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Por ejemplo a continuación vemos dos formulaciones, ambas de caucho natural y de la misma dureza tremendamente distintas en sus propiedades mecánicas. Una de altas prestaciones, es una composición académica que puede usarse en la banda de rodamiento de un camión y la segunda, de pobres propiedades, es típica de una suela barata. Caucho natural SMR-20 Polibutadieno Caucho regenerado Polvo de caucho Negro de humo N-220 Negro de humo N-660 Oxido de cinc Ácido esteárico Antiozonante Antioxidante Acelerante MBTS Acelerante DPG Acelerante TBBS Azufre Caolín Carbonato cálcico Dureza Shore A Densidad Resistencia a la tracción, Mpa Índice abrasión NBS
Banda de Rodamiento 80 20 70 -
Suela 14 172 50 10
5 2 2 1 1.5 1.5 -----------183 65 1.14 20 150
5 2 1 1 0.4 3.5 45 65 -------8.9 65 1.35 7.5 20
Los dos compuestos anteriores cumplirían la especificación de un plano expresada en términos como: “Caucho natural de 60 a 70 ” . Sin embargo la diferencia de calidad entre los mismos sería enorme.
Los Institutos u Organismos de Normalización de los países han desarrollado normas específicas para clasificar los materiales de caucho. Sin duda el más conocido es el desarrollado en EE.UU. por la ASTM en conjunto con la SAE, con el número ASTM D-2000 o J-200. La Norma clasifica los materiales de caucho por Tipos según su resistencia al calor (desde Tipo A hasta Tipo J) y por Clases según su resistencia al aceite ASTM n 3 (desde Clase A hasta Clase K).
El ensayo de resistencia al calor se realiza en aire caliente durante 70 horas a la temperatura que indique la letra. Para poder clasificarse en el Tipo correspondiente, la resistencia a la tracción del compuesto no puede variar en más de un 30%, su alargamiento no puede reducirse en más de un 50% y su dureza Shore A no podrá variar en más de 15 puntos. El ensayo de resistencia al aceite se realiza a la temperatura que indique la letra también durante 70 horas de inmersión. en aceite ASTM n 3. El grado máximo de hinchamiento permitido en cada Clase lo indica la correspondiente letra
Temperatura del ensayo para Establecer el Tipo ------------------------------------------------------Tipo Temperatura del ensayo ------------------------------------------------------- A 70 C B 100 C C 125 C D 150 C E 175 C F 200 C G 225 C H 25O C J 275 C
Hinchamiento máximo permitido en cada Clase --------------------------------------------------------------------Clase Hinchamiento máximo permitido -------------------------------------------------------------------A No se exige resistencia al aceite B 140% C 120% D 100% E 80% F 60% G 40& H 30% J 20% K 10%
Con el objeto de ilustrar o ayudar al usuario, la misma Norma ASTM D-2000 incluye un apéndice con las combinaciones de letras de Tipo y Clase más usuales, así como una indicación de los polímeros básicos que normalmente se usan en cada caso:
Tipo y Clase Cauchos básicos normalmente usados para cumplir la especificación -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- AA Caucho natural, caucho regenerado, SBR, butilo, polibutadieno, poliisopreno AK Polisulfuros BA EPDM, SBR de alta temperatura y butilo BC Cloropreno (Neopreno) BE Cloropreno (Neopreno) BF Nitrilo BG Nitrilo, poliuretano BK Polisulfuro, nitrilo CA EPDM CE Polietileno clorosulfonado (Hypalon) CH Nitrilo, epicloridrina DA EPDM DF Poliacrílico (tipo butil-acrilato) DH Poliacrílico FC Silicona FE Silicona FK Fluorosilicona GE Silicona HK Fluoelastómeros (Viton, Fluorel, etc.)
Además de precisar el Tipo y la Clase de cada material, la Norma exige especificar como mínimo la dureza y la resistencia a la tracción. Por ejemplo, un material AA de 60 Shore A y 24 Mpa (3481 psi) se escribiría: AA634 o MAA624 (si se usan unidades métricas) En la práctica las exigencias suelen ser mucho más numerosas, las cuales tienen que ver con otras propiedades que pueden exigirse a los materiales. Son los añadidos o Suffix Letters, que puede o no haberlos: Significado de los añadidos o Suffix Letters ----------------------------------------------------------------- A Resistencia a la temperatura B Compresión set C Resistencia al ozono e intemperie D Resistencia a la compresión-deflección EA Resistencia a fluidos acuosos EF Resistencia a combustibles EO Resistencia a aceites y lubricantes F Resistencia a bajas temperatura G Resistencia al desgarro H Resistencia a la flexión J Resistencia a la abrasión K Adhesión a otros materiales M Resistencia a la llama N Resistencia al impacto P Resistencia al manchado R Resiliencia Z Cualquier requerimiento que debe ser especificado especialmente
De manera que cuando las exigencias se multiplican, la escritura de la Norma puede ser bastante larga, por ejemplo: M 2 B G 710 B14 B34 EA14 EF11 EF21 EO14 EO34 F17 M = Unidades métricas 2 = Grado 2 B = Tipo B (Ensayo de resistencia a temperatura a 100 C) G = Clase G (Hinchamiento máximo en aceite ASTM n 3 a 100 C de 40%) 7 = Shore A 70+-5 10= Resistencia a la tracción 10 Mpa B14= Comprensión set, ASTM D 395, Método B, 22 horas a 100 C, 25% máx. B34= Compresión set, ASTM D 395, plied, 22 horas a 100 C, máx. 25% EA14 = Resistencia al agua, ASTM D471, 70 horas a 100 C, cambio de dureza 10 puntos, cambio en Volumen 15% EF11 = Resistencia al fuel A, 70 horas a 23 C, cambio en dureza 10 puntos, cambio en resistencia a la Tracción –25%, cambio en volumen –5 a +10% EF21 = Resistencia a Fuel B, 70 horas a 23 C, cambio en dureza 0 a –30 puntos, cambio en resistencia a La tracción –60%, cambio en volumen 0 a +40% EO14 = Resistencia a aceite ASTM n 1, 70 horas a 100 C, cambio en dureza –5 a +10 puntos, cambio en Volumen –10 a +5% EO34 = Resistencia a aceite ASTM n 3, 70 horas a 100 C, cambio en dureza –10 a +5 puntos, cambio en Volumen o a +25% F17 = Fragilidad a baja temperatura: No frágil después de 3 minutos a –40 C
Implícitamente, en toda Norma se encuentran especificados también el alargamiento a la rotura y la resistencia a la deformación por compresión. Con el objeto de ayudar al diseñador en la elección del material adecuado, la Norma incluye una serie de tablas con los materiales que técnicamente son posibles de obtener por la industria del caucho. Como ejemplo, se incluye copia de la hoja correspondiente a los materiales BA.
El lector se habrá dado cuenta de que es posible disponer de un sinnúmero de cauchos básicos para servicio continuo hasta 70 C, pero de muy pocos para servicio continuo a temperaturas cada vez más altas y de muchos menos si a la vez se exige resistencia al aceite. También habrá observado que en los materiales de caucho solo se especifican las propiedades mecánicas y no la composición o formulación de los mismos, contrario a los aceros, por ejemplo, de los que se especifica también su composición metalúrgica. Recordemos que cada fabricante produce sus propios compuestos de caucho con los problemas que esto conlleva. Imaginemos qué ocurriría si no existieran aceros especiales en el comercio y cada taller de metalmecánica fundiera sus propios aceros. Afortunadamente existe una tendencia mundial para separar en negocios distintos la fabricación de materiales de caucho y el procesamiento de los mismos. Las condiciones de los ensayos son especificadas bajo condiciones muy precisas y muy determinadas (incluso hasta la forma de la probeta está establecida)y casi nunca coinciden con las condiciones reales de servicio de los artículos de caucho. La realidad es mucho más compleja y existen al mismo tiempo muchos factores interactuando simultáneamente. Por ejemplo, un retenedor para aceite a 120 C, indudablemente debe tener resistencia al aceite caliente y esta resistencia puede medirse en un ensayo normalizado, pero al mismo tiempo deben tenerse en cuenta otros factores que no es fácil normalizar
a) Debe de ser capaz de seguir sellando cuando se produzca un desalineamiento o una pérdida súbita de presión b) Debe de ser capaz de producir un film hidrodinámico entre el caucho y la superficie a sellar que reducirá el coeficiente de fricción y la generación de calor. c) Debe tener alto coeficiente de conductividad térmica para eliminar el calor producido La prueba en servicio real es la única que determina si un artículo de caucho es apto para una determinada aplicación y siempre que es posible debe hacerse. Una vez obtenido un producto satisfactorio se le medirán sus propiedades mecánicas y se fijarán los ensayos correspondientes bajo la forma de una especificación. En el futuro todas las piezas fabricadas deben cumplir dicha especificación y se sobreentiende que por este hecho se comportarán en servicio real como la muestra prototipo. Una especificación debe entenderse por tanto como una herramienta para el control de la uniformidad de la calidad.
Un ensayo en condiciones reales puede requerir años. Por este motivo las grandes compañías recurren a los ensayos de servicio simulado, los cuales en unos días pueden predecir el comportamiento alargo plazo. Por ejemplo, para probar una correa en V podemos alterar varias variables: Diámetro de las poleas, tensión, torque, temperatura, deslizamiento. El endurecimiento de las condiciones del ensayo con el objeto de acortar su duración tiene un límite que es necesario conocer. Los ensayos normalizados sobre los materiales pueden ser estáticos o cuasi estáticos y dinámicos: a)
Ensayos estáticos: Dureza, Resistencia a la tracción, Alargamiento a la rotura, Deformación en compresión, Deformación en cortadura, Resistencia al desgarro, Resistencia a la abrasión, Fluencia (creep), Relajación de esfuerzos y deformaciones permanentes, Adherencia a otros sustratos, Envejecimiento, resistencia a bajas temperaturas, Comportamiento frente a líquidos, Propiedades eléctricas..
b) Ensayos dinámicos: Ensayos de fatiga, resiliencia e histéresis, Medida del módulo dinámico, tangente delta y módulo de pérdidas La Norma ISO que corresponde a la ASTM D-2000 – SAE J-200, es la ISO 4632-1 y su complemento, el informe técnico ISO/TR 8461.
