Científicos estadounidenses revelan el secreto de la resistencia de los neumáticos tras un siglo de búsquedas. Un grupo de investigadores de Estados Unidos ha explicado por primera vez por qué la adición de negro de carbón hace que la goma de neumáticos y equipos sea casi indestructible. Su descubrimiento cambia la forma de crear materiales duraderos y económicos.
Durante cien años, los fabricantes de neumáticos y caucho industrial sabían que si se añadía un tipo especial de negro de humo al material, este se volvía varias veces más resistente y duradero. Sin embargo, nadie podía explicar por qué ocurría esto: ni los ingenieros, ni los químicos, ni los físicos. Ahora este misterio ha sido resuelto: un equipo de la Universidad del Sur de Florida, con ayuda de superordenadores, ha simulado por primera vez lo que sucede dentro del caucho a nivel molecular.
La investigación, publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences, ha supuesto un avance para toda la industria. Como destaca Auto Bild, los científicos liderados por el profesor David Simmons realizaron mil quinientas simulaciones complejísimas para observar el comportamiento de cientos de miles de átomos en el caucho con adición de negro de humo bajo carga. Un volumen de cálculo así habría sido imposible hace apenas una década.
Tres efectos en lugar de uno
La principal conclusión es que la resistencia del caucho no es el resultado de un solo proceso, sino de una compleja combinación de tres fenómenos a nivel nanométrico. En primer lugar, las partículas de negro de humo forman una red densa que enlaza las cadenas poliméricas entre sí. En segundo lugar, entre el negro de humo y las moléculas de caucho se forman enlaces químicos sólidos —prácticamente, un pegamento molecular—. En tercer lugar, el negro de humo rellena vacíos microscópicos, impidiendo que los polímeros se rompan incluso bajo cargas extremas.
El papel clave lo desempeña el llamado coeficiente de Poisson, una característica física que determina cómo se deforma el material bajo presión. Se ha comprobado que es precisamente la combinación de la red de carbono negro, el «pegamento» químico y el efecto de relleno espacial lo que hace que la goma sea prácticamente invulnerable al desgarro y al desgaste.
El fin de la era del «método de prueba y error»
Hasta este descubrimiento, los fabricantes de neumáticos y productos industriales se veían obligados a actuar a ciegas: elegían los tipos de negro de carbono y sus proporciones mediante ensayo y error, gastando años y millones en pruebas. Ahora que se comprende la física del proceso, es posible diseñar materiales con propiedades concretas —por ejemplo, crear neumáticos que duren más tiempo, ofrezcan mejor adherencia en asfalto mojado y reduzcan el consumo de combustible o aumenten la autonomía de los vehículos eléctricos.
Según los expertos, este descubrimiento permitirá producir no solo neumáticos más eficientes, sino también sellos, válvulas y mangueras industriales y médicas de alta fiabilidad. Las tecnologías que durante décadas avanzaron a tientas ahora cuentan con una base científica.
Para referencia: el negro de carbono es una forma especial de carbono obtenida por la combustión de hidrocarburos. Se utiliza no solo en la goma, sino también en pinturas, plásticos y electrónica. En la industria automotriz se ha vuelto insustituible precisamente por su combinación única de resistencia y elasticidad, que ahora por primera vez ha sido explicada científicamente.
