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Materiales y Compuestos para la Industria del Neumatico

Materiales Y Compuestos . PARA LA Industria DEL. Neumatico . DEPARTAMENTO DE INGENIERIA. M ECA NI CA F . I . U. B. A. ING. GUILLERMO CASTRO. DICIEMBRE 2008. 1. Materiales Y Compuestos PARA LA Industria DEL Neumatico . 1. ORIGEN, COMPOSICION Y CARACTERISTICAS DE LOS NEUM TICOS. Un neum tico es b sicamente un elemento que permite a un veh culo desplazarse en forma suave a trav s de superficies lisas. Consiste en una cubierta principalmente de caucho que contiene aire el cual soporta al veh culo y su carga. Su invenci n se debe al norteamericano Charles Goodyear qui n descubri , accidentalmente en 1880, el proceso de vulcanizaci n, con el que se da al caucho la resistencia y solidez necesaria para fabricarlo.

La fabricación de neumáticos concentra un gran porcentaje de la industria del caucho constituyendo el 60 % de la producción anual del mismo. Los elastómeros o cauchos son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden variar según sea el tipo de esfuerzo al que son sometidos, volviendo a su forma cuando el esfuerzo se retira. ...

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1 Materiales Y Compuestos . PARA LA Industria DEL. Neumatico . DEPARTAMENTO DE INGENIERIA. M ECA NI CA F . I . U. B. A. ING. GUILLERMO CASTRO. DICIEMBRE 2008. 1. Materiales Y Compuestos PARA LA Industria DEL Neumatico . 1. ORIGEN, COMPOSICION Y CARACTERISTICAS DE LOS NEUM TICOS. Un neum tico es b sicamente un elemento que permite a un veh culo desplazarse en forma suave a trav s de superficies lisas. Consiste en una cubierta principalmente de caucho que contiene aire el cual soporta al veh culo y su carga. Su invenci n se debe al norteamericano Charles Goodyear qui n descubri , accidentalmente en 1880, el proceso de vulcanizaci n, con el que se da al caucho la resistencia y solidez necesaria para fabricarlo.

2 En la actualidad, la mayor a de los neum ticos de veh culos de pasajeros como los de cami n son radiales, por lo que est n Compuestos de una banda de rodamiento el stica, una cintura pr cticamente inextensible y una estructura de arcos radialmente orientada, sobre una membrana inflada y sobre unos aros tambi n inextensibles que sirven de enganche a otro elemento r gido, que es la llanta. Tambi n existe otro tipo de neum ticos llamados diagonales, utilizados principalmente en camiones. La complejidad de la forma y de las funciones que cada parte del neum tico tiene que cumplir se traduce tambi n en una complejidad de los Materiales que lo componen.

3 El principal componente del neum tico es el caucho: casi la mitad de su peso. La fabricaci n de neum ticos concentra un gran porcentaje de la Industria del caucho constituyendo el 60 % de la producci n anual del mismo. Los elast meros o cauchos son Materiales polim ricos cuyas dimensiones pueden variar seg n sea el tipo de esfuerzo al que son sometidos, volviendo a su forma cuando el esfuerzo se retira. El caucho natural se extrae a partir del rbol Hevea Brasiliensis que es un l tex con part culas de caucho en suspensi n. Despu s de un proceso de secado y de ahumado se utilizan diferentes productos. Hoy en d a alcanza el 30 % del mercado de los cauchos, el resto lo ocupan los cauchos sint ticos, todos basados en hidrocarburos.

4 Los tipos de caucho m s empleados en la fabricaci n de los neum ticos son: Cauchos naturales (NR) Polibutadienos (BR). Estireno Butadieno (SBR) Polisoprenos sint ticos (IR). La matriz de caucho m s utilizada es el copol mero estireno-butadieno (SBR), en el que la proporci n es de aproximadamente un 25 % en peso de estireno, o una mezcla de caucho natural y SBR. Todos los tipos de cauchos poseen diferentes propiedades, pero tambi n con algo en com n: todos, una vez vulcanizados, pueden ser muy duraderos, por lo que necesitar an una gran cantidad de tiempo para su degradaci n. La combinaci n se realiza de modo que los cauchos naturales proporcionen elasticidad y los sint ticos, estabilidad t rmica.

5 Esta combinaci n de efectos favorece la durabilidad y la capacidad de adaptarse a las nuevas exigencias del tr nsito. La estructura de los cauchos naturales esta formada por cis-1,4 polisopreno mezclado con peque as cantidades de prote nas, l pidos y sales inorg nicas, entre otros. Se encuentra as un pol mero de cadena larga y enredada en forma de espiral, de peso molecular medio, 5x105 g/mol, que a temperatura ambiente est en un estado de agitaci n continua. Este comportamiento general es debido en parte al impedimento est rico del grupo metilo y el tomo de hidr geno, en el mismo lado del doble enlace carbono-carbono. Esta cadena se complementa con otro is mero estructural llamado gutapercha: 2.

6 El proceso de vulcanizaci n a que se someten los neum ticos es un entrelazamiento de cadenas de pol meros con mol culas de azufre a alta presi n y temperatura: En el proceso de vulcanizaci n el caucho pasa de ser un material termopl stico a ser uno elastom rico. Las posibilidades de deformaci n son muy diferentes, como se ilustra en la Figura 2. La adici n de cargas hace abaratar el valor del neum tico, d ndole cuerpo y rigidez, se utilizan negro de humo y arcillas modificadas. Se agregan adem s, otros Materiales al caucho para mejorar sus propiedades, tales como: suavizantes, que aumentan la trabajabilidad del caucho, antes de la vulcanizaci n; xido de Zinc y de Magnesio, com nmente denominados activadores, pues son mezclados para reducir el tiempo de vulcanizaci n de varias a horas a pocos minutos; antioxidantes, para dar mayor vida al caucho sin que se degrade por la acci n del ox geno y el ozono; y finalmente negro de humo, especie de humo negro obtenido por combusti n incompleta de gases naturales, que entrega mayor resistencia a la abrasi n y a la tensi n.

7 Adem s de caucho, los neum ticos est n Compuestos por: 3. - Rellenos reforzantes: el negro de humo, formado de part culas muy peque as de carbono, que aumenta la tenacidad y la resistencia a la tracci n, a la torsi n y al desgaste. - Fibras reforzantes: textiles y de acero, usualmente en forma de hilos, que aportan resistencia a los neum ticos: algod n, nylon y poli ster. La cantidad de acero y fibras sint ticas reforzantes en los neum ticos var a seg n el fabricante. - Plastificantes: se adicionan para facilitar la preparaci n y elaboraci n de las mezclas, utiliz ndose para el control de la viscosidad. Reducen la fricci n interna durante el procesado y mejoran la flexibilidad a bajas temperaturas del producto: aceites minerales (arom ticos, naft nicos y paraf nicos) y de de tipo ster.

8 - Agentes vulcanizantes: el azufre se usa para entrecruzar las cadenas de pol mero en el caucho: - Acelerantes: Compuestos rgano - sulfurados, benzotiazol y derivados, xido de zinc y cido este rico. - Retardantes: N-nitroso difenil amina. - Otros componentes (antioxidantes o antiozonizantes, adhesivos). En forma general el neum tico esta compuesto por los siguientes componentes: Seg n la Rubber Manufacters Association, se tiene otra versi n acerca de la composici n y caracter sticas de los diferentes tipos de neum ticos: Neum ticos de Pasajeros (autom viles y camionetas). Caucho natural 14 %. Caucho sint tico 27%. Negro de humo 28%.

9 Acero 14 - 15%. Fibra textil, suavizantes, xidos, 16 - 17%. antioxidantes, etc. Peso promedio: 8,6 Kg Volumen m3. 4. Neum ticos MCT (camiones y microbuses). Caucho Natural 27 %. Caucho sint tico 14%. Carb n negro 28%. Acero 14 - 15%. Fibra, suavizantes, xidos, antioxidantes, etc. 16 - 17%. Peso promedio: 45,4 Kg. Volumen m3. En cuanto a su composici n qu mica, puede variar seg n el uso a que est n destinados: Seg n Combustibles alternativos, Holderbank 1997, se tiene una visi n m s completa de los diferentes elementos qu micos que componen un neum tico, los cuales se muestran en la tabla 2. junto a sus porcentajes respectivos, aunque suelen variar seg n el tipo de neum ticos y el pa s de fabricaci n: Elemento Porcentaje Carbono (C) 70.

10 Hidrogeno (H) 7. Azufre (S) Cloro (Cl) 0,2 0,6. Fierro (Fe) 15. Oxido de Zinc (ZnO) 2. Di xido de Silicio 5. (SiO2). Cromo (Cr) 97-ppm N quel (Ni) 77-ppm Plomo (Pb) 60-760ppm Cadmio 5-10ppm Talio 0,2-0,3ppm Algunas de las cuestiones importantes sobre la composici n de los neum ticos son las siguientes: -Los neum ticos contienen cloro en un 1% de su peso. 5. -Los policlorobifenilos (PCB), peligrosos productos clorados cuya fabricaci n est prohibida, est n presentes en los neum ticos viejos, mezclados con algunos de sus componentes (aceites y plastificantes). -Los componentes de los neum ticos contienen varios metales pesados en diferentes cantidades.


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