerza maacutexima






Muestra ndash 1 2628 21595 177 107974 353

Muestra ndash 2 2503 19102 168 47755 367

Muestra ndash 3 3190 11255 215 28138 412

Muestra ndash 4 3125 34259 210 171279 387

Muestra ndash 5 3387 15563 228 38908 505

Muestra ndash 6 3047 13936 205 34839 470

Muestra ndash 7 3541 14045 238 35112 447

Muestra ndash 8 5603 12097 378 30244 475

Muestra ndash 9 5672 14112 382 35280 461

Muestra - 10 6903 38369 465 95922 147





















de desgaste

103













104


las muestras








431 REOMETRIacuteA




















comparacioacuten

105











comparacioacuten

106










comparacioacuten

107





















108











a)

b)

c)

109

d)

e)


9 y e) muestra 10





300degC


510degC


1000degC


110










se calcina



(degC)

VALOR (P)

















111

















son interferencias

112

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70

CO

NS

TA

NT

E D

IEL

EC

TR

ICA

(

r)

FRECUENCIA (Hz)

Muestra10

100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

10

20

30

40

50

60

70





















MU

ES

TR

AS

CA

NT

IDA

D

DE

RIP

IO

(ph

r)

CA

NT

IDA

D

DE

MA

GN

ET

ITA

(ph

r)


119943 le 5119872119867119911 119943 gt 5119872119867119911

1 0 50 277- 100 998 -200

3 15 50 262-102 900-234

7 30 30 256-145 383-169

9 30 0 219-126 300-122

10 30 30 212-510 500-221

113






















114


























115





































116





117


















MUESTRA MAGNETITA

(phr) RIPIO (phr)


(emu)

TEMPERATURA (K)

1 50 0 015378 1142

3 50 15 012945 1245

7 30 30 010950 1205

9 0 50 000170 1216

10 30 30 004540 1329


118






















119




































120




del ripio de llanta





proporciones










Ensayo de dureza

















121


a este ensayo







Reometriacutea




















122














Magnetizacioacuten







123




Ambiente 2013











2003


















124

















444 Issues 1ndash2






2006 Mexico








2000 73 3 405 ndash 426




125




UPC 2008 vol 1 p 225 226









Vol 128 2016
















PA 2015





kl21-eco

126
















1982 Chicago



















127






diffractionhtml








tipos








2015



2010






2004


128




















2014
















129



A 2014






















Materials 2010




130

sintesis y caracterizaciÓn de compuestos de matriz

Documents