Aplicación y desarrollo de materiales en polvo inorgánicos en la industria del caucho
El caucho se utiliza ampliamente en el transporte, la maquinaria, la electrónica, la defensa y otros sectores de la economía nacional. Sin embargo, también presenta importantes inconvenientes, como fuerzas intermoleculares débiles, gran volumen libre y escasa capacidad de autocristalización, lo que se traduce en baja resistencia y módulo, así como en una escasa resistencia al desgaste. Por lo tanto, es necesario añadir cargas inorgánicas no metálicas para satisfacer las necesidades de estas aplicaciones.
En general, las cargas inorgánicas no metálicas en el caucho cumplen principalmente las siguientes funciones: refuerzo, relleno (aumento de volumen) y reducción de costes, mejora del procesamiento, regulación de las características de vulcanización y confección de funciones especiales.
Cargas minerales inorgánicas no metálicas de uso común en el caucho
(1) Sílice
Actualmente, la sílice es el segundo agente de refuerzo más utilizado en la industria del caucho, después del negro de humo. Su fórmula química es SiO₂·nH₂O. Su estructura de partículas contiene numerosos poros. Cuando estos huecos tienen un tamaño de entre 2 nm y 60 nm, se combinan fácilmente con otros polímeros, razón principal por la que la sílice se utiliza como agente de refuerzo. Como tal, la sílice mejora notablemente la resistencia al desgaste y al desgarro de los materiales. También mejora significativamente las propiedades mecánicas de los neumáticos y se utiliza ampliamente en vehículos, instrumentos, la industria aeroespacial y otros campos.
(2) Carbonato de calcio ligero
El carbonato de calcio ligero es uno de los rellenos más antiguos y utilizados en la industria del caucho. Grandes cantidades de carbonato de calcio ligero añadido al caucho aumentan el volumen del producto, lo que permite ahorrar caucho natural, cuyo coste es elevado, y reducir los costes. El caucho con relleno de carbonato de calcio ligero alcanza una mayor resistencia a la tracción, al desgaste y al desgarro que los vulcanizados de caucho puro. Tiene un importante efecto de refuerzo tanto en el caucho natural como en el sintético, y también permite ajustar la consistencia. En la industria del cable, proporciona cierto grado de aislamiento. (3) Caolín
La caolinita es un aluminosilicato hidratado, un mineral arcilloso común. Su aplicación práctica en el caucho mejora la elasticidad, las propiedades de barrera, la elongación y la resistencia a la flexión. La adición de caolinita modificada al caucho de estireno-butadieno (SBR) mejora significativamente la elongación, la resistencia al desgarro y la dureza Shore del caucho, además de prolongar su vida útil.
(4) Arcilla
La arcilla se puede añadir durante la fabricación de neumáticos, según los requisitos del proceso de producción. Se utiliza como relleno para reducir costes. Sin embargo, debe ser arcilla activada para facilitar su unión con el caucho. La arcilla activada o modificada puede sustituir parcialmente al negro de humo en la formulación.
Los estudios muestran que, a medida que aumenta la cantidad de arcilla, la dureza, la tensión de tracción al 300 % y la resistencia a la tracción del compuesto de caucho disminuyen ligeramente, pero esto se puede compensar ajustando el sistema de vulcanización. Cuando se utiliza en formulaciones de bandas de rodadura, tras la optimización del sistema, también puede reducir la resistencia a la rodadura.
(5) Sulfato de bario
Puede mejorar eficazmente la resistencia al envejecimiento y a la intemperie de productos de caucho, como neumáticos y correas. Además, mejora la suavidad superficial de dichos productos. Como relleno de caucho en polvo, no solo mejora la tasa de aplicación, sino que también presenta ventajas económicas significativas.
(6) Talco
El talco en polvo se divide generalmente en talco industrial y talco ultrafino. El primero, como relleno de caucho, no actúa como refuerzo y su efecto en la mejora de las propiedades físicas del caucho es mínimo. Por lo tanto, el talco industrial se utiliza a menudo como agente separador. El talco ultrafino, en cambio, tiene un buen efecto de refuerzo. Si se utiliza como relleno de caucho, la resistencia a la tracción del caucho es equivalente al efecto producido por la sílice.
(7) Grafito
El grafito pertenece a los minerales no metálicos de silicato laminar y posee buena conductividad térmica, conductividad eléctrica y lubricidad. El uso de grafito como relleno de caucho implica un proceso similar al de la montmorillonita, donde el grafito se descompone en nanopartículas mediante una técnica especial. Al combinarse estas nanopartículas con la matriz de caucho, se mejoran diversas propiedades funcionales del mismo. Por ejemplo, la conductividad eléctrica, la conductividad térmica, la hermeticidad y las propiedades mecánicas aumentan significativamente.