Lubricantes para maquinaria de caucho y vulcanización: prensas, extrusoras y calandras de goma
La industria del caucho exige lubricantes que sean compatibles químicamente con los compuestos de vulcanización —azufre, peróxidos orgánicos, óxidos metálicos— y que resistan temperaturas de proceso de 100-200°C en mezcladores internos, extrusoras y prensas. Esta guía técnica detalla los lubricantes correctos para cada punto de la maquinaria y los criterios de compatibilidad química imprescindibles.
Mezcladores internos Banbury e Intermix: lubricación de rodamientos y rotores
El mezclador interno de tipo Banbury (Farrel Corporation) e Intermix (HF Mixing Group) es el equipo central en la fabricación de compuestos de caucho. Los rotores giran a 20-60 rpm mezclando caucho crudo, negro de carbono, plastificantes, agentes de vulcanización y cargas. Las temperaturas dentro de la cámara de mezcla alcanzan 140-200°C según el compuesto y el ciclo de mezcla.
Rodamientos de los rotores: aceite circulante ISO VG 100-220
Los cojinetes principales de los rotores del Banbury son de gran tamaño (diámetros de eje de 150-350 mm en equipos de producción de 250-650 litros de capacidad) y soportan cargas combinadas radiales y axiales elevadas. La lubricación es por aceite circulante (sistema de engrase con bomba, filtro y refrigerador de aceite). La viscosidad recomendada por los fabricantes (Farrel, HF, Kobe Steel, VMI) es ISO VG 100 a VG 150 para velocidades de rotor normales (40-60 rpm) e ISO VG 150 a VG 220 para equipos de mayor tamaño y menor velocidad. El aceite debe ser un aceite de engranajes circulante del tipo ISO VG sin azufre activo (non-active EP o turbine oil type) o un aceite de circulación R&O (rust and oxidation inhibited). La presencia de azufre activo en el aceite —como el usado en algunos aceites EP de tipo sulfuro de sperm oil o disulfuro de molibdeno— puede reaccionar con el compuesto de caucho si hay contaminación cruzada y alterar la formulación del batch.
Restricción crítica: ausencia de compuestos de azufre en lubricantes
La restricción más importante en la lubricación de la maquinaria de caucho es la exclusión de azufre activo en los lubricantes que puedan entrar en contacto (directo o por vapor/migración) con el compuesto de caucho. En los sistemas de vulcanización con azufre, la proporción exacta de azufre en el compuesto está controlada al décimo de ppm; cualquier aporte adicional de azufre desde el lubricante puede alterar el grado de entrecruzamiento y provocar defectos en el producto final (sobre-vulcanización, cambio de dureza Shore A, pérdida de resistencia a la tracción). Los aceites R&O de base parafínica sin aditivos EP sulfurados son la elección correcta.
Grasa para guías de la corredera del pistón flotante (floating weight)
El pistón flotante (floating weight o ram) que empuja el compuesto dentro de la cámara del Banbury desliza sobre columnas guía. Estas guías requieren engrase periódico. La grasa debe cumplir dos condiciones: (1) resistir las temperaturas de la zona cercana a la cámara de mezcla (80-120°C en las columnas guía); (2) no contener compuestos de azufre activo ni solventes que puedan contaminar el compuesto. Grasas de complejo de litio (Li-Complex) de base parafínica sin aditivos EP sulfurados, NLGI 2, son la elección estándar. En plantas que procesan compuestos con sistemas de curado por peróxidos (EPDM, caucho de silicona), debe verificarse además que la grasa no contenga aminas aromáticas (antioxidantes a base de fenilendiaminas) que puedan actuar como inhibidores del peróxido y retardar el curado.
Sellos de rotor y zona de contacto con compuesto
Los sellos del rotor (drop door seals, rotor end seals) son críticos para evitar la fuga de compuesto. Estos sellos se lubrican con grasa de baja migración o grasa de silicona en algunos diseños, aunque la mayoría de los fabricantes modernos usan sistemas de sello de aire/gas sin lubricante en la zona de contacto directo. Los rodillos de la puerta inferior (drop door hinges y latches) requieren grasa EP NLGI 2 para las articulaciones de alta carga.
Extrusoras de caucho: cojinete de empuje del husillo y zonas de barril
Las extrusoras de caucho (warm feed o cold feed) procesan el compuesto de caucho mezclado para darle forma continua: perfiles, tubos, bandas, recubrimiento de cables. Las temperaturas de proceso del barril son más bajas que en el Banbury (60-120°C para caucho natural y SBR, hasta 140°C para EPDM y silicona), pero las cargas en el husillo son elevadas.
Cojinete de empuje axial del husillo (screw thrust bearing)
El husillo de la extrusora genera una fuerza axial hacia la cabeza de extrusión proporcional a la presión de cabeza (típicamente 50-200 bar) y al diámetro del husillo. Esta fuerza es absorbida por el cojinete de empuje (thrust bearing), que puede ser un rodamiento de rodillos cónicos de gran tamaño, un rodamiento de bolas de contacto angular en tándem, o un cojinete hidrodinámico Kingsbury en extrusoras de gran diámetro (> 200 mm). La lubricación del cojinete de empuje en extrusoras medianas y grandes es por aceite circulante: aceite de engranajes ISO VG 150-220 (sin azufre activo) o aceite hidráulico de alta viscosidad ISO VG 100-150. En extrusoras pequeñas de laboratorio o prototipado, el cojinete de empuje es frecuentemente de rodillos cónicos lubricado con grasa de complejo de litio NLGI 2.
Reductor y caja de engranajes de la extrusora
La caja de engranajes de la extrusora reduce la velocidad del motor eléctrico (1 500 rpm típicamente) a la velocidad del husillo (20-80 rpm). Las cargas en los engranajes son muy elevadas (alto par a baja velocidad). El aceite de engranajes debe ser un CLP (ISO 6743-6, DIN 51517-3) de tipo EP, ISO VG 220 a ISO VG 460 según el tamaño de la caja. La restricción de azufre activo se aplica aquí sólo si hay riesgo de migración o contaminación cruzada con el compuesto (extrusoras con deficiente sellado del husillo). En la mayoría de los diseños modernos, la caja de engranajes está físicamente separada del barril de extrusión y no existe riesgo de contaminación: se puede usar aceite EP convencional con aditivos sulfuro-fósforo (S-P type).
Tornillos y roscas de la cabeza de extrusión
Los tornillos de fijación de la cabeza (head bolts, die bolts) y las roscas de los portadados se lubrican con grasa de alta temperatura para facilitar el desmontaje tras ciclos de calentamiento. La temperatura de la cabeza de extrusión puede llegar a 130-160°C. Se recomienda pasta anti-seize (pasta de cobre, pasta de níquel) o grasa de sulfonato de calcio sobrebásico de alta temperatura para estas roscas. La pasta de cobre es la más económica pero puede generar depósitos en roscas de acero inoxidable con el tiempo; la pasta de níquel (para temperaturas superiores a 800°C nominal) es excesiva para este uso pero igualmente válida.
Tabla 1: Guía de lubricación para Banbury y extrusoras de caucho
Prensas de vulcanización hidráulicas: aceite hidráulico y grasas de alta temperatura
Las prensas de vulcanización (curing presses) aplican calor (160-200°C en los platos calefactados) y presión (100-300 bar en el molde) al compuesto de caucho durante el tiempo de curado. Son máquinas hidráulicas de alta presión con componentes mecánicos expuestos a temperaturas elevadas.
Aceite hidráulico del circuito de prensa: ISO HM o HF
El circuito hidráulico de la prensa de vulcanización usa aceite hidráulico convencional ISO VG 46 o ISO VG 68. La especificación más habitual es ISO HM (mineral, con inhibidores anti-desgaste tipo zinc dialquil ditiofostato, ZDDP) o ISO HF (free-zinc, sin ZDDP, para sistemas con metales no ferrosos sensibles al zinc como ciertos bronces de alta resistencia). En prensas de inyección de caucho de alta velocidad, donde las servoválvulas tienen holguras de 5-10 micras, se exige aceite de alta limpieza (ISO 4406 ≤ 17/15/12 en el sistema, ≤ 15/13/10 en la válvula directional). La compatibilidad del aceite hidráulico con los sellos de Nitrilo (NBR), FKM (Viton) o EPDM del circuito de prensa debe verificarse: los aceites minerales convencionales son compatibles con NBR; aceites con base éster son compatibles con EPDM pero pueden atacar NBR.
Vástagos de pistón y guías de platina: grasa de alta temperatura
Las columnas guía (tie bars / guide rods) de la prensa y los vástagos de los cilindros de apertura de molde trabajan a temperaturas de 50-100°C superficialmente debido a la proximidad de los platos calefactados. Las grasas de litio convencionales (punto de goteo ~190°C) son insuficientes para servicio continuo por encima de 130°C. Se recomiendan:
- •Grasa de sulfonato de calcio complejo (Ca-Sulfonate Complex): punto de goteo > 300°C, excelente resistencia al agua, buenas propiedades EP sin azufre activo, compatible con la mayoría de elastómeros.
- •Grasa de bentonita (clay-thickened, bentone): punto de goteo indefinido (no funde), resistencia extrema a la temperatura, pero puede ser abrasiva en superficies cromadas de bajo acabado superficial.
- •Grasa de complejo de litio con aditivo politetrafluoroetileno (PTFE) + inhibidor de alta temperatura: alternativa media para temperaturas hasta 160°C, menor coste que sulfonato de calcio complejo.
Expulsores (ejectors) y pines de expulsión del molde
Los pines de expulsión y los mecanismos de eyección del molde trabajan en ciclos de alta frecuencia (una expulsión cada 2-5 minutos en producción continua) a temperaturas de 150-180°C en la superficie del molde. La lubricación de los pines debe cumplir: compatibilidad con el caucho curado (no puede contaminar la superficie del producto), resistencia a la temperatura, bajo coeficiente de fricción para facilitar la expulsión. Grasa de sulfonato de calcio sin colorantes o sin PTFE es la elección más habitual; en algunos casos se usa lubricante de PTFE seco (spray o en barra) para los pines de expulsión en contacto directo con el producto de caucho, precisamente para evitar cualquier depósito graso en la superficie del producto.
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Vulcanización continua: autoclave, LCM y sal fundida — lubricantes en entorno hostil
Los sistemas de vulcanización continua (continuous vulcanization, CV) permiten producir perfiles, mangueras y cables a alta velocidad sin molde. Los principales sistemas son el autoclave de vapor, el LCM (Liquid Curing Medium — sales de nitrato/nitrito fundidas a 200-250°C) y el HAV (Hot Air Vulcanization). Cada sistema genera un entorno de contaminación específico que afecta a los lubricantes de la maquinaria adyacente.
LCM — Baño de sal fundida (nitrato/nitrito de potasio y sodio)
El baño de sal fundida (mezcla de KNO₃/NaNO₂/NaNO₃, sales de nitrato) es extremadamente corrosivo para los materiales de los rodamientos y cojinetes cercanos si hay contaminación. Los lubricantes en el entorno LCM deben ser impermeables a la contaminación por sales y tener base resistente a la oxidación por agentes nítricos. Grasas de sulfonato de calcio complejo son las más utilizadas en los cojinetes del transportador del baño de sal, por su alta basicidad reservada (total base number, TBN elevado) que neutraliza la acidez generada por contaminación con sal fundida. Los rodamientos del transportador se sustituyen con frecuencia anual y se lubrican con bombeo centralizado.
HAV — Hot Air Vulcanization
En los túneles de aire caliente (200-280°C de temperatura del aire), los rodamientos de los ventiladores de circulación trabajan a temperaturas de carcasa de 80-130°C. Se requieren grasas de alta temperatura: complejo de litio con sílice amorfa o sulfonato de calcio complejo, NLGI 2, con aditivos antioxidantes de alta temperatura (aminados o fenólicos de gran volumen molecular para baja volatilidad). Los intervalos de re-engrase son cortos (200-500 h) por las altas temperaturas y la tendencia al goteo o sangrado de la base de aceite.
Fabricación de neumáticos: prensas de transferencia, vejiga y lubricantes de proceso
Prensa de curado de neumáticos (tire curing press)
Las prensas de curado de neumáticos (tipo Bag-O-Matic, tipo BOM o prensa de doble lado) combinan el molde calefactado exterior con una vejiga interior (bladder) de caucho que se infla con vapor o agua caliente/nitrógeno para dar forma al neumático crudito. El sistema hidráulico de la prensa usa aceite ISO HM VG 46. Los vástagos y columnas de la prensa se lubrican con grasa de sulfonato de calcio complejo o grasa de alta temperatura NLGI 2. Los mecanismos de cierre del molde (lock rings, sector locks en moldes de dos piezas) requieren grasa EP de alta temperatura para resistir los ciclos repetitivos.
Vejiga interior de curado (curing bladder): compatibilidad de lubricante interno
La vejiga de curado de neumático es de caucho butílico o halobutílico (IIR o BIIR). El fluido interior (steam, hot water, nitrogen) no contiene lubricante convencional. Sin embargo, en algunas operaciones se usa un agente lubricante interno (inner bladder lubricant) para facilitar la expansión uniforme de la vejiga y reducir la fricción con el caucho del neumático en la zona de talas. Este agente lubricante interno es generalmente una emulsión de silicona de bajo porcentaje (1-5% de silicona en agua) o una solución de jabón. No se usan aceites convencionales en este punto.
Agentes desmoldeantes vs. lubricantes
Los agentes desmoldeantes (mold release agents) son frecuentemente confundidos con lubricantes pero tienen función diferente: se aplican a la superficie del molde o al exterior del neumático crudito para evitar la adherencia al molde durante el curado. Los agentes desmoldeantes a base de silicona son los más utilizados. Un problema técnico importante: la contaminación con silicona de las superficies de caucho tratadas con desmoldeante puede impedir la adhesión de pinturas o recubrimientos en etapas posteriores (fallo de pintado de la zona lateral del neumático, fallo de adhesión en suelas de calzado vulcanizado). La elección del desmoldeante debe ser compatible con los procesos downstream.
Calandras de caucho: rodillos de alta carga y engranajes de sincronización
La calandra de caucho es una máquina de varios rodillos (3 a 5 rodillos) que lamina el compuesto de caucho en láminas de espesor controlado, o que impregna tejidos con caucho (skim coating, friction coating). Los rodillos pueden medir hasta 800 mm de diámetro y 2 500 mm de anchura en calandras de producción de grandes volúmenes. Las fuerzas de separación de rodillos (nip force) son muy elevadas: hasta 5 000 kN en calandras industriales grandes.
Cojinetes de los rodillos: lubricación por aceite o grasa
Los rodillos de la calandra se apoyan en cojinetes de rodillos cilíndricos de gran tamaño (NU o N series) o, en diseños más modernos, en cojinetes de rodillos cónicos de cuatro hileras (four-row tapered roller bearings). La lubricación depende del diseño del alojamiento: en cojinetes de rodillos con caja estanca (plummer block cerrado), se usa grasa de complejo de litio NLGI 2 o grasa de sulfonato de calcio NLGI 2, con re-engrase cada 200-500 h según la temperatura y la carga. En calandras de alta velocidad y alta carga con cojinetes de manguito (sleeve bearings para los rodillos de mayor tamaño), se usa aceite circulante ISO VG 150-220.
Engranajes de sincronización de rodillos: aceite EP ISO VG 460-680
La sincronización de la velocidad periférica de todos los rodillos de la calandra es crítica para controlar el espesor del laminado y evitar el desgarro del caucho. Los engranajes de sincronización (equalizer gears o speed gears) son engranajes de gran módulo con relaciones de velocidad precisas. La lubricación es por aceite de engranajes EP de alta viscosidad ISO VG 460 o VG 680 (ISO CLP, DIN 51517-3). Estos aceites tienen alto contenido de aditivos EP tipo sulfuro-fósforo (S-P) que protegen los flancos de engranaje de la micropicadura y el pitting bajo las cargas de contacto hertziano elevadas. El cambio de aceite en las cajas de engranajes de calandra se realiza cada 4 000-6 000 horas o anualmente.
Sistema de ajuste de la holgura entre rodillos (nip adjustment)
El ajuste de la holgura entre rodillos (crossing o nip gap) se realiza mediante husillos de bola o husillos trapezoidales de alta precisión, accionados por servomotores. Los husillos y las tuercas de los ejes de desplazamiento de rodillos requieren lubricación con grasa EP NLGI 1-2 que combine buena adherencia al husillo con baja fricción (para no interferir en la precisión del ajuste). En calandras con ajuste CNC de alta precisión, se usan grasas de PTFE de muy baja fricción o aceite de viscosidad media (ISO VG 100-150) en los husillos para garantizar la reproducibilidad del ajuste.
Tabla 2: Guía de lubricación para prensas y vulcanizadoras
Tabla de compatibilidad química: agentes de vulcanización vs. tipo de base lubricante
La selección correcta del lubricante en la industria del caucho no puede ignorar la compatibilidad química entre los agentes de vulcanización presentes en el ambiente de proceso y la base lubricante. La siguiente tabla recoge la evaluación de riesgo de incompatibilidad.
Nota: La evaluación RIESGO/OK asume contaminación cruzada potencial por proximidad o fuga. En sistemas completamente estancos sin contacto con el compuesto, la base lubricante puede seleccionarse libremente en función de otras propiedades técnicas.
Preguntas frecuentes
¿Por qué no se pueden usar aceites EP con azufre activo en los cojinetes del mezclador Banbury?
El azufre activo de los aditivos EP puede migrar al compuesto de caucho si hay contaminación por vapor de aceite o fuga en los sellos del rotor. En la formulación de un compuesto de caucho con sistema de curado por azufre, la proporción de azufre elemental está controlada al décimo de parte por cien (phr). Cualquier aporte externo de azufre activo altera el grado de entrecruzamiento y puede cambiar la dureza Shore, la resistencia a la tracción y el elongamiento del producto final, generando no conformidades en toda la producción del batch contaminado.
¿Qué grasa debo usar en las columnas guía de una prensa de vulcanización que trabaja a 110°C en superficie?
A 110°C de temperatura superficial, las grasas de litio convencionales (punto de goteo ~190°C) pueden funcionar pero con intervalos de re-engrase muy cortos por la evaporación del aceite base. La elección técnicamente correcta es una grasa de sulfonato de calcio complejo NLGI 2 (punto de goteo > 300°C, resistencia al agua excelente, propiedades EP sin azufre activo) o una grasa de complejo de poliurea NLGI 2 para temperaturas de hasta 150°C. Evite grasas de silicona si hay riesgo de contaminación de superficies que se van a pintar o pegar posteriormente.
¿Se puede usar el mismo aceite hidráulico para una prensa de inyección de caucho de alta velocidad y para una prensa de vulcanización convencional?
En principio sí, si ambas usan ISO VG 46 ISO HM. Sin embargo, la prensa de inyección de caucho de alta velocidad tiene servoválvulas con tolerancias muy estrechas (5-10 µm) que exigen aceite de alta limpieza (ISO 4406 ≤ 17/15/12 en el depósito), mientras que la prensa convencional es menos exigente (≤ 18/16/13). Si se usa el mismo aceite, el sistema de filtración debe dimensionarse para el equipo más exigente. Verifique también la compatibilidad de los sellos de ambas prensas con el aceite seleccionado.
¿Los agentes desmoldeantes de silicona pueden contaminar los rodamientos de la calandra o la prensa?
La silicona de los agentes desmoldeantes en spray puede contaminar los rodamientos si se aplica de forma descuidada y alcanza los alojamientos de los cojinetes. La silicona tiene tendencia a degradar ciertos aditivos antioxidantes de las grasas y reduce la eficacia de los aditivos EP en algunos casos. Más importante: la contaminación de las superficies de caucho producto con silicona puede impedir la adhesión posterior. Use protectores para los rodamientos durante la aplicación del desmoldeante y aplique el agente en cantidad mínima necesaria.
¿Cuál es el intervalo de re-engrase correcto para los rodamientos del transportador de un sistema LCM de vulcanización continua?
En sistemas LCM con sal de nitrato/nitrito fundida a 200-250°C y rodamientos expuestos indirectamente a la contaminación por sal, el intervalo de re-engrase debe ser corto: 100-200 horas con grasa de sulfonato de calcio complejo de alto TBN. La sal fundida es corrosiva para el acero de los rodamientos y degrada las grasas convencionales rápidamente. En muchas plantas, los rodamientos del transportador LCM se sustituyen anualmente como mantenimiento preventivo independientemente del estado aparente, por el bajo coste relativo frente al coste de una parada no planificada.
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