¿Por qué se utiliza comúnmente el caucho EPDM en las válvulas de los neumáticos de los automóviles?

Aunque el vástago de la válvula de un neumático es pequeño, desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la presión y en la prevención de fugas de aire. Durante el funcionamiento del vehículo, el vástago de la válvula está continuamente expuesto a condiciones extremas como temperaturas extremas, radiación ultravioleta, ozono, agua de lluvia, sal de carretera, vibraciones y fuerza centrífuga a altas velocidades.

Si el compuesto de caucho no proporciona suficiente resistencia al envejecimiento, el vástago de la válvula puede endurecerse gradualmente, perder elasticidad, desarrollar grietas superficiales, sufrir una reducción en su capacidad de sellado y, finalmente, provocar una fuga de aire lenta.

Por este motivo, el caucho utilizado en las válvulas de los neumáticos debe cumplir requisitos de rendimiento mucho más exigentes que los productos de caucho comunes.

En las válvulas de caucho para neumáticos de uso común que se insertan a presión , como las TR413, TR414 y TR418, el EPDM (caucho de etileno propileno dieno monómero) es uno de los elastómeros base más importantes.

El EPDM es idóneo para las válvulas de neumáticos, ya que ofrece una excelente resistencia al ozono, la intemperie, el calor y la oxidación. Más importante aún, estas propiedades no se deben únicamente a los antioxidantes presentes en su formulación, sino que también están estrechamente relacionadas con la estructura molecular del propio EPDM.

¿Qué es el EPDM para las válvulas de los neumáticos?

EPDM son las siglas de monómero de etileno propileno dieno, un caucho sintético producido principalmente a partir de tres tipos de monómeros.

Un monómero dieno comúnmente utilizado en EPDM es el ENB, o etilideno norborneno. El tercer monómero desempeña un papel fundamental, ya que proporciona los sitios reactivos necesarios para la vulcanización sin introducir una gran cantidad de enlaces dobles en la cadena principal del polímero.

Este diseño molecular distintivo permite que el EPDM combine una buena procesabilidad y un buen rendimiento de curado con una excelente resistencia al envejecimiento.

¿En qué se diferencia estructuralmente el EPDM utilizado para las válvulas de los neumáticos del caucho natural?

Para comprender por qué el EPDM tiene una fuerte resistencia a la oxidación, primero es necesario examinar los enlaces dobles carbono-carbono en las cadenas de polímeros de caucho.

Estructura molecular del caucho natural

El caucho natural se compone principalmente de cis-1,4-poliisopreno. Su unidad repetitiva se puede representar de forma simplificada como:

  CH₃
   |

–CH₂–C=CH–CH₂–

La cadena principal del caucho natural contiene un gran número de enlaces dobles carbono-carbono: C=C

Estos enlaces dobles contribuyen a la excelente elasticidad y al rendimiento dinámico del caucho natural. Sin embargo, también son relativamente vulnerables al ataque del oxígeno y el ozono.

Cuando los enlaces dobles y la estructura molecular circundante se dañan, la cadena principal del caucho puede sufrir gradualmente una ruptura de cadena u otros cambios estructurales. Los efectos resultantes pueden incluir:

• Mayor dureza
• Elasticidad reducida
• Menor rendimiento a la tracción
• agrietamiento de la superficie
• Rendimiento de sellado reducido

Estructura molecular del EPDM

La estructura principal del EPDM está formada principalmente por unidades de etileno y propileno y puede representarse de forma simplificada como:

–CH₂–CH₂–CH₂–CH–
                 |
                 CH₃

Su cadena principal polimérica se compone principalmente de enlaces simples carbono-carbono estables: C–C

El número limitado de enlaces dobles es introducido por el monómero de dieno y se localiza principalmente en grupos colgantes o estructuras de cadena lateral, en lugar de estar ampliamente distribuido a lo largo de la cadena principal del polímero.

En términos simplificados:

• Caucho natural: Más enlaces dobles C=C en la cadena principal
• EPDM: Una estructura C–C estable, insaturación limitada en los grupos colgantes.

Incluso después de que los sitios insaturados introducidos por el tercer monómero participen en la vulcanización, la cadena principal del EPDM permanece altamente saturada.

Esta es una de las razones fundamentales por las que el EPDM ofrece una excelente resistencia a la oxidación, al ozono y a la intemperie.

¿De qué compuesto de caucho están hechas las válvulas de los neumáticos?

El cuerpo de caucho de la válvula de un neumático no está hecho únicamente de EPDM. Se trata de un compuesto diseñado sistemáticamente que contiene cargas de refuerzo, auxiliares de procesamiento, agentes de vulcanización, aditivos protectores y un sistema de unión caucho-metal.

Las formulaciones varían según el fabricante, el diseño de la válvula, el requisito de dureza, el proceso de fabricación, las especificaciones del cliente y la norma de ensayo. La siguiente información describe un enfoque de formulación típico y no debe interpretarse como una receta fija utilizada por todos los fabricantes.

El término phr se usa comúnmente en la formulación de caucho y significa partes por cien de caucho. Indica cuántas partes de un ingrediente se agregan por cada 100 partes de caucho base.

Por ejemplo:

• EPDM: 100 phr
• Negro de carbón: 70 phr

Esto significa que se añaden 70 partes de negro de humo por cada 100 partes de EPDM.

Las dosis típicas solo sirven para comprender la estructura de una formulación. El rendimiento final de una válvula de neumático no puede evaluarse a partir de un solo ingrediente o nivel de concentración. Debe evaluarse en conjunto con la formulación completa del compuesto, el proceso de mezclado y las condiciones de vulcanización.

¿Por qué el EPDM es adecuado para las válvulas de los neumáticos de los automóviles?

A continuación se describen las principales ventajas del EPDM en los vástagos de las válvulas de los neumáticos de automóviles.

• Excelente resistencia al ozono: Las válvulas de los neumáticos permanecen expuestas a la atmósfera durante toda su vida útil, lo que permite que el ozono actúe continuamente sobre la superficie de caucho. Dado que la estructura de EPDM está altamente saturada y es relativamente resistente al ataque del ozono, esto ayuda a reducir el riesgo de agrietamiento de la superficie y fallas en el sellado.
• Buena resistencia al envejecimiento por calor: La zona del neumático y la llanta puede alcanzar temperaturas elevadas durante la conducción a alta velocidad, el frenado frecuente o la exposición prolongada al calor del verano. Un compuesto de EPDM formulado adecuadamente puede mantener una dureza, elasticidad y capacidad de sellado relativamente estables en un amplio rango de temperaturas.
• Fuerte resistencia a la intemperie: El EPDM ofrece una buena resistencia a la luz solar, al agua de lluvia, al oxígeno y a los cambios de temperatura ambiente, lo que lo hace adecuado para componentes de automóviles que deben permanecer al aire libre durante períodos prolongados.
• Buena flexibilidad a bajas temperaturas: En climas fríos, el vástago de la válvula debe mantener la flexibilidad suficiente para conservar su capacidad de sellado. Una formulación de EPDM bien diseñada puede mantener una buena flexibilidad a temperaturas relativamente bajas y reducir el riesgo de endurecimiento excesivo.
• Buena resistencia al agua: El EPDM ofrece una buena resistencia al agua y a muchos medios polares, lo que lo hace adecuado para la exposición prolongada al agua de lluvia, al aire húmedo y a entornos viales.
• Equilibrio entre coste y rendimiento: En comparación con elastómeros de alto rendimiento como el FKM, el EPDM es más adecuado para la producción a gran escala de componentes de automoción, al tiempo que cumple con los requisitos de la mayoría de las aplicaciones de válvulas de neumáticos para turismos y vehículos comerciales.

¿Cuáles son las limitaciones del EPDM para los vástagos de las válvulas de los neumáticos?

El EPDM no es un caucho universal para todos los fluidos y entornos de servicio. Sus principales limitaciones incluyen:

• Poca resistencia a la gasolina
• Poca resistencia al combustible diésel
• Poca resistencia a la mayoría de los aceites minerales.
• No apto para el contacto prolongado con lubricantes derivados del petróleo.
• Menor resistencia a la abrasión que algunos elastómeros especializados.
• La necesidad de formulaciones especialmente diseñadas y procesos de unión de caucho a metal.

El EPDM es especialmente adecuado para ambientes expuestos al aire, al agua, al vapor, al ozono y a exteriores, pero generalmente no es apto para el contacto prolongado con combustibles y aceites minerales.

En condiciones normales de funcionamiento de la válvula del neumático, el caucho está expuesto principalmente al gas del interior y al aire exterior, al agua de lluvia y a las condiciones de la carretera. Esto permite aprovechar eficazmente las ventajas del EPDM.

Preguntas frecuentes sobre las válvulas de neumáticos de EPDM

¿Las válvulas de los neumáticos de los automóviles están hechas de EPDM puro?

No. La sección de caucho de la válvula de un neumático de automóvil generalmente utiliza EPDM como elastómero base, pero el compuesto completo también contiene negro de humo, aceite de proceso, agentes de vulcanización, aceleradores, antioxidantes y otros aditivos. Por lo tanto, se trata de un compuesto de EPDM modificado, en lugar de EPDM puro sin formular.

¿Por qué el EPDM es más adecuado que el caucho natural para las válvulas de los neumáticos?

La diferencia más importante radica en la estructura de la cadena principal del polímero. El caucho natural contiene más enlaces dobles carbono-carbono en su cadena principal, lo que lo hace más vulnerable al ataque del oxígeno y el ozono. El EPDM tiene una cadena principal compuesta principalmente por enlaces simples carbono-carbono estables y, por lo tanto, presenta un mayor grado de saturación general. Como resultado, el EPDM generalmente ofrece mejor resistencia al ozono, a la oxidación y a la intemperie a largo plazo que el caucho natural.

¿Una etiqueta EPDM indica automáticamente que la válvula del neumático es de alta calidad?

No necesariamente. Incluso cuando dos productos utilizan EPDM, su rendimiento real puede diferir significativamente. La calidad final también depende de:

• El grado EPDM
• Los sistemas de negro de humo y aceite de proceso
• Los sistemas antioxidantes y curativos
• Calidad de mezcla y dispersión
• Calidad de la unión caucho-metal
• El proceso de vulcanización
• Pruebas del producto terminado y consistencia del lote

Por lo tanto, el nombre del material base es solo una dimensión de la calidad del producto.

¿Cómo pueden los compradores determinar si una válvula de neumático de EPDM es fiable?

La apariencia y las etiquetas de los materiales por sí solas no son suficientes. Los compradores también deben considerar si el proveedor tiene un control estable sobre las materias primas, la mezcla de compuestos, el moldeo por vulcanización, la unión caucho-metal y la inspección del producto terminado. Durante la evaluación del proveedor, los compradores pueden preguntar si el producto ha completado las siguientes pruebas de validación:

• Pruebas de envejecimiento térmico
• Pruebas de envejecimiento por ozono
• Pruebas de rendimiento a bajas temperaturas
• Prueba de hermeticidad
• Prueba de fuerza de extracción
• Pruebas de fatiga por flexión
• Pruebas de durabilidad de alta velocidad
• Pruebas de adherencia entre caucho y metal

Estos resultados de las pruebas proporcionan una indicación más precisa de la calidad real del producto que simplemente preguntar si el vástago de la válvula está fabricado con EPDM.

Conclusión: EPDM en vástagos de válvulas de neumáticos

El EPDM se utiliza ampliamente en los vástagos de las válvulas de los neumáticos de caucho para automóviles , principalmente debido a su estructura molecular altamente saturada.

En comparación con el caucho natural y otros elastómeros cuyas cadenas principales contienen más enlaces dobles, el EPDM es menos vulnerable al ataque del oxígeno y el ozono. Por lo tanto, ofrece una mayor resistencia a la oxidación, el ozono, la radiación ultravioleta y la exposición prolongada a la intemperie.

Sin embargo, el rendimiento de una válvula de neumático de alta calidad no depende únicamente de si se utiliza EPDM. La calidad del producto está determinada por un sistema completo de materiales y fabricación, que incluye:

• Un grado de EPDM adecuado
• Un sistema de negro de humo y aceite de proceso diseñado adecuadamente
• Un sistema de curado estable
• Un sistema eficaz de protección contra el envejecimiento
• Unión fiable entre caucho y metal
• Control estricto del moldeo y la vulcanización
• Pruebas exhaustivas del producto terminado

En el caso de los vástagos de las válvulas de los neumáticos de automóviles, la estructura del material establece la base del rendimiento, mientras que la formulación, los procesos de fabricación y las pruebas determinan la calidad final del producto.