ES2385153B1

ES2385153B1 - Material elastomérico de bajas emisiones para juntas en tanques de combustible y proceso de fabricación de juntas.

Info

Publication number: ES2385153B1
Application number: ES201031926A
Authority: ES
Inventors: Aritz Nogues Arnedo
Original assignee: HIDRO RUBBER IBERICA SA; Hidro Rubber Iberica S A; Hidro Rubber Iberica Sa
Current assignee: HIDRO RUBBER IBERICA SA; Hidro Rubber Iberica S A; Hidro Rubber Iberica Sa
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2013-05-24
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: ES2385153A1

Abstract

Material elastomérico de bajas emisiones para juntas en tanques de combustible y proceso de fabricación de juntas.#Se describe un material elastomérico especialmente concebido para la construcción de juntas para tanques de combustible, con aplicación especial al sector de la automoción para evitar o reducir considerablemente las emisiones evaporativas, y un proceso de fabricación de dichas juntas a partir de tal material elastomérico. El material consiste en un compuesto obtenida a partir de una mezcla a base de polímero (caucho), cargas blancas, plastificantes (ceras de carnauba), agentes de vulcanización y acelerantes. El proceso de fabricación comprende la realización de preformas de dicho material, y la conformación de las mismas mediante moldeo por compresión, vulcanización y post-curado en horno apropiado.

Description

"MATERIAL ELASTOMÉRICO DE BAJAS EMISIONES PARA JUNTAS EN

Objeto de la Invención

La presente invención se refiere a un nuevo material elastomérico de bajas emisiones para juntas en tanques de combustible, y a un proceso de fabricación de juntas mediante transformación de dicho material, que aportan esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a los procesos conocidos y utilizados para fines similares en el estado actual de la técnica.

Más en particular, la invención propone el desarrollo de un material elastomérico, a base de un polímero

(caucho), especialmente apropiado para la aplicación en la construcción de juntas que permitan eliminar, o al menos reducir considerablemente, las emisiones evaporativas que se producen en el ramo de la automoción, en particular en las juntas empleadas en los tanques de combustibles.

También constituye un objeto de la invención un procedimiento para la transformación del material elastomérico en piezas constitutivas de juntas mediante un proceso de moldeo por compresión de dicho material.

El campo de aplicación de la invención se encuentra comprendido dentro del sector industrial de la automoción, especialmente el de fabricación de juntas para tanques de combustible.

Antecedentes y Sumario de la Invención

Los elastómeros son compuestos obtenidos mediante

procesos de transformación de caucho, natural o sintético. El proceso básico en la preparación del elastómero consiste en una operación de mezclado que debe ser realizada apropiadamente para evitar los problemas que con posterioridad podrían aparecer durante las fases de conformación y vulcanización. La preparación de la mezcla incluye esencialmente tres operaciones, que en la práctica pueden ser llevadas a cabo de manera simultánea o sucesivamente una tras o otra, y que consisten en una operación de incorporación, durante la que se introducen los ingredientes líquidos o sólidos en la fase continua constituida por el caucho; una operación de dispersión, mediante la que se realiza la rotura de los aglomerados macroscópicos en que se presentan los ingredientes en polvo, para la obtención de los elementos primarios correspondientes con el fin de facilitar su disolución en el caucho, en caso de que sean solubles, como ocurre por ejemplo con algunos acelerantes, antioxidantes, azufre, etc., o bien para aumentar al máximo posible la superficie de contacto entre el polvo y el caucho, como ocurre en el caso de las cargas insolubles, puesto que la efectividad depende de las interacciones que se producen en esta superficie; por último, una operación de homogeneización, destinada a distribuir de la manera más regular posible los ingredientes en toda la masa de la mezcla.

Para llevar a cabo el proceso de mezclado, se utilizan normalmente aparatos bien conocidos en el estado de la técnica, tales como un mezclador de rodillos (también conocido como mezclador abierto), o bien un mezclador interno o de Banbury (mezclador cerrado) En ambos casos, las operaciones funcionales llevadas a cabo para la preparación de la mezcla son equivalentes, y consisten en los siguientes pasos:

Introducción del caucho en el dispositivo

mezclador, dejándolo un tiempo para que plastifique;

Adición de las cargas y las ayudas del proceso,

si las hubiere;

Introducción de los plastificantes, y

finalmente, Introducción de los agentes de

vulcanización y acelerantes.

Al final del proceso se obtiene el material elastómero, debidamente preparado para su transformación en las diversas piezas que se desee fabricar con el mismo, como son, por ejemplo, las juntas de estanquidad utilizadas en el sector del automóvil para evitar pérdidas y emisiones contaminantes al medio ambiente.

En efecto, la reducción de las emisiones contaminantes constituye en la actualidad una gran demanda social, especialmente en relación con el sector de la automoción, puesto que éste es el causante de alrededor de un 40% de la emisiones totales de C02. Como se sabe, tanto en Europa como en Estados Unidos y otros lugares del mundo industrializado, se están estableciendo normas que cada vez son más restrictivas en lo que a generación de gases contaminantes se refiere. Normalmente, cuando se habla de emisiones del automóvil, se da por hecho que se está haciendo referencia a las emisiones procedentes del tubo de escape y del motor de los vehículos. Sin embargo, existen en el automóvil otros tipos de emisiones distintas de las mencionadas anteriormente, y que son concretamente las emisiones evaporativas. Se trata en particular de las emisiones que se generan sin necesidad de que el vehículo esté en marcha, como es el caso de las emisiones directas del combustible, que pueden provenir del tanque de combustible o de los tubos que conectan dicho tanque con el motor, antes de que el combustible sea utilizado. Un reto

perseguido por las normativas actuales consiste en conseguir vehículos con cero emisiones contaminantes ("ZEV = Zero Emission Vehicle"), previsto para ser alcanzado en varias etapas con vehículos en los que las emisiones parciales se reduzcan progresivamente ("PZEV = Partial Zero Emission Vehicle") . En la actualidad, no existen tanques de combustible que sean capaces de cumplir con emisiones "cero", sobre todo si el combustible empleado es un combustible con un pequeño porcentaje de biocombustible, que tiene una influencia directa en el incremento sustancial de tales emisiones (por ejemplo el E10, es decir, gasolina común con un 10% de etanol).

Hoy en día existen dos clases de tanques de combustible: los fabricados en plástico y los fabricados en metal. Cada vez más, los plásticos están sustituyendo a los metálicos. Los tanques de combustible de plástico están evolucionando técnicamente, siendo cada vez más complejos y mostrando cada vez un mayor número de capas, lo que hace que los sistemas productivos sean cada vez más complicados, los componentes sean de materiales más técnicos, etc. Uno de los componentes clave a la hora de reducir las emisiones contaminantes evaporativas, es la junta de caucho. En la actualidad, cuando se trata de cumplir normativas de bajas emisiones (Euro V, Euro VI, LEVII, etc.), las juntas suelen estar fabricadas con mezclas de caucho de tipo FKM

(fluoroelastómero) "estándares"; sin embargo, con estos fluoroelastómeros estándares y conocidos en el mercado, no es posible cumplir con los objetivos que las nuevas normativas imponen (normativa PZEV, LEV III, etc.), sobre todo teniendo en cuenta que la nueva normativa LEV III que entrará en vigor en 2012, incluirá la medición de las emisiones evaporativas con E10 (gasolina común + 10% etanol) . Por ello, se hace necesario poder disponer de materiales que permitan juntas para las aplicaciones mencionadas, que posibiliten la consecución de emisiones ultra bajas (materiales con un contenido especialmente alto de flúor), que puedan ser producidas a un precio asequible, y que garanticen que dichas emisiones se mantienen por debajo de los límites establecidos.

Teniendo en cuenta lo anterior, la presente invención se ha propuesto como objetivo fundamental la obtención de un material elastomérico para la fabricación de juntas para tanques de combustible que satisfagan las normas más exigentes del mercado automovilístico internacional en materia de emisiones medioambientales. Este objetivo ha sido plenamente alcanzado con el material elastomérico y con el proceso de transformación de dicho material para la fabricación de juntas, que van a ser objeto de descripción en lo que sigue, y cuyas características esenciales aparecen recopiladas en las reivindicaciones 1 y 4 anexas, respectivamente.

En esencia, el material propuesto por la presente invención está caracterizado por una combinación de componentes especialmente seleccionados de acuerdo con el objetivo final perseguido, de modo que la mezcla obtenida con tales componentes se somete después a un proceso de vulcanización convencional, para pasar de un estado plástico a un estado elástico. Los ingredientes que intervienen en la mezcla consisten principalmente en: un material polímero, que con preferencia es un fluoroelastómero (FKM) ; cargas, para incrementar la resistencia mecánica del producto final; plastificantes, para mejorar la procesabilidad del compuesto; agentes de vulcanización, para proporcionar las propiedades físicas y mecánicas finales deseadas al compuesto, y acelerantes para aumentar la velocidad de vulcanización. La mezcla se somete al proceso de vulcanización durante un tiempo preestablecido a una temperatura predeterminada, y posteriormente a un proceso de post-curado.

El material elastomérico así obtenido, admite ser sometido a un proceso de transformación para la realización de las piezas deseadas, obtenidas mediante una operación de compresión dado que la técnica de inyección no resulta aconsejable ante el alto contenido de flúor del material. Así, el material es extruido para la obtención de un cordón longitudinal cilíndrico que se somete a una acción de corte para la obtención de preformas que son sometidas después a moldeo por compresión, obteniéndose piezas que se someten a una operación de post-curado en un horno a temperatura adecuada.

Breve Descripción de los Dibujos

Estas y otras características y ventajas de la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de un ejemplo de realización preferida de la misma, dado únicamente a título ilustrativo y no limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura 1 es una ilustración esquemática del proceso de fabricación de piezas mediante moldeo por compresión a partir del material elastomérico de la presente invención.

Descripción de una FoDma de Realización Preferida

Tal y como se ha mencionado brevemente en lo que antecede, la obtención del material elastomérico de bajas emisiones para las juntas de tanques de combustibles consiste esencialmente en la formación de un compuesto a base de los ingredientes básicos que se definen a continuación con mayor detalle:

Polímero (caucho)

De acuerdo con la exposición anterior, la selección adecuada de los ingredientes básicos es una operación esencial para permitir que el producto final muestre las características más adecuadas para los fines a los que se destina. Así, de acuerdo con las pruebas y los ensayos llevados a cabo por la solicitante, el polímero que se ha considerado más adecuado para este tipo de aplicaciones ha sido un fluoroelastómero (FKM), que en este caso es un terpolímero de vinilideno fluorado/ tetrafluoroetileno/ hexafluoropropileno, con un alto contenido en flúor (>70%) que le proporciona las propiedades de permeabilidad necesarias para la aplicación requerida.

Cargas

Se: emplean cargas blancas para incrementar la

resistencia: mecánica del producto final, en especial la

resistencia: a la rotura y el desgarro.

Plastificantes

Los plastificantes seleccionados para el compuesto de la invención son ceras de carnauba, destinadas a mejorar la capacidad de procesamiento del compuesto.

Agentes de vulcanización

De acuerdo con la invención, el agente de vulcanización seleccionado es el bisfenol AF. La función de estos agentes es la de crear el tejido molecular necesario, mediante enlaces, para la adquisición de las propiedades físicas y mecánicas del compuesto. Con ello se asegura una buena dispersión, que proporciona vulcanizaciones rápidas y seguras y buenas propiedades del vulcanizado.

Acelerantes Como se ha dicho, los acelerantes son productos que

aumentan la velocidad de vulcanización. El compuesto de la invención prevé la inclusión de acelerantes de tipo convencional.

Una vez seleccionados los distintos materiales y productos que van a intervenir en la obtención del compuesto constitutivo del material elastomérico objeto de la invención, se mezclan entre sí con la ayuda de cilindros mezcladores, en dos fases, para lograr las propiedades y dispersión requeridas. El color no es una variable importante, ya que las propiedades químicas no varían en función del pigmento por tratarse de una sustancia inerte.

Con la mezcla de caucho (polímero) ya disponible, se somete a la correspondiente etapa de vulcanización, para pasar de un estado plástico a un estado elástico. Se trata de un proceso estándar para todas las mezclas de caucho.

La vulcanización del compuesto se realiza durante un tiempo de aproximadamente 7 minutos, a una temperatura del orden de 180 oc, y posteriormente se somete a una post-cura durante un tiempo de 24 horas, a una temperatura del orden de 250 °C. Se obtiene así un compuesto final con unas propiedades físicas y químicas que, de acuerdo con los ensayos realizados, corresponden con las que se proporcionan en las tablas siguientes, con la variabilidad lógica en los resultados, en función de las tolerancias del proceso de fabricación:

Tabla l. Características mecánicas

CARACTERISTICA: UNIDAD NORMA DE MEDICIÓN VALOR OBTENIDO

DUREZA: Shore A DIN 53505 71,00

DENSIDAD: q 1Cffi0 ISO 1183 2,26

c. ROTURA: MPa ISO 37 11,70

ALARGAMIENTO: 9o ISO 37 240,00

MODULO 100%: MPa ISO 37 4,90

COMPRESION SET (70h a 200°C, 25%): 9o ISO 815-B 28,4

Características después de envejecimientos de corta y larga duración en diferentes combustibles Tabla 2 .

Enveiecimiento de 96 horas a 402C: en FAM B s/ norma ISO 1817

CARACTERISTICA: UNIDAD NORMA DE MEDICIÓN VALOR OBTENIDO

DUREZA: Shore A DIN 53505 57,00

DENSIDAD: g/ cm" ISO 1183 2,10

L1 VOLUMEN: 9o ISO 1817 12,50

Tabla 3 .

Envejecimiento de 96 horas a 402C: en E 22 s/ norma ISO 1817

CARACTERISTICA: UNIDAD NORMA DE MEDICIÓN VALOR OBTENIDO

DUREZA: Shore A DIN 53505 61,00

DENSIDAD: q 1Cm0 ISO 1183 2,14

L1 VOLUMEN: 9o ISO 1817 8,60

Tabla 4 .

Enveiecimiento de 672 horas a 402C en FAM B s/: norma ISO 1817

CARACTERISTICA: UNIDAD NORMA DE MEDICIÓN VALOR OBTENIDO

DUREZA: Shore A DIN 53505 56,00

DENSIDAD: g/ cm" ISO 1183 2,08

L1 VOLUMEN: 9o ISO 1817 14,40

Tabla 5 .

Envejecimiento de 672 horas a 402C en FAM B s/: norma ISO 1817

CARACTERISTICA: UNIDAD NORMA DE MEDICIÓN VALOR OBTENIDO

DUREZA: Shore A DIN 53505 59,00

DENSIDAD: q 1Cm0 ISO 1183 2,10

L1 VOLUMEN: 9o ISO 1817 11,40

En lo que se refiere al proceso de transformación del compuesto obtenido para la fabricación de las piezas de que se trate, se elige el que mejor se adapte a la geometría del producto final que se desea obtener y las características del material. Dado que, como se ha dicho,

se trata de una mezcla de polímero con un contenido de flúor muy alto, no resulta adecuado utilizar un proceso de inyección, sino que debe utilizarse un proceso de compresión aunque sea un proceso atípico para la realización de este tipo de juntas. Para ello, tal y como muestra la Figura 1 de los dibujos, el material 1 es alimentado a una extrusora 2, para la obtención de un cordón 3 continuo, de forma general cilíndrica, es decir, de sección circular y diámetro predeterminado; este cordón continuo se alimenta a un dispositivo de corte esquematizado mediante el bloque referenciado con 4, donde se realiza el corte del mismo en una multiplicidad de porciones 5, de longitud preestablecida constitutivas de las preformas. En la etapa siguiente, las preformas son moldeadas por compresión, en un dispositivo apropiado indicado mediante la referencia numérica 6, y sometidas a vulcanización. Por último, en una etapa posterior, las piezas (juntas) moldeadas y vulcanizadas son sometidas a una fase de post-curado en un horno 7, a una temperatura del orden de 250 °C. Una vez finalizada la etapa de postcurado, las piezas así obtenidas constituyen el producto final y están listas para su uso.

En lo que antecede se han descrito las fases esenciales relacionadas con la preparación del compuesto constitutivo del material elastomérico de bajas emisiones para juntas en tanques de combustible, propuesto por la invención para una reducción considerable/ eliminación eventual de las emisiones evaporativas que actualmente se producen en relación con el sector de la automoción. También se ha explicado el proceso al que somete el material de la invención para su transformación en las piezas (juntas) finales deseadas, con las características apropiadas para la utilización que se haya previsto.

Puesto que se trata de formas de realización preferidas, los expertos en la materia comprenderán que tanto la preparación del compuesto de partida como el propio proceso de transformación propuestos por la invención y definidos a lo largo de la presente descripción, deben ser entendidos desde un punto de vista ilustrativo y en ningún caso limitativo, pudiendo ser modificados de acuerdo con las características deseadas para el producto final, en función de cada aplicación concreta, o de acuerdo con cualquier otra especificación a la que deban adaptarse, quedando estas modificaciones incluidas dentro del ámbito de protección de la invención según se define mediante las reivindicaciones que siguen.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Material elastomérico de bajas emisiones para juntas en tanques de combustible, en particular un compuesto elastomérico especialmente concebido para realizar juntas de tanques de combustible que permitan reducir significativamente o eliminar eventualmente las emisiones evaporativas que se producen con las juntas actuales, caracterizado porque consiste esencialmente en un compuesto obtenido a base de una mezcla de los siguientes ingredientes:

un polímero (caucho), específicamente un fluoroelastómero (FKM) constituido por un terpolímero de vinilideno fluorado/ tetrafluoroetileno/ hexafluoropropileno;

-

cargas blancas;

-

plastificantes a base de ceras de carnauba;

-

agentes de vulcanización, en particular bisfenol AF, y

-

acelerantes.
2.-Material elastomérico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido en flúor del terpolímero de vinilideno fluorado es superior al 70%.
3.-Material elastomérico de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la mezcla de ingredientes se realiza en cilindros mezcladores de dos fases, siendo a continuación sometida a un proceso de vulcanización a una temperatura del orden de 180 oc, durante un tiempo de aproximadamente 7 minutos, con una fase posterior de post-curado durante alrededor de 24 horas a una temperatura del orden de 250 °C.
4.-Proceso de fabricación de juntas, en particular juntas de tanques de combustible, con la utilización de un material elastomérico conforme a las reivindicaciones a 3, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

5 alimentación del material (1) del compuesto elastomérico a una extrusora (2); -extrusión del material en forma de cordón continuo

(3) , normalmente de sección circular y tamaño predeterminado;

10 -corte del cordón (3) en un dispositivo de corte (4) para la obtención de una multiplicidad de porciones (5), constitutivas de preformas;

someter tales preformas (5) a una fase (6) de moldeo por compresión y vulcanización, para la obtención de las 15 piezas (juntas) con las formas deseadas para las juntas, y operación de post-curado en un horno (7), a una temperatura del orden de 250 °C.