Este documento trata sobre los elastómeros y sus aplicaciones. Describe los diferentes tipos de elastómeros como el caucho natural, caucho sintético como el estireno-butadieno, caucho de nitrilo, caucho de neopreno y policloropropeno. También cubre las propiedades y usos de cada uno de estos elastómeros, incluyendo su uso en llantas, implantes, guantes y más.
4. Introducción
• Los Monoplazas de la Formula 1, son vehículos que están diseñados
con llantas de una goma especial, la cual deben utilizar dependiendo
del estado climático en el día de la prueba.
Figura 1. Tipos de llantas F1 (En curva, 2011)
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5. Introducción
• También en los implantes de mama, las “siliconas” utilizadas para
estas operaciones, son hechas a base de un elastómero, el cual gracias
a su composición hace que sea perfecto para estas cirugías.
Figura 2 y 3. Implantes de mama (Tecnología fhx, 2006)
F
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6. Introducción
• Magnitud de elementos que vemos y utilizamos a diario se
realizan a base del polímero elastómero, el cual brinda una gran
comodidad y es muy demandado por el ser humano.
Figura 4 y 5. guantes y sillín (plásticos ST, 2012)
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7. Objetivo general
• Conocer y determinar la importancia de los elastómeros en
la vida cotidiana.
Objetivos específicos
• Conocer los tipos de elastómeros que existen y que
productos se pueden producir de estos.
• Conocer las propiedades de los elastómeros.
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8. Polímeros• Los polímeros se definen como macromoléculas compuestas por una o varias
unidades químicas (monómeros) que se repiten a lo largo de toda una cadena.
Figura 6. estructura de un polímero (Los Adhesivos, 2010)
• Un polímero es como si uniésemos con un hilo muchas monedas perforadas por el
centro, al final obtenemos una cadena de monedas, en donde las monedas serían los
monómeros y la cadena con las monedas sería el polímero.
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9. 3. Tienen baja densidad.
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Características de los polímeros
1. Los polímeros son malos conductores de electricidad.
4. Poseen una gran resistencia al impacto, a la compresión y a la tensión.
2. Gran resistencia a las sustancias
corrosivas.
Figura 7. Resistencia al impacto (Materiales UI, 2008) Figura 8. Sustancia corrosiva (Quimica TOL, 2006)
10. • La parte básica de un polímero son los monómeros, los monómeros son las unidades
químicas que se repiten a lo largo de toda la cadena de un polímero, por ejemplo el
monómero del polietileno es el etileno, el cual se repite x veces a lo largo de toda la
cadena. Compuestos de sustancias orgánicas en base al C, H, O y otros elementos no
metálicos.
Figura 9. Polietileno (Plásticos Américas, 2011) Figura 10. Poliéster (Plásticos Américas, 2011) Figura 11. Nylon (Craftechind, 2009)
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11. Los polímeros se clasifican en
• Homopolímero - Se le denomina así al polímero que está formado por el mismo
monómero a lo largo de toda su cadena, el polietileno, poliestireno o polipropileno
son ejemplos de polímeros pertenecientes a esta familia.
Figura 12. Homopolímero y Copolímero (AD Quimica, 2007)
• Copolímero - Se le denomina así al polímero que está formado por al menos 2
monómeros diferentes a lo largo de toda su cadena, el ABS o el SBR son ejemplos
pertenecientes a esta familia.
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12. Polireacciones
• La formación de las cadenas poliméricas se producen mediante las diferentes
polireacciones que pueden ocurrir entre los monómeros, estas polireacciones se
clasifican en:
• Poliadición
• Policondensación
• Polimerización
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Figura 13. estructura Polimerización(Los Adhesivos, 2010)
Figura 14. estructura Policondensación (Los Adhesivos, 2010)
Figura 15. estructura Poliadición (Los Adhesivos, 2010)
13. En función de cómo se encuentren enlazadas o unidas (enlaces químicos o fuerzas
intermoleculares) y la disposición de las diferentes cadenas que conforma el polímero,
los materiales poliméricos resultantes se clasifican en:
• Termoplásticos
• Elastomeros
• Termoestables
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14. Elastómeros
Los elastómeros, o cauchos, son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden
cambiar en gran medida cuando se someten a esfuerzos y cuando retornan a sus
dimensiones originales (o casi) al cesar la fuerza deformante. Hay muchos tipos de
materiales elastoméricos.
Figura 16. tenis de elastómero (Panish, 2008) Figura 17. guayos de futbol (Adidas, 2012 )
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15. • En los elastómeros la cadena principal del polímero se encuentra enrollada debido a
la disposición “cis” de los grupos. Así pues cuando se aplica un esfuerzo, el
polímero se alarga al desenredarse la cadena lineal. Cuando el esfuerzo desaparece,
las cadenas vuelven a enrollarse y el polímero regresa a su forma y tamaño
originales, tal como se muestra en la siguiente imagen:
Figura 18. elastómero (Tomo I, 2007)
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16. Caucho natural
• Producción: El caucho natural se produce comercialmente a partir del látex del árbol
Hevea brasiliensis, que se cultiva en plantaciones, especialmente en las regiones
tropicales del sudeste asiático, sobre todo en Malasia e Indonesia. La fuente del
caucho natural es un líquido lechoso conocido como látex, el cual es una suspensión
que contiene partículas muy pequeñas.
Figura 19. Hevea brasiliensis (Hevea B, 2005) Figura 20. látex (Hevea B, 2005)
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17. • Estructura: El caucho natural es principalmente cis-1,4 poliisopreno
mezclado con pequeñas cantidades de proteínas, lípidos, sales
inorgánicas y gran número de otros compuestos. El cis-1,4
poliisopreno es un polímero de cadena larga (peso molecular
promedio de, aproximadamente, 5 × 105 g/mol) y tiene la siguiente
fórmula estructural:
Figura 21. cis-1,4 (Smith, 2006)
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18. • Vulcanización (curado): La vulcanización es el proceso químico por
medio del cual las moléculas del polímero se unen mediante enlaces
entrecruzados, formando moléculas más largas que restringen el
movimiento molecular.
Figura 22. llantas para vulcanizar (Los procesos CM, 2012)18
Vulcanización
19. Proceso de vulcanización
La vulcanización es generalmente irreversible, El entrecruzamiento se hace
generalmente con azufre, pero otras tecnologías son conocidas, incluyendo
sistemas basados en peróxido orgánico.
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Los principales polímeros sometidos a vulcanización son poliisopreno (caucho natural) y caucho
estireno-butadieno (SBR).
El número de átomos de azufre en el entrecruzamiento
influye fuertemente en las propiedades físicas del artículo de
caucho terminado.
Figura 23. enlaces con azufre (Tecnología de los plásticos, 2012)
20. Métodos de vulcanización
• Existe una variedad de métodos para la vulcanización. El método económicamente
más importante (vulcanización de neumáticos) utiliza alta presión y temperatura. Una
temperatura de vulcanización típica de un neumático es de 10 minutos a 170°C. Este
tipo de vulcanización utiliza el denominado moldeo por compresión. El artículo de
goma es forzado a adoptar la forma del molde.
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21. • En 1839 Charles Goodyear encontró que cuando una mezcla de caucho natural,
azufre y carbonato de plomo se calientan, el caucho deja de ser termoplástico y se
convierte en un material elastomérico.
Figura 24. átomos de azufre (Smith, 2006)
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22. Cauchos sintéticos
• Estos proporcionan el 70% de todo el caucho existente en el mundo. Los mas
extendidos son el estireno-butadieno, cauchos de nitrilo y policloroprenos.
Figura 26. materiales sintéticos (C.
sintéticos, 2014)
Los cauchos sintéticos son extraídos de los hidrocarburos los cuales son derivados del
petróleo.
Figura 25. Hidrocarburos (Petronas, 2014)
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23. Caucho estireno-butadieno
• El caucho de estireno-butadieno, SBR, es un copolímero de estireno y butadieno,
que contiene entre el 20-23% del primero, ampliamente utilizado en neumáticos al
ser más económico presentar una mayor resistencia al desgaste, aunque absorben
disolventes orgánicos, por lo que se hinchan. La estructura básica del SBR se ilustra
en la figura 27.
Figura 27. modelo de cadenas de enlace (Moffatt, 1965)
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24. Hule butadieno
• Es un caucho
sintético que es un polí
mero formado a partir
del proceso de
polimerización del
monómero de 1,3-
butadieno.
• Tiene una alta
resistencia al desgaste
• Se presenta
una recuperación del
80% después de la
tensión es aplicada, por
lo que se dice que tiene
un alto grado de
resilencia
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27. • Los cauchos de nitrilo son copolímeros de butanodieno y acrilonitrilo, con
proporciones entre el 55-82% del primero. La presencia del segundo proporciona un
alto grado de polaridad facilitando creación de enlaces de hidrogeno, mejorando la
resistencia a la abrasión y a los disolventes orgánicos. Su precio es mas elevado.
Figura 28. Caucho sintético (PoliTel, 2014)
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Nitrilo
28. • Cauchos de nitrilo
Los cauchos de nitrilo son copolímeros de butadieno y acrilonitrilo con proporciones
que varían de 55 a 82% de butadieno, y de 45 a 18 por ciento de acrilonitrilo. La
presencia de los grupos nitrilo aumenta el grado de polaridad en las cadenas
principales y los enlaces de hidrógeno entre las cadenas adyacentes.
Figura 29. Guantes de nitrilo (Sintéticos, 2013) Figura 30. Alfombra anti-deslizante (nitriloU3, 2014)
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29. Hule Nitrilo
• El Hule Nitrilo es también conocido
como Buna-N, Perbunan, o NBR
• Es un copolímero de acrilonitrilo y
butadieno.
• Comercialmente se llama Nipol o
Krynac.
• Sus propiedades físicas y químicas
dependen de el contenido de
acrilonitrilo
• Resiste aceites, combustibles y
otros químicos, a mayor cantidad
de Nitrilo mayor resistencia
quimica, pero menor flexibilidad
Figura 31. cinta nitrilo (Buna-N, 2013)
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30. Hule nitrilo
• Los rangos de
temperatura de uso
continuo son de -40 a
1080 c
• En general tiene poca
resistencia a químicos,
si se expone a acido
nítrico puede causar
serias quemaduras
• El hule nitrilo posee
una mayor resistencia
que el hule natural
Figura 32. botas nitrilo (Buna-N, 2013)
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31. Hule nitrilo
aplicaciones
• Guantes quirúrgicos
• En la industria
aeronáutica se usa para
mangueras de
combustible y aceite
• Sellos
• En la industria nuclear
guantes y equipos de
protección
• productos moldeados
• Calzado
• adhesivos, selladores,
esponjas
• Espumas expandidas
• Bajo alfombras
Figura 33. tapetes de carro (CarFS8, 2004)
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32. • Policloropreno (neopreno)
Los cauchos de
policloropreno o neopreno
son similares al isopreno,
excepto que el grupo metilo
unido al doble enlace de
carbono ha sido
reemplazado por un átomo
de cloro. Figura 35. Policloropreno (Smith, 2006)
Figura 34. Neopreno comercial (Neopquim, 2014)
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33. Policloropropeno
• Mejor conocido como
neopreno
• Es incoloro y con un color
amarillo casi dorado.
• Características del
polímero son:
- Resistencia a la
degradación a causa del
sol, el ozono y el clima.
- Buena resistencia al
envejecimientoFigura 36. Sello de policloropreno (Cloropreno,2012)
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34. Neopreno
• - Presenta resistencia aceptable a
solventes y agentes químicos.
- Es resistente a daños causados
por la flexión y la torsión.
- Adhesión a muchos sustratos
(adhesivos)
-NEOPRENO INDUSTRIAL:
Es el que se utiliza en la
fabricación de ruedas de
automóvil, juntas tóricas u
O-rings, juntas de coches, etc..
- NEOPRENO CELULAR.-
Que es el de los trajes de buceo
y otras prendas de vestir.
Figura 37. trajes de buceo (Neo-P, 2011) Figura 38. Juntas tóricas (Orings, 2012)34
35. Neopreno
• Ejemplos:
• Mangueras y revestimientos
resistentes a la corrosión
• base para adhesivos,
aislamiento del ruido en las
instalaciones de
transformadores de potencia
• cinta aislante para puertas de
incendios
• Guantes y mascarillas
• Botas para pesca
• Traje de Buzo
• Trajes aislantes de
temperaturas frías
• Uso de artículos ortopédicos
• Cinchos, mantas y
almohadillas para equitación
Figura 39. estuche de PC (Intel-atom, 2011)
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36. Cauchos de silicona
El átomo de silicio, como el de carbono, tiene una valencia de 4 y es
capaz de formar moléculas poliméricas por medio de enlaces
covalentes. Sin embargo, el polímero de silicona tiene unidades de
silicio y oxígeno que se repiten.
Figura 40. polímero de silicona (Smith, 2006)
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37. • En la figura 41 se muestra cómo se incrementa la resistencia a la tensión del
caucho natural por medio de la vulcanización. Diagramas de tensión y
deformación para caucho natural vulcanizado y sin vulcanizar.
Figura 41. Diagrama para caucho natural (Smith, 2006)37
38. DUREZA
• La dureza en los
elastómeros esta dada
como unidad SHORE
con la cual se mide la
resistencia al penetrar
un cuerpo con una
forma definida sobre
el objeto a
inspeccionar
• Los valores son
medidos de 0 a 100
correspondiendo a 0
la dureza mas
pequeña y la 100 a la
mas grande
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39. Deformación Remanente
Compresión Set
• La deformación
remanente indica en que
medida un material
vuelve a su estado normal
después de aplicada una
fuerza de deformación
constante a un
determinado tiempo y
temperatura
• La DR o CS de 0% indica
que un material a
regresado a su estado
inicial a un 100%
• DR de 100% que el
material no ha regresado
en absoluto a su estado
inicial
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40. Conclusiones
• Se concluye que es importante observar la ubicación
de los monómeros del polímero para determinar a que
tipo de polímero pertenece.
• La gran importancia de determinar que tipo de
elastómero se requiere para cierta labor de la industria.
• Se logro observar la diferencia que hay entre los
distintos tipos de elastomeros existentes.
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41. Bibliografía
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