MXPA04002022A - Compuestos de epdm para aplicaciones dinamicas. - Google Patents

Abstract

Se describen hules de etileno-propileno-dieno (EPDM) vulcanizados que son particularmente adecuados para utilizarse en aplicaciones dinamicas como un reemplazo de partes de hule natural. Los hules de etileno-propileno-dieno muestran excelente resistencia oxidante y termica mientras despliegan resistencia a la traccion y resistencia a la fatiga dinamica comparable con compuestos similares en base a hule natural. Los hules de etileno-propileno-dieno comprenden un EPDM de peso molecular elevado, un aceite de procesamiento, un negro de humo de gas natural, y un sistema de curacion que contiene azufre, tetrametiltiuram-disulfuro y 2-mercaptobenzotiazoIa.

Description

COMPUESTOS DE EPDM PARA APLICACIONES DINÁMICAS ANTECEDENTE^ DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención. La presente invención se refiere a hules de elastómero para uso en aplicaciones dinámicas como un reemplazo para partes de hule natural, particularmente en aplicaciones de montaje de motor. Más particularmente, la presente invención pertenece a hules de EPDM exhibiendo resistencia a la tracción y ruptura comparable al hule natural mientras se mantiene excelente resistencia térmica, a ozono y clima para usarlo en artículos sometidos a cargas dinámicas.

Discusión del arte Hules de etileno-a-olefin-dieno, particularmente hules de etileno-propileno-dieno (EPDM), son excelentes hules de todo propósito que son útiles en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo la fabricación de mangueras, sellos, y burletes. Como se usa aquí, el hule se define como un material que es capaz de recuperarse de grandes deformaciones rápidamente y forzadamente y es esencialmente insoluble n solventes El hule EPDM es un hule hecho de unidades de repetición de etileno y propileno, con una cantidad menor de unidades de dieno para efectuar la degradación de las cadenas de polímero. Debido en parte a la ausencia sustancial de la no saturación en la columna del polímero, los hules EPDM muestran mayor resistencia a la oxidación y al ozono, resistencia al clima y resistencia al calor en comparación con fi ites de dieno conjugados. En adición, los hules EPD se comparan favorablemente en costo con otros elastómeros y mantienen sus propiedades a lo largo de un amplio rango de concentraciones de relleno. Las aplicaciones dinámicas son aquellas aplicaciones en las cuales las partes fabricadas se someten a fuerzas de estrés repetidas y carga dinámica. Los hules EPDM se conocen por exhibir resistencia a fatiga dinámica relativamente deficiente, resistencia al desgaste y resistencia a la tracción y por lo tanto, no son generalmente utilizados en aquellas aplicaciones sometidas a carga dinámica. Estos tipos de part s son fabricadas utilizando elastómeros con propiedades mecánicas dinámicas superiores, tales como hule natural, hule de estireno-butadieno, policloropreno y mezclas de los mismos. Aunque estos polímeros proporcionan un rendimiento aceptable y exhiben buen procesamiento, sería altamente deseabl d sarrollar un hule EPDM que exhibe resistencia mecánica dinámica suficiente para permitirle ser utilizado en varias aplicaciones dinámicas. Para este fin, el EPDM se ha mezclado con otros elastómeros en un esfuerzo por desarrollar un hule con propiedades mecánicas dinámicas incrementadas que mantiene la resistencia a oxígeno, ozono y calor d EPDM, mientras se mantiene o reduce el costo de la composición final. Estos elastómeros tienen incluidos hules de dieno conjugado y policloropreno. La efectividad de estos compuestos es restringida por el h cho de que la proporción de EPDM que puede ser utilizada es limitada igualmente para producir un compuesto con propiedades mecánicas aceptables. En adición , el prodeso de tales compuestos es frecuentemente problemático y costoso. Por éjemplo, las condiciones necesarias para la curación aceptable de EPDM y otros elastómeros que p eden ser utilizados con frecuencia están en conflicto. La incompatibilidad de curación de EPDM y hules de dieno altamente insaturados 'se demuestra por el rendimiento deficiente de la composición resultante en pruebas de estrés-alargamiento. De hecho, tales composiciones generalmente se desarrollan peor que cualquier polímero puro. Este rendimiento deficiente es debido en parte a varios factores. Una causa de esta incompatibilidad es la diferencia en los rangos de vulcanización. La vulcanización óptima para una de los hules generalmente conducirá a la vulcanización deficiente de los otros. Esto, combinado con la preferencia de varios aceleradores para un polímero sobre el otro, hace difícil lograr la vulcanización satisfactoria para ambos polímeros. Un segundo factor que contribuye a una vulcanización d ficiente es la dificultad en lograr la dispersión uniforme entre los dos hules. Significativamente, los parámetros diferentes de solubilidad producen compatibilidad deficiente entre los hules, resultando en dificultad cuando intentan mezclar tales hules para una dispersión uniforme. Esto, produce un producto inhomogéneo con propiedades irregulares y no uniformes. Los compatibilizadores tradicionales tales como las resinas de terpeno y polímeros de bajo peso molecular activados en superficie no han sido efectivos para mitigar esta incompatibilidad. En otro planteamiento, se han mezclado varios aditivos con EPDM en un esfuerzo para incrementar su resistencia a la tracción y resistencia a fatiga. Incrementando la caridad de relleno de fe$kj ^ ^ ¿y, el peróxido se ha mostrado incrementar tanto la dureza como el módulo del hule final. De cualquier manera, también ha sido mostrado que I incremento del relleno disminuye correspondientemente la resistencia a fatiga de flexión dinámica del producto resultante. Además, los altos niveles de peróxido pueden disminuir la resistencia a ruptura del producto final. Varias sales de metal de ácidos acrílicos así como sales de metal de ácidos orgánicos a-ß-?? saturados han sido además agregadas a EPDM en intentos por incrementar la resistencia al desgaste, la resistencia a la tracción y módulos del elastómero bajo condiciones de carga dinámica. Todos estos métodos requieren un gasto adicional o son por lo menos relativamente difíciles de procesar. Así, permanece una necesidad para un hule EPDM adecuado para aplicaciones dinámicas que exhibe resistencia a la tracción y ruptura superior mientras se mantiene la resistencia al clima, calor, oxígeno y ozono, así como también facilidad de proceso y costo moderado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona hules de etileno-propileno-dieno para uso en aplicaciones dinámicas, que exhiben un buen balance entre una alta resistencia mecánica y un alta resistencia a fatiga dinámica. Los hules muestran resistencia a ruptura y otras propiedades dinámicas y físicas comparables con compuestos similares basados en hule natural mientras se mantiene la excelente resistencia térmica y oxidativa del hule EPDM.

Preferentemente, los hules E.PDM de la presente invención comprenden un EPDM de peso moleep ar con una amplia distribución de p so molecular, aproximadamente 20 a aproximadamente 50 phr de un aceite de procesamiento, aproximadamente 10 a aproximadamente 80 phr de un negro de humo de gas natural y un sistema de curación comprendiendo, azufre, tetrametiltiuram disulfuro (TMTD), y 2-mercaptobenzotiazola (MTB). En adición, los hules EPDM preferidos pueden tambi ' n contener aditivos de EPDM convencionales tales como rellenos, extensores, plastificantes, aceites, ceras y pigmentos en tales cantidades que no detracten de las propiedades del compuesto. Existen varias características asociadas con los hules EPDM preferidos de acuerdo con la presente invención. Los hules EPDM deberán tener un muy alto peso molecular, un contenido de etileno de aproximadamente 65% a aproximadamente 75%, lo cual permite la posibilidad de cristalización bajo un esfuerzo cortante como un efecto de auto-refuerzo como aquel de hule natural, y una amplia distribución de peso molecular para facilitar la incorporación de negro de humo de gas natural, lo cual es importante para lograr buena resistencia a ruptura. Los hules preferidos EPDM vulcanizados de la present invención , se obtienen al procesar la composición y la curación del hule bajo condiciones de tiempo y temperatura necesarias para la vulcanización óptima.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREF¾ j| S La presente invencioíi§proporciona hules de etileno-propileno-dieno para uso en aplicaciones dinámicas, que muestran un balance deseable entre alta resistencia mecánica y alta resistencia a fatiga dinámica mientras se mantiene excelente resistencia térmica y oxidativa de hules EPDM convencionales. Los hules preferidos de acuerdo a la presente invención muestran resistencia a ruptura comparable a compuestos similares basados en hule natural. Los hules EPDM preferidos de la presente invención comprenden un EPDM extendido por aceite, de peso molecular elevado, negro dé humo de gas natural en una concentración de aproximadamente 1 0 a aproximadamente 80 phr (parte por ciento de resina), y un sistema de curación formado de azufre/TMTD/MBT. EPDM de peso molecular elevado utilizado en los hules preferidos puede comprender varios monómeros. Mientras EPDM se utiliza aquí como un ejemplo, deberá apreciarse que la invención incluye el uso de casi cualquier terpolímero de etileno-a-olefin-dieno de peso molecular el vado. Así, en adición al propileno, a-olefinas adecuadas para uso en la presente invención se designan por la fórmula CH2=CHR, en donde R es un hidrogeno o alquilo de 1 a 12 de átomos de carbono. Ejemplos de a-olefinas adecuadas incluyen, pero no están limitados a propileno, isobutileno, 1 -buteno, 1 -penteno y 1 -octeno. Una a-olefina particularmente preferida es propileno. El dieno en el EPDM de peso molecular elevado puede ser cualquiera de un número de compuestos incluyendo, pero no se limita a, di nos no conjugados tal s como 1 ,4-p ntadieno, 5- tilid no-2- norfeoneno, ciclopentadieno, ciclohexadieno, y 5-butilideno-2-norborneno también como otros dienos de cadena cta. cíclicos y cíclicos en puente. Un dieno particularmente preferido es 5-etilideno-2«norborneno. EPDM de peso molecular elevado utilizado en la present invención preferentemente tiene un contenido de etileno (C2%) de desde aproximadamente 60% a aproximáfeamente 80% en peso, un contenido de dieno de desde aproximadamente 1 % a aproximadamente 10% en peso y un contenido de -olefina de desde aproximadamente 20% a aproximadamente 40% en peso, en base al peso total del polímero. El EPDM de peso molecular elevado puede ser extendido por aceite. Preferentemente, el EPDM de peso molecular elevado tiene un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 180,000 a aproximadamente 250,000, una polidispersidad de aproximadamente 2.4 a aproximadamente 3.5 y una viscosidad Mooney (ML (1 +4) 125°C) de aproximadamente 80 a aproximadamente 1 10. Más preferentemente, el EPDM de peso molecular elevado tiene un contenido de etileno de desde aproximadamente 65% a aproximadamente 75% en peso, un contenido de dieno de desde aproximadamente 2% a aproximadamente a 6% en peso, un contenido de a-olefina de 20% a aproximadamente 35% en peso, un Mw de aproximadamente 200,000 a aproximadamente 220,000, un polidispersidad d aproximadamente 2.6 a aproximadamente 3.0, una viscosidad de Mooney de aproximadamente 85 a aproximadamente 100 y se extiende por aceite con aproximadamente 15 a aproximadamente 25 phr de aceite. Un EPDM de peso molecular elevado de acuerdo con la presente invención que es comercialm nt disponibl en M ga 7265, disponibl de Union Carbide. Los hules EPDM de la n preferentemente curados usando azufre, un donador de azufre, y/o uno o más aceleradores de curación. De cualquier manera, otros sistemas de curación son también contemplados por la invención. Ejemplos de donadores de azufre adecuados y aceleradores incluyen, pero no están limitados a, tetrametiltiuram disulfuro (TMTD), dipentametilenetiuram tetrasulfuro (DPTT), 2-mercaptobenzotiazola (MBT), 2-mercaptobenzotiazolato disulfuro (MBTS), zinc-2-mercaptobenzotiazolato (ZMBT), zinc dietilditiocarbamatozinc (ZDEC), zinc dibutilditiocarbamato (ZDBC), dipentametilenetiuram tetrasulfuro (DPTT), y N-t-butilbenzotiazola-2-sulfanamide (TBBS). Un sistema de curación preferido incluye una combinación de azufre, MfiT y TMTD. Aceleradores adecuados para el uso en la presente invención son disponibles de St. Lawrence Co. El azufre y/o el donador de azufre es preferentemente utilizado en un rango desde aproximadamente 0.1 a aproximadamente 5 phr. Los aceleradores son utilizados en un rango de aproximadamente 0.1 phr a aproximadamente 5 phr. Preferentemente, un sistema de curación comprendiendo una combinación de azufre/TMTD/MBT en una proporción d concentración phr de aproximadamente 1 .0/0.8/0.4 se utiliza. aceite de procesamiento utilizado de acuerdo con presente invención puede se cualquier aceite que sea convencionalmente utilizado en la fabricación de hule EPDM. Incluye aceites adecuados, p ro no se limitan a, aceite nafténico y aceite parafínico. Un aceite de procesamiento preferido es aceite parafínico. Un aceite parafínico adecuado es Flexon 815, disponible de Imperial Oil Company. El aceite es preferentemente utilizado en u¼ rango de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 phr. Los hules EPDM preferidos pueden además incluir negro de humo de gas natural. Preferentemente, los hules EPDM de la presente invención contienen negro de humo de gas natural en la cantidad de desde aproximadamente 10 phr a aproximadamente 80 phr. Más preferentemente, la concentración de negro de humo de gas natural en los hules EPDM de la presente invención es aproximadamente 20 phr a aproximadamente 60 phr. En adición al EPDM de peso molecular elevado, el negro de humo de gas natural y los componentes del sistema de curación; los hules EPDM producidos de acuerdo a la invención pueden contener varios otros ingredientes en cantidades que no detracten las propiedades de la composición resultante. Estos ingredientes pueden incluir pero no se limitan a, activadores tales como óxido de magnesio o calcio; ácidos grasos tales como ácido esteárico y sales del mismo; rellenos y reforzadores tales como carbonato de magnesio o calcio, sílice, silicatos de aluminio, y lo similar; plastificantes y extensores tales como ácidos orgánicos de dialquilo, neftalénico y aceites parafínicos y lo similar; antidegradantes, suavizantes, ceras y pigmentos. El EPDM de peso molecular elevado, junto con varios curativos, aceleradores y otros componentes, se mezcla utilizando equipo estándar y técnicas conocidas en la industria para una temperatura y ti mpo necesarios para obtener una mezcla uniforme. La mezclas pued n ser aceleradas en un molino y curadas bajo condiciones de temperatura y tiempo de vulcanización típicas. Un ciclo de curación preferente es por 22 minutos a 310° F. ¾| RESULTADOS DE LAS PRUEBAS Varios experimentos se condujeron para evaluar diferentes hules EPDM para uso de aplicación dinámica en montajes de motor. La meta era desarrollar un hule EPDM exhibiendo una alta resistencia a la tracción y ruptura mientras se mantiene un bajo factor de pérdida (tan d) que corresponde a una alta resistencia a fatiga dinámica. El trabajo incluye la evaluación de: (1 ) diferentes grados de EPDM; (2) diferentes negros de humo de gas natural; (3) diferentes aceleradores; (4) diferentes niveles de relleno y carga de aceite; y (5) diferentes proporciones de acelerador/azufre. Los siguientes ejemplos se presentan con el propósito de ilustración adicional de la naturaleza de la presente invención y no se intentan como limitación del alcance de la misma. Se deberá apreciar qu la presente invención no esta restringida en ninguna manera a los ejemplos. Para todas las pruebas que miden el rendimiento de la parte, solo una parte de prueba estándar se utilizó. La parte fue un prototipo d montaje de motor. Para todas las pruebas de rendimiento, la parte s transfirió al molde a 31 0°F por 22 minutos. Se prepararon varias composiciones de hule a base de EPDM. La Tabla 1 lista todos los ingredientes utilizados en las diversas pruebas, la id ntidad del compu sto r spectivo y su fabricante y/o prov edor.

Tabla 1 - Resuman de los ingredientes Varias propiedades mecánicas físicas y dinámicas, procesamiento se midieron. Las propiedades probadas en las varias pruebas se midieron de acuerdo con los siguientes métodos de prueba en la Tabla 2.

Tabla 2 - Métodos de prueba usados en ejemplos experimentales Propiedad Unidades Procedimiento de prueba Viscosidad Money (MV) Unidad de minutos ASTM D1646 T5 (5% de enjuague por min. Mooney Viscosidad) ML (Torsión Mínima) Lbs/pulgadas ASTM D2084 MH (Torsión Máxima) Lbs/pulgadas Ts2(Tiempo para 1dNm enjuague Minutos arriba ML) Minutos T90 (Tiempo para 90% de torsión máxima) Resistencia a la tracción MPa ASTM D412 Alargamiento Porcentaje (%) Módulos MPa R sistencia a ruptura KN/m ASTM D624 Juego d compr sión Porc ntaj (%) ASTM D395 Dur za Orilla A ASTM D2240 Efecto de carga v azufre en propiedades de parte EPDM Para evaluar el efecto del negro de humo de gas natural, aceite y azufre en las propiedades dinámicas y físicas, de procesamiento de hule EPDM, los compuestos se mezclaron en un mezclador de escala lab de acuerdo a la siguiente formulación listada en la Tabla 3. La concentración de los componentes en los siguientes ejemplos son en phr (partes por ciento de resina) a menos que se declare de otra manera.

Tabla 3 - Formulación de compuestos EPDM para determinar el efecto de carga y azufre en propiedades de compuesto Las concentraciones de negro de humo de gas natural, aceite y azufre se variaron en las cantidades especificadas arriba para determinar sus efectos en propiedades dinámicas y físicas, de procesamiento de los hules EPDM resultantes. La Tabla 4 resume el efecto que el variar la concentración de tr s ingr di ntes tiene n las propiedades s I ccionadas.

Tabla 4 - Resumen del efecto de aceite, negro de humo de azufre en propiedades de hule EPDM "+"= Propiedad Mejorada "-" = Propiedad Degradada De la Tabla 4, se puede ver que el bajo contenido de aceite, el alto carbono y el bajo azufre conduce a propiedades mecánicas dinámicas beneficiosas. Como se notó antes, una meta de la presente invención es obtener un hule EPDM exhibiendo la resistencia a la tracción y ruptura mientras se mantiene uñ bajo tan d. Cuando la cantidad de azufre y negro de humo de gas natural se mantiene constante a 0.6 y 50 phr, respectivamente, se descubrió que la cantidad de aceite debería mantenerse baja para óptimos resultados. Esto puede ser claramente observado desde los resultados de la prueba en la Tabla 5.

Tabla 5 - Efecto de carga de aceite en propiedades de hule EPDM Se descubrió que si las concentraciones de aceite y azufre se manti nen constantes a 0.6 y 40 phr, respectivam nte, mi ntras s incrementa la carga de negro de humo de gas natural, la resistencia mecánica se incrementará ligeramente, pero a expensas de incremento de tan d. Los resultados se muestran eínttta Tabla 6.

Tabla 6 - Efecto de la carga de negro de humo de gas natural en propiedades de hule EPDM Evaluación de diferentes grados de EPDM. Teóricamente, los hules hechos de EPDM de muy alto peso molecular exhibirán resistencias más altas a la tracción y ruptura que aquellos hechos de EPDM de bajo peso molecular. Así, se evaluaron los hules EPDM hechos de 5 grados de EDPM de peso molecular elevado. Las propiedades de estos EPDM's se listan en la Tabla 7.

Tabla 7 - Propiedades de EPDM's seleccionados La Tabla 8 muestra las formulaciones utilizadas en la fabricación de varias hules EPDM utilizando ciertos EPDM's de peso molecular elevado. Todas las concentraciones están en phr a menos que se note de otra manera.

Tabla 8 - Formulaciones de hules EPDM Los hules resultantes se procesaron y se curaron de acuerdo a las condiciones previamente descritas. La prueba física se desarrolló tanto antes como después de calentar las partes por 70 horas a 1 00°C. Las propiedades físicas de los varios hules EPDM se listan en la Tabla 9.

Tabla 9 Propiedades Físicas de las muestras en pruebas EPDM Propiedad A B C D E Resistencia a la tracción (MPa) 7.8 13.6 16.5 22.7 20.2 Alargamiento (%) 393 555 581 636 584 Módulos @ 100%(MPa) 1 .2 1.3 1 .4 1.9 1.8 Dureza (Orilla A) 49 60 53 61 59 Resistencia a ruptura ((Kn/m) 20.9 27.1 30.3 39.6 39.5 Juego d compresión después d 22 hrs.@ 1 1.7 1 1 .2 15.5 17.8 14.6 100° C (%) Calor de 70 horas a 100°C Cambio de resistencia a la tracción (%) -17.6 -7.9 4 -6.4 16.7 Cambio de alargamiento (%) -1 1 .2 -1 Q.5 -6.9 -15.1 36.9 Las propiedades mecánicas dinámicas de estos hules son también medidas de acuerdo a los estándares respectivos ASTM por MER (Resolución de Energía Mecánica), una prueba mecánica dinámica disponible de Instrumentos Inc. Muestra A mostrada tales propiedades deficientes físicas que las propiedades dinámicas mecánicas no fueron probadas. Los resultados se muestran en la Tabla 10.

Tabla 10 - Propiedades mecánicas dinámicas de muestras en pruebas EPDM El uso de Mega 7265 condujo al hule EPDM mostrando la mejor combinación de propiedades mecánicas dinámicas y físicas. Así, pruebas adicionales utilizaron Mega 7265 como el componente de EPDM de peso molecular elevado.

Evaluación de diferentes grados de negro de humo de gas natural Se evaluaron cuatro grados de negro de humo de gas natural.

La Tabla 1 1 lista el proveedor y características de cada grado.

Tabla 1 1 - Propiedades de negr^de humo de gas natural seleccionado La Tabla 12 enlista las formulaciones de varias composiciones de hules EPDM que se utilizaron para evaluar el efecto del grado de hegro de humo de gas natural en las propiedades resultantes del hule EPDM. Todas las concentraciones están en phr.

Tabla 12 - Formulación de las muestras en pruebas de negro de humo de gas natural.

Se desarrollaron además pruebas mecánicas físicas y dinámicas en los hules EPDM resultantes. Las propiedades mecánicas dinámicas se midieron por MER (Resolución de Energía Mecánica). Los j sultados se listan en la Tabla 13.

Tabla 13 - Propiedades mecánica fsicas y dinámicas de muestras de prueba de negro de humo de gas natural Como previamente se noto, los montajes de motor prototipo se formaron. El rendimiento de la parte se midió utilizando MTS (Sistema de Prueba Mecánico), una prueba mecánica dinámica diseñada para uso en las pruebas de vibración para las partes de hule de vehículo y disponible de Instron Inc. Los resultados se muestran en la Tabla 14.

Tabla 14 - Rendimiento de la parte (-2600 N+- 3G rango de vibración forzado) Propiedad A(N990) B(N774) C(N650) D(N330) Ks(N/mm) 1088 1081 1 170 1026 d(N/mm) 1509 1470 1597 1384 Kd Ke 1 .39 1 .36 1 .36 1 .35 Coeficient de 1.5708 1 .5316 1 .7971 1.3727 hum ctación (Ns/mm) De los resultados de las pruebas, el negro de humo de gas natural N744 produjo el hule exhibiendo la mejor combinación total de buenas propiedades mecánicas, juego de compresión, propiedades de calentamiento, propiedades dinámicas y vida de fatiga en altas temperaturas.

Efecto de diferentes aceleradores. Se estudiaron cinco diferentes aceleradores para determinar sus efectos en las propiedades de los hules EPDM resultantes. La tabla 15 muestra varias formulaciones utilizadas en estas pruebas. Todas las concentraciones están en phr.

Tabla 15 - Formulación de muestras de prueba en pruebas de acelerador Ingrediente Muestra A B C D E Vistalon 115 1 15 1 15 1 15 115 8800 EPDM Oxido de 5 5 5 5 5 Zinc Acido 1 1 1 1 1 esteárico Negro de 80 80 80 80 80 humo de gas natural N774 Flexon 815 55 55 55 55 55 Curativos Azufre - 85 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 TMTD - 80 1 .00 - - - - MBT- 80 - 0.70 - - - BTS- 80 - - 1.38 - - TBBS - 80 - - - 0.99 - ZDBC - 80 - - - - 1 .85 La Tabla 1 6 muestrsa el rango de curación y parámetros de proceso exhibidos por las diferentes muestras.

Tabla 16 - Rango de curación y propiedades de proceso exhibidas por muestras en pruebas de acelerador Como se puede ver, TMTD produce el hule que exhibe el rango de curación más rápido (9.48 min) mientras ZDBC no se acepta porque T5 es muy corto, resultando en quemadura superficial prematura y calidad deficiente de las partes. Las propiedades físicas de los hules resultantes EPDM se probaron y los resultados se listan en la Tabla 17. Puede ser visto que los productos MBT producen el hule proporcionando las mejores propiedades mecánicas mientras TMTD proporciona el mejor juego de compresión y buenas propiedades de calentamiento.

Tabla 1 7 - Propiedades físicas de muestras en pruebas de acelerador Basado en estos resultados, una combinación de MBT y TMTD se probó entonces. En adición, una combinación de MBTS y ZDBC y una combinación de MBT y Duralink HTS se probó también. Las recetas de los hules se enlistan en la Tabla 1 8.

Tabla 1 8 - Formulación de muestras en pruebas de acelerador La Tabla 19 muestra las propiedades mecánicas dinámicas y físicas de los hules EPDM resultantes.

Tabia 19 - Propiedades mecánicas dinámicas y físicas de las mfi# | gts en pruebas de acelerador.

Como se noto previamente, una parte de prototipo se formo. El rendimiento de la parte se midió utilizando un MTS (Sistema de Prueba Mecánico). Los resultados se muestran en la Tabla 20.

Tabla 20 - rendimiento de la parte (-2600 N + 3G rango forzado de vibración) La combinación de TMDT y MBT produce el hule exhibiendo la mejor combinación de una kjJÉna resistencia a la tracción, buenas propiedades de calentamiento, juego de baja compresión y una vida larga d parte.

Efecto de Proporción de azufre/acéferador Estas son tres clasificaciones reconocidas generalmente para la vulcanización de azufre (1 ) sistemas convencionales conteniendo altas proporciones de azufre/acelerador (2) sistemas eficientes ("EV") conteniendo bajas proporciones de azufre/acelerador; y (3) sistemas semi- eficientes ("semi-EV") que son intermedios entre (1 ) y (2). Estos sistemas pueden ser producidos en hule al variar las proporciones azufre/acelerador (Tabla 21 ).

Tabla 21 - Concentración de azufre/acelerador de sistemas de vulcanización diferente para hule natural La proporción del azufre al acelerador determina la eficiencia con la cual el azufre forma degradaciones, que depende de la naturaleza de las degradaciones y el contenido de modificación de la cadena principal. Las degradaciones incluye(n) (a) poiisulf ídico (Sx); (b) disulfídico (S2) y (c) monosulf ídico (S). Las modificaciones de la cadena principal incluyen (d) sulfuro cíclico; (e) tríenos conjugados y (f) grupo pendiente terminado en acelerador.

Características estructuras de un hule vulcanizado La proporción de degradaciones monosulfídicas crece y el nivel del sulfuros de ciclo de desperdicio a lo largo de la cadena principal disminuye a medida que la proporción del acelerador activo a azufre libre aumenta. El efecto de la eficiencia de degradación en propiedades de vulcanización se ilustra en la Tabla 22.

Tabla 22 - El efecto de la eficiencia de degradación en la estructura vulcanizada y propiedades.

La degradación de polisulfídico es ampliamente identificada con excelentes y grandemente sin rivalizar propiedades mecánicas de vulcanizadores de azufre convencional. De cualquier manera, las degradaciones polisulfídicas no son tan térmicamente estables Como otras degradaciones comúnmente encontradas. Los sistemas EV son usualmente recomendados para productos n n cesidad d mejorar la r sistencia a la rev rsión durante la vulcanización y para productos expuestos a temperaturas de servicio más arduas. El riesgo más bajo de rlversión permite la vulcanización más uniforme de artículos voluminosos y permite al hule natural soportar t mperaturas muy altas. En un sistema EV las degradaciones monosulfídicas pueden considerar más del 80% del numero total de degradaciones en curación óptima, mientras que menos del 10% se puede presentar en un vulcanizador de azufre convencional. Diferentes proporciones azufre/acelerador se utilizaron para investigar el efecto de la estructura de puente de azufre en las propiedades del hule resultante. La Tabla 23 muestra las formulaciones utilizadas en la prueba. Todas las concentraciones están en phr.

Tabla 23 - Formulación de las muestras en pruebas de azufre/acelerador.

La Tabla 24, muestra los resultados de las pruebas físicas desarrolladas en estos hules. La muestra B muestra los mejores juegos de compr sión total s y propi dades d calentamiento mientras se manti ne una resistencia a la tracción aceptable.

Tabla 24 - Propiedades en pruebas de azufre acelerador Como se noto previamente, las partes del prototipo de montaje de motor se moldearon. La Tabla 25 lista las propiedades mecánicas dinámicas de las partes. La muestra B además mostró la mejor vida d fatiga.

Tabla 25 - Propiedades dinámicas mecánicas de muestras en pruebas de azufre/acelerador.

Basado en los experimentos anteriores, se determinó que ambos Mega 7265 y Mega 9315 imparten buenas propiedad s mecánicas para el hule resultante, son superiores. De los investigados, el negro m jores propiedades mecánicas totales, juego de compresión, propiedad s de calentamiento, propiedades dinámicas y vida de fatiga en altas temperaturas en los hules. De las varias combinaciones de aceleradores probados, el TMTD y el MBT proporcionaron excelentes resultados, con la combinación de TMTD y MBT proporcionando las mejores propiedad s totales. Específicamente, una combinación de azufre/acelerador dé azufre/TMTD/MBT en la proporción de 1 .0/0.8/0.4 phr proporcionó el mejor rendimiento. Cuando los compuestos precedentes se utilizaron para producir hule EPDM, los hules EPDM resultantes producidos exhibieron una resistencia a ruptura comparable a los compuestos similares basados en hule natural mientras se mantiene una excelente resistencia térmica y oxidativa a hule natural. La invención ha sido descrita con referencia a varias modalidades preferidas. Las modificaciones y alteraciones ocurrirán a otros en la lectura y el entendimiento de la especificación. La invención intenta incluir todas las modificaciones y alteraciones hasta ahora como ellas viene dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntadas y los equivalentes de las mismas. Así, por ejemplo, las composiciones de la presente invención pueden ser utilizadas en otras aplicaciones que r quieren una alta resistencia mecánica así como resistencia a fatiga dinámica tal como llantas, correa de poder de transmisión, y otros artículos sujetos a la carga dinámica.

Claims (10)

1. % *' - 28 - REIVINDICACIONES 1 . Una composicil¡ particularmente adaptada para uso en aplicaciones dinámicas formadas de: ¾ un polímero de peso molecular elevado de etileno-5 propileno-dieno (EPD ) teniendo un contenido de etileno de aproximadamente 60% a aproximadamente 80% en peso del polímero; aproximadamente 10 a aproximadamente 60 phr de un n gro de humo de gas natural; y un sistema de curación formado de un azufre, 0 tetrametiltiuram-disulfuro, y 2-mercaptobenzotiazola, el azufre pres nte en la concentración de aproximadamente 0.8 a aproximadamente 1.2 phr y el tetrametiltiuram-disulfuro presente en la concentración de aproximadamente 0.8 a aproximadamente 1 .0 phr. 2. La composición de la reivindicación 1 , en donde el 5 sistema de curación está formado de azufre en la concentración de aproximadamente 1.0 phr, el tetrametiuram-disulfuro en la concentración de aproximadamente 0.8 phr, y 2jmercaptobenzotiazola en la concentración de aproximadamente 0.4 phr. 3. La composición de la reivindicación 1 , en donde el EPDM ? de peso molecular elevado tiene un peso promedio molecular en peso (Mw) de aproximadamente 1 80, 000 a aproximadamente 250,000 y una polidispersidad de aproximadamente
2. 2.4 a aproximadamente
3. 3.5.
4. 4. La composición de la reivindicación 1 , en donde el EPDM d peso mólecular elevado tiene una viscosidad Mooney (ML(1 +4) 125°C) de aproximadamente 80 a aproximadamente 1 1 0.
5. 5. La composición de la reivindicación 1 , en donde el EPDM de peso molecular elevado tieé un contenido de etileno de desde aproximadamente 65 a aproximadan^ite 75% en peso.
6. 6. La composición de la reivindicación 1 , en donde el EPDM 5 de peso molecular elevado es extendido por aceite con aproximadamente 15 a 25 phr de aceite.
7. 7. La composición de la reivindicación 1 , adicionalmente comprende aproximadamente 20 a aproximadamente 50 phr de un aceite de procesamiento. 10
8. 8. La composición de la reivindicación 7, en donde el aceite de procesamiento es un aceite parafínico.
9. 9. La composición de la reivindicación 1 , en donde el negro de humo de gas natural es un negro de humo de gas natural de grado N774 con una absorción de yodo de aproximadamente 29g/kg y una 15 absorción de dibutil eftalato de aproximadamente 72X10 5 m3/kg.
10. 10. La composición de la reivindicación 1 , en donde el hule de etileno-propileno-dieno, exhibe una resistencia a la tracción mayor a 20 MPa, un juego de compresión menor de 22% después de 22 horas a 100°C, y una resistencia a la tracción y reducción de alargamiento de menos d ) 5% después de ser calentada 70 horas a 1 00° C 1 1 . Una composición particularmente adaptada para uso en aplicaciones dinámicas formada de: un polímero de EPDM de peso molecular elevado teniendo contenido de etileno de aproximadamente 65% a aproximadamente 75% en 25 peso, un peso promedio molecular de peso (Mw) de aproximadamente una polidispersidad de una viscosidad Mooney (ML (i +4) 125°C) de aproximadamente 85 a aproximadamente 100, dicho polímero de EPDM de peso molecular elevado siendo extendido por aceite con aproximadamente 1 5 a aproximadamente 25 phr de aceite; aproximadamente 20 a aproximadamente 50 phr de un negro de humo de gas natural de grado N744; aproximadamente 20 a aproximadamente 50 phr de un aceite parafínico; y un sistema de curación comprendiendo azufre, tetrametiltiuram-disulfuro, y 2-mercaptobenzotiazola en una proporción de concentración de aproximadamente 1 .0/0.8/0.4 de phr respectivamente. 12. Una parte moldeada vulcanizada hecha de la composición de acuerdo a la reivindicación 1 1 . 13. Un montaje de motor hecho de la composición de acuerdo a la reivindicación 1 1 . 14. Un cinturón de motor hecho de la composición de acuerdo a la reivindicación 1 1 . 15. Un proceso para formar una parte moldeada vulcanizada, dicho proceso comprendiendo los pasos de: obtener un polímero de etileno-propileno-dieno (EPDM) de peso molecular elevado teniendo un contenido de etileno de aproximadamente 60% a aproximadamente 80% en peso del polímero; agregar aproximadamente 10 a aproximadamente 60 phr de un negro de humo de gas natural a dicho polímero de etileno-propileno-dieno de peso molecular elevado; y agregar un sistema de curación comprendiendo azufre, tetrametiltiuram-disulfuro, y 2-mercaptobenzotiazola, el azufre presente n la concentración de aproximadamente 0.8 a aproximadamente 1 .2 phr y el tetrametiltiuram-disulfuro presente en la concentración de aproximadamente 0.8 a aproximadamente 1 .0 phr a dicho polímero de etileno-propileno-dieno de peso molecular elevado, para formar una composición de hule; procesar dicha composición de hule para formar la forma final deseada de la parte moldeada ; y curar dicha composición de hule bajo condiciones necesarias para optimizar las propiedades finales de la parte moldeada vulcanizada.