Reometría capilar de elastómeros termoplásticos para la fabricación de neumáticos: ensayo de viscosidad e hinchamiento del extruido según ISO 11443

Los elastómeros termoplásticos son materiales que poseen propiedades mecánicas similares a las del caucho termoestable, pero que pueden procesarse mediante métodos diseñados para termoplásticos estándar, como la extrusión y el moldeo por inyección. Además, pueden reciclarse de manera mucho más sencilla y eficiente. Un reómetro capilar es una herramienta útil para determinar las características de flujo de los elastómeros termoplásticos. Además de determinar la curva de viscosidad frente a velocidad de cizallamiento, a menudo resulta útil estudiar las características de hinchamiento del extruido, lo cual puede realizarse con un dispositivo láser adicional para la medición del hinchamiento.

Un fabricante de neumáticos interesado en estudiar su compuesto de elastómero termoplástico nos proporcionó un compuesto de elastómero termoplástico compuesto por un elastómero, negro de carbono y aditivos en forma de láminas planas. Ensayamos este compuesto según ISO 11443 en un CEAST SR20, un reómetro capilar de doble cilindro (diámetro del cilindro de 15 mm) equipado con células de carga de 20 kN. El ensayo se llevó a cabo a una temperatura del cilindro de 100 °C. Cortamos las láminas de elastómero termoplástico en pequeños trozos para alimentar el cilindro de manera uniforme, permitimos que el material se precalentara y lo compactamos con una fuerza de 2400 N. A continuación, sometimos el material fundido a velocidades de cizallamiento de entre 1 y 2000 s⁻¹ a través de una matriz capilar. El ensayo se configuró y controló mediante el software CEASTVIEW (VISUALRHEO).

Todas las probetas mostraron un comportamiento no newtoniano con una viscosidad que osciló entre 100.000 Pa·s a una velocidad de cizallamiento de 1 s⁻¹ y 800 Pa·s a 1000 s⁻¹. Observamos que 1000 s⁻¹ era una velocidad de cizallamiento crítica para este compuesto, por encima de la cual mantener una meseta de presión estable resultaba bastante difícil. Se aplicó la corrección de Bagley en todo momento. En general, el material mostró una buena repetibilidad y reproducibilidad de los resultados.

El hinchamiento del extruido —la tendencia de un material a expandirse al salir de la matriz capilar— es una característica particularmente importante para los compuestos de neumáticos, ya que un hinchamiento excesivo puede afectar al procesamiento posterior y a la consistencia dimensional de los perfiles extruidos. Realizamos ensayos de hinchamiento del extruido utilizando el sistema láser de hinchamiento del extruido CEAST en el mismo rango de velocidades de cizallamiento. Los resultados se presentan en el gráfico SQC junto con la curva de viscosidad frente a velocidad de cizallamiento, demostrando un comportamiento de hinchamiento del extruido consistente y confirmando la repetibilidad de los resultados en todas las probetas.