Mechanical properties of TPVs of EPDM/polypropylene ... - SciELO

Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 30, Edición Especial, 445 - 453, 2007
Mechanical properties of TPVs
of EPDM/polypropylene/paraffin oil
Karina Núñez, Lorena Rivas, Massimiliano Scattolini, Carmen Rosales*,
Rosestela Perera y Mireya Matos
Grupo de Polímeros II, Departamento de Mecánica, Universidad Simón Bolívar, Apdo. 89000.
Valle de Sartenejas, Baruta, Caracas, Venezuela. Telf: 0212-9064060, Fax: 0212-9064062.
*crosales@usb.ve
Abstract
Thermoplastic vulcanizates (TPVs) of (EPDM) and two types of polyolefins, polypropylene (PP) and
low-density polyethylene (LDPE) were prepared by dynamic vulcanization. The effects of adding different
proportions of paraffin oil, as well as different EPDMs and PPs on their mechanical properties were investigated.
The Young’s modulus of the EPDM blends decreases and the elongation at break increases when
the amount of paraffin oil is increased. Additionally, when the proportion of the higher molecular weight
PP is increased in the TPVs, an increase in its Young’s modulus, Shore D hardness and tensile strength is
obtained. Non significant changes were observed in the elongation at break when the same amount of paraffin
oil was incorporated in TPVs with PP. However, the highest elongation at break was achieved when
LDPE was used. When the solvent and thermal resistance of TPVs were evaluated at 150°C, a loss in the
rubber elasticity of the rubber was detected after 70 hours.
Key words: Ethylene-propylene-diene (EPDM), polypropylene, low-density polyethylene,
thermoplastic rubbers (TPV), dynamic vulcanization.
Estudio de propiedades mecánicas de TPVs
de EPDM/polipropileno/aceite parafínico
Resumen
En este trabajo se prepararon cauchos termoplásticos (TPVs) por vulcanización dinámica del etileno-
propileno-dieno (EPDM) y dos tipos de poliolefinas, polipropileno (PP) y polietileno de baja densidad
(PEBD). Se investigaron los efectos de la incorporación de diferentes proporciones de aceite de parafina y
de poliolefinas en las propiedades mecánicas de estos compuestos así como del tipo de EPDM y de PP. Los
resultados obtenidos permiten concluir que el aumento de la cantidad de aceite de parafina en las mezclas
disminuye el módulo elástico y aumenta la elongación a la rotura. Adicionalmente, se estableció que al aumentar
la proporción del PP de mayor peso molecular en las formulaciones se obtiene un incremento en el
módulo de Young, la dureza Shore D y el esfuerzo a la rotura. No se observaron variaciones apreciables en
la elongación a la rotura de los compuestos con diferentes PP con igual proporción de aceite parafínico. Sin
embargo, la mayor elongación a la rotura se encontró para la formulación con el PEBD. Al someter las formulaciones
a ensayos de resistencia térmica y de solvente a 150°C, se encontró la pérdida de elasticidad
del caucho en un lapso de 70 horas.
Palabras clave: Etileno-propileno-dieno (EPDM), polipropileno, polietileno de baja densidad,
cauchos termoplásticos (TPV), vulcanización dinámica.
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446 Núñez et al.
Introducción
Los cauchos termoplásticos son una nueva
clase de materiales que combinan las buenas características
de procesamiento de los polímeros
termoplásticos con las propiedades elásticas de
los cauchos vulcanizados. Existen dos tipos de
cauchos termoplásticos, los denominados TPR,
que son elaborados a partir de procesos de copolimerización
tal como el estireno/etileno-butileno/estireno
(SEBS) y los cauchos termoplásticos
vulcanizados TPVs. En estos últimos, una de las
fases debe ser un material que pueda entrecruzar
y/o vulcanizar en el proceso de preparación y la
otra fase un polímero termoplástico. En general,
en los cauchos termoplásticos TPVs, la vulcanización
del caucho se realiza de manera dinámica
en mezcladores internos o en extrusoras [1-3].
La preparación de cauchos termoplásticos
vulcanizados es un proceso complejo que involucra
una gran cantidad de variables como son: el
tipo de mezclado y sus variables (esfuerzos de
corte y elongacionales, temperatura, etc.), la cinética
de la reacción de entrecruzamiento del
caucho (tipos de agentes de curado, tiempo y
temperatura, cantidad de insaturaciones en el
elastómero), tipo de poliolefina (estructura y características
moleculares), composición de las fases,
presencia de aditivos adicionales (plastificantes,
lubricantes, estabilizantes térmicos), posibilidad
de inversión de fases y morfología de las
mezclas, etc. [1-6]. Estas variables, en la mayoría
de los casos, están interconectadas y es muy difícil
evaluarlas por separado. Un buen control de la
composición, y de las propiedades viscoelásticas
en fundido de los componentes de naturaleza polimérica
durante su preparación determina, en
muchos casos, la morfología de este tipo de materiales
[1, 4-6]. Por otra parte, una de las ventajas
de estos materiales es su carácter reciclable en
comparación a los cauchos convencionales.
Cabe señalar que los cauchos termoplásticos
TPVs no son mezclas convencionales de materiales
poliméricos. En una de las fases existe
una reacción de entrecruzamiento y una morfología
de fases que debe ser controlada en el proceso
de mezclado, sin el respectivo control de ambas
fases, no se obtiene un material con buenas
características de procesabilidad y propiedades
mecánicas.
En el presente trabajo se estudió la influencia
de un aceite parafínico y de dos tipos de poliolefinas
(PP y PEBD) en las propiedades de tracción
de formulaciones del caucho etileno-propileno-dieno
(EPDM) vulcanizado de manera dinámica
en diferentes proporciones. Además, se determinaron
sus propiedades de dureza, envejecimiento
y resistencia a solventes.
Materiales
Parte Experimental
Los polímeros utilizados en el presente trabajo
fueron dos grados diferentes de caucho etileno-propileno-dieno
(EPDM) con 5% de dieno, suministrados
por NORDEL. Los contenidos de etileno
del EPDM 1 (IP-4570) y del EPDM2 (IP-4770)
son 50 y 70%, respectivamente. También fueron
empleados dos grados de polipropileno (PP1 y
PP2) de diferentes pesos moleculares, suplidos
por Propilven y un polietileno de baja densidad
(PEBD), FB-0248 Venelene . Las especificaciones
de densidad (), las propiedades de tracción
(esfuerzo, r
y elongación a la rotura, r
) de los polímeros
puros, los valores de índice de flujo (MFI)
de los PP y el PEBD, y de la viscosidad Money de
los EPDM se presentan en la Tabla 1.
Para realizar el curado o vulcanización dinámica
de las formulaciones de EPDM se emplearon
los siguientes aditivos comerciales, en
las proporciones que se indican: óxido de zinc (5
ppc. de ZnO), ácido esteárico (2 ppc.), tetrametiltiuram
disulfuro (1 ppc. de TMTD), 2,2-ditiobisbenzotiazol
(0,5 ppc. de MBTS), alquil-N’fenil-p-feniléndiamina
(Santoflex, como antioxidante,
2 ppc.), aceite parafínico (variable) y azufre
(2 ppc. de S).
Preparación de los compuestos
de EPDM
Se prepararon dos tipos de compuestos, cuyas
composiciones se presentan en la Tabla 2. En
los compuestos Tipo 1 se estudió la influencia del
aceite de parafina en las propiedades de tracción
en ambos EPDM sin vulcanizar (EPDM1 y
EPDM2), y en el PP1 (F1 hasta F7). Es importante
resaltar que las proporciones de los componentes
en los compuestos o mezclas Tipo 1 están reportadas
de forma tal que puedan ser comparadas
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Propiedades mecánicas de TPVs 447
Tabla 1
Especificaciones técnicas de los polímeros utilizados
Polímero
(g/cm 3 )
MFI ó VM*
(dg/min)
r
(MPa)
r
(%)
EPDM1 0,92 70* 1,4 ± 0,1 86 ± 2
EPDM2 0,92 70* 3,6 ± 0,3 221 ± 20
PP1 0,91 1,4 26 ± 2 369 ± 36
PP2 0,91 7,0 30 ± 2 385 ± 46
PEBD 0,92 2,5 15 ± 2 361 ± 14
*Viscosidad Mooney.
Tabla 2
Composición de los compuestos
Compuestos
Tipo 1
Composición
(ppc.)
Compuestos
Tipo 2
Composición
(ppc.)
EPDM1/parafina 30/20 (F1) EPDM1v 100/0/0 (F8)
EPDM2/parafina 40/20, 30/20 y 30/10
(F2, F3, F4)
EPDM2v
100/0/0 (F9)
PP1/parafina 50/20 (F5) EPDM1v/PP1/parafina 30/50/20 (F10)
EPDM2/PP1 50/30 y 40/40 (F6 y F7) EPDM1v/PP2/parafina 30/50/20 (F11)
- - EPDM2v/PP1/parafina 30/50/20, 40/40/20 y
30/60/10
(F12, F13 y F14)
- - EPDM2v/PP2/parafina 30/50/20 (F15)
- - EPDM2v/PEBD/parafina 40/40/20 (F16)
directamente con sus análogos del Tipo 2 (el aceite
de parafina se añadió en base a la proporción
del EPDM). Previo al proceso de obtención de los
compuestos Tipo 2, se realizó la formulación de
los diferentes elastómeros (EPDM1 y EPDM2) con
sus aditivos (excepto aceite parafínico y azufre),
en un mezclador interno tipo Banbury marca Farrel
a 75 rpm por 4 minutos. En la preparación de
las formulaciones de EPDM, en primer lugar se
realizó una premezcla de las resinas y del azufre
con la parafina. Posteriormente, los diferentes
compuestos se prepararon en un mezclador interno
a una velocidad de los rotores de 80 rpm
por 7 minutos y a una temperatura de 180 y de
150°C, para las mezclas con PP y PEBD, respectivamente.
En las formulaciones y/o compuestos Tipo
2 se estudió la influencia de diferentes tipos de
poliolefinas en las propiedades de los EPDM vulcanizados
dinámicamente con azufre (EPDMv).
Es de hacer notar que los EPDM puros se vulcanizaron
en una plancha de compresión de manera
estática (F8 y F9) a 190°C por 10 minutos. Seguidamente,
se troquelaron probetas de láminas
moldeadas por compresión para ser analizadas
en los diferentes ensayos. En un estudio preliminar
se analizó la influencia de la temperatura, de
la frecuencia de giro de los rotores y el uso de diferentes
proporciones de EPDM en la preparación
de los compuestos Tipo 2. A partir de los resultados
obtenidos se seleccionaron las formulaciones
Tipo 2 objeto de este estudio como las condiciones
de operación del mezclador (Tabla 2). Las
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448 Núñez et al.
proporciones de los agentes de curado y aditivos
se seleccionaron de la literatura, con éstas se obtuvieron
los mejores resultados en las propiedades
mecánicas [1-5].
Caracterización
Las curvas de viscosidad de los polímeros
puros se determinaron en un reómetro capilar
marca Göttfert modelo Rheograph 2000, a diferentes
velocidades de pistón y a 200 y 140°C para
los PPs y el PEBD, respectivamente. El contenido
de gel (GC) de los EPDM y de las diferentes formulaciones
se determinó por extracción en xileno a
60°C por 48 horas en el caso de los compuestos
con PP. Para la formulación con el PEBD (F16), el
material resultante de la extracción con xileno, se
disolvió en orto-diclorobenceno a 120°C durante
dos horas.
Los ensayos de tracción se realizaron en
una máquina de ensayos Lloyd a una velocidad
de las mordazas de 50 mm/min. a temperatura
ambiente, según el procedimiento descrito en la
norma ASTM D-412. Probetas tipo C (distancia
entre mordazas de 65 mm) se ensayaron después
de 48 horas de vulcanizadas y moldeadas. Los
ensayos de envejecimiento térmico se realizaron
en un horno de convección forzada a 150°C durante
20 y 70 horas. El ensayo de resistencia a
solventes se realizó en tolueno durante 20 y 70
horas, según el procedimiento recomendado en
la norma ASTM D 474. Posteriormente, a cada
probeta se le realizó un ensayo de tracción. Se determinaron
los valores de dureza Shore D y Shore
A se determinó según el procedimiento descrito
en la norma ASTM D-2240, en probetas de 6 mm
de espesor.
Resultados y Discusión
Propiedades reológicas de los
componentes de las mezclas
Viscosidad (Pa.s)
10 6
10 5
PP1
PP2
EPDM1
10 4
EPDM2
10 3
10 2
10 1
10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3
Velocidad de deformación (s -1 )
Figura 1. Curvas de viscosidad en función
de la velocidad de deformación a 200°C.
En la Figura 1 se presentan las curvas de
viscosidad en función de la velocidad de deformación
a 200°C de los componentes de las mezclas
con PP. Las curvas de viscosidad en función de la
velocidad de corte reflejan el carácter pseudoplástico
de estos materiales. Las características
reológicas obtenidas de las poliolefinas están
asociadas a su estructura molecular (peso molecular
promedio en peso, distribución de pesos
moleculares y la presencia de ramificaciones largas
de cadena. La diferencia presentada por los
dos grados de PP está asociada a sus pesos moleculares:
el PP1 tiene mayor peso molecular promedio
en peso, y por ende su índice de flujo es
menor. Como se puede observar en la Figura 1,
los grados de EPDM no presentan grandes diferencias
en cuanto a su comportamiento reológico
a 200°C. Sin embargo, los valores de esfuerzo ( r
)
y elongación a la rotura ( r
) de estos EPDM, determinados
en tracción (Tabla 1) muestran que el
comportamiento mecánico de ambos grados difiere,
ya que el EPDM2 presenta una deformación
y un esfuerzo a la rotura mayores. Estas diferencias
están asociadas a la mayor proporción de
etileno en este material.
El mezclado y curado dinámico de las formulaciones
de EPDM con polímeros termoplásticos
involucra el control del comportamiento reológico
de los componentes de la mezcla. Por ello,
es necesaria la determinación de la viscosidad de
los mismos a la velocidad de deformación en el
proceso de mezclado. Para una velocidad de los
rotores de 80 rpm, la velocidad de deformación
calculada para mezcladores internos es de 16 s –1
[7]. La viscosidad a 16 s –1 y 200°C de temperatura
del PP1 es mayor que para el PP2, como se explicó
con anterioridad. A su vez, las viscosidades de
ambos EPDM son mayores que las de los PPs y el
PEBD a las respectivas temperaturas de ensayo.
Por otra parte, la morfología de los cauchos
termoplásticos se determina por el efecto combinado
de la composición y de la relación de viscosidades
de los componentes a la temperatura de
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Propiedades mecánicas de TPVs 449
mezclado. En investigaciones previas se ha encontrado
que el componente que forma la fase
dispersa de la mezcla es aquél con la más alta viscosidad
y/o menor fracción en volumen. Sin embargo,
la morfología es co-continua para mezclas
cuyos componentes tienen viscosidades similares
y/o igual fracción en volumen [1, 5]. Por lo
tanto, cuando se emplean altas proporciones de
EPDM y se quiere asegurar que el polímero termoplástico
sea la fase continua (PP ó PEBD), es
necesario que la viscosidad del caucho sea mayor
que la viscosidad de la matriz. Adicionalmente, a
medida que la reacción de vulcanización progresa
en el mezclado, la viscosidad del EPDM aumenta
y se favorece por tanto la inversión de fases
(si es el caso). La relación de viscosidades a
140°C de temperatura y 16 s –1 de velocidad de deformación
para los componentes PEBD/EPDM2
es de 0,30, y para los componentes PP1/EPDM2
y PP2/EPDM2 es de 0,15 y 0,08, a 200°C, respectivamente.
Adicionalmente, hay que considerar
el rompimiento de los dominios en la fase dispersa
(EPDMs), que se aumenta (se mejora la dispersión)
al aumentar la viscosidad de la matriz (PPs ó
PEBD) en el caso de cauchos termoplásticos, lo
cual es recomendable desde el punto de vista del
comportamiento mecánico.
Estudio de las propiedades mecánicas
Los plastificantes son añadidos a las formulaciones
del caucho para facilitar la incorporación
de cargas, mejorar la flexibilidad a bajas
temperaturas y producir vulcanizados con menor
dureza [1]. Debido a su baja polaridad, el
EPDM es compatible con parafinas y con aceites
nafténicos [8]. En la Tabla 3 se presentan las propiedades
de tracción y dureza Shore A de los
compuestos Tipo 1. Se obtuvo que la adición de
aceite parafínico a las formulaciones de los
EPDM sin vulcanizar (F1, F2, F3 y F4) conlleva a
cambios apreciables en las propiedades de tracción.
Los cambios más significativos son la reducción
del módulo de Young (E) y la dureza Shore
A, y el aumento en la elongación a la ruptura
( r
) a medida que aumenta la proporción del aceite
de parafina en los compuestos. Este resultado
se atribuye a la acción plastificante del aceite en
el EPDM [8]. Sin embargo, no se observan variaciones
significativas en las propiedades de tracción
de las mezclas que contienen PP1 y aceite
parafínico (Formulación F5) con respecto al PP
puro (Tablas 1 y 3). En otros estudios se ha encontrado
que el aceite se distribuye tanto en el
EPDM (en mayor proporción) como en las zonas
amorfas del PP [9, 10]. En cuanto a la dureza
Shore A, el EPDM2 posee mayor dureza que el
EPDM1 por su mayor contenido de etileno.
Por otra parte, las propiedades de tracción
de las mezclas de EPDM2 sin vulcanizar con el
PP1 en dos proporciones (F6 y F7) son considerablemente
superiores a las del EPDM2 puro. Sin
embargo, el valor en la elongación a la rotura ( r
)
de estas mezclas es similar a la del PP1 y el módulo
de Young (E) es menor (Tablas 1 y 3). Estos re-
Tabla 3
Influencia del aceite de parafina en las propiedades de tracción de los compuestos Tipo 1
Formulación
Shore A
± 1
E
(MPa)
r
(MPa)
r (%)
EPDM1 52 2,8 ± 0,2 1,4 ± 0,1 86 ± 2
EPDM2 67 6,9 ± 0,4 3,6 ± 0,3 221 ± 20
EPDM1/parafina, 30/20 (F1) 29 0,82 ± 0,07 0,52 ± 0,02 104 ± 15
EPDM2/parafina, 40/20 (F2) 45 2,4 ± 0,1 1,4 ± 0,1 247 ± 28
EPDM2/parafina, 30/20 (F3) 38 1,7 ± 0,1 1,6 ± 0,1 335 ± 15
EPDM2/parafina, 30/10 (F4) 50 3,5 ± 0,5 1,7 ± 0,1 187 ± 15
PP1/parafina, 50/20 (F5) - 1313 ± 6 24 ± 2 385 ± 40
EPDM2/PP1, 50/30 (F6) - 453 ± 31 30 ± 2 360 ± 15
EPDM2/PP1, 40/40 (F7) - 292 ± 23 30 ± 2 369 ± 24
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450 Núñez et al.
Esfuerzo (MPa)
35
30
25
20
15
10
5
0
PP1
0 100 200 300 400
Elongación (%)
F12
F14
F13
Figura 2. Curvas esfuerzo-elongación
para el PP1 y sus formulaciones
EPDM2v/PP1/parafina y proporciones
diferentes de los componentes: 30/50/20 (F12).
40/40/20, (F13), 30/60/10 (F14).
sultados se deben posiblemente a la alta proporción
de PP1 empleada en estas mezclas y la mayor
viscosidad del EPDM2 que inciden favorablemente
en la morfología de estas mezclas [1, 5]. En
la preparación de las formulaciones de EPDM
vulcanizados, el aceite parafínico se les añadió
para facilitar la vulcanización dinámica del
EPDM en los compuestos. Las curvas esfuerzo-elongación
de los ensayos de tracción, de las
formulaciones con los EPDM vulcanizados de
manera dinámica y diferentes proporciones del
PP1 se presentan en la Figura 2. En la Tabla 4 se
muestran los valores del contenido de gel (CG) y
de las propiedades de tracción, módulo de Young
(E), esfuerzo ( r
) y elongación a la rotura ( r
).
En la Tabla 5 se presentan los valores de
dureza ShoreDylavariación del esfuerzo ( r
)yla
elongación a la rotura ( r
) de los materiales envejecidos
a 150°C por 70 h, para todos los compuestos
preparados con los EPDM vulcanizados
dinámicamente. Los valores de contenido en gel
para los compuestos TPVs (F10 hasta F16) son
similares a los obtenidos por vulcanización estática
en los EPDM (F8 y F9). Sin embargo, este valor
es menor para la formulación preparada con
el PEBD (F16) debido a la baja temperatura utilizada
en el proceso de mezclado (150°C). El material
se degradó al aumentar la temperatura de
mezclado en esta formulación. Por consiguiente,
habría que cambiar el tipo de estabilizante térmico
utilizado y/o aumentar la proporción del mismo.
Es de hacer notar que la degradación de los
materiales se realizó de manera cualitativa por
cambio de color en las muestras (observación visual).
Tanto en la Figura 2 como en las Tablas 4 y
5 se observa que al aumentar la proporción del
PP1 en las formulaciones se obtiene un incremento
en el módulo de Young, la dureza Shore D
y los esfuerzos a la fluencia y rotura (F12, F13 y
F14) debido a los mayores valores en módulo de
Young, esfuerzo a la fluencia y rotura del PP1 con
respecto al EPDM2 (Tablas 1 y 4). No se observan
Tabla 4
Influencia del tipo de poliolefina en el contenido en gel (CG) y en las propiedades de tracción
de los compuestos de EPDM vulcanizados dinámicamente
Formulación CG ± 2
(%)
E
(MPa)
r ± 3
(MPa)
r (%)
EPDM1v, 100/0/0 (F8) 95 3,7 ± 0,5 2,6 ± 0,1 85 ± 5
EPDM2v, 100/0/0 (F9) 95 8,3 ± 0,5 5,1 ± 0,3 199 ± 15
EPDM1v/PP1/parafina, 30/50/20 (F10) 21 148 ± 4 20 ± 3 399 ± 25
EPDM1v/PP2/parafina, 30/50/20 (F11) 38 144 ± 7 17 ± 3 326 ± 82
EPDM2v/PP1/parafina, 30/50/20 (F12) 29 134 ± 10 18 ± 2 328 ± 17
EPDM2v/PP1/parafina, 40/40/20 (F13) 35 84 ± 4 18 ± 3 347 ± 15
EPDM2v/PP1/parafina, 30/60/10 (F14) 31 176 ± 39 25 ± 2 410 ± 34
EPDM2v/PP2/parafina, 30/50/20 (F15) 30 146 ± 13 15 ± 3 360 ± 15
EPDM2v/PEBD/parafina, 40/40/20 (F16) 11 292 ± 23 13 ± 2 682 ± 20
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Propiedades mecánicas de TPVs 451
Tabla 5
Influencia del tipo de poliolefina en la dureza Shore D y en las propiedades después
del envejecimiento realizado a 150°C por 70 h. de los compuestos de EPDM vulcanizados
dinámicamente
Formulación
Shore D
± 1
Variación del esfuerzo
a la rotura r (%)
Variación de la elongación
a la rotura r (%)
EPDM1v/PP1/parafina, 30/50/20 (F10) 39 17 65
EPDM1v/PP2/parafina, 30/50/20 (F11) 35 18 73
EPDM2v/PP1/parafina, 30/50/20 (F12) 40 2 48
EPDM2v/PP1/parafina, 40/40/20 (F13) 33 2 42
EPDM2v/PP1/parafina, 30/60/10 (F14) 46 16 51
EPDM2v/PP2/parafina, 30/50/20 (F15) 39 2 75
variaciones apreciables en la elongación a la rotura
de los compuestos con PP con igual proporción
de aceite parafínico. Sin embargo, la mayor
elongación a la rotura se encontró para la formulación
con el PEBD (F16). Estos resultados se
pueden asociar con las características de tracción
de las diferentes poliolefinas empleadas y a
su proporción en los compuestos (Tabla 1), pues
como se dijo con anterioridad, estas poliolefinas
conforman la fase continua o co-continua en las
mezclas. El PEBD posee menor esfuerzo a la rotura
que los PPs (Tabla 1). Es importante destacar
que se obtiene un efecto sinergístico en la
elongación a la rotura en la formulación con el
PEBD (F16, Tablas 1 y 4).
Sin embargo, los módulos de Young a temperatura
ambiente de las mezclas del EPDM2 sin
vulcanizar con diferentes proporciones de PP1
sin parafina (F6 y F7) son mayores que la del
compuesto elaborado con el EPDM2 vulcanizado
de manera dinámica y con aceite de parafina
como plastificante (F13) debido a la acción plastificante
del aceite de parafina en las formulaciones
Tipo 2. La alta elasticidad en los cauchos termoplásticos
se asocia a la orientación de los dominios
y/o partículas del EPDM vulcanizado interconectadas
con la matriz [11, 12]. Por otra parte,
el bajo contenido en gel en las formulaciones
con PP y con PEBD, en comparación a los EPDM
vulcanizados, se debe a lo cortos tiempos y/o bajas
temperaturas en el proceso de mezclado. Al
aumentar la temperatura y/o el tiempo, se obtiene
degradación en los materiales, por lo que habría
que aumentar la proporción y/o el tipo de estabilizante
empleado. Sin embargo, los valores de
la elongación a la rotura de los compuestos obtenidos
en este trabajo son superiores a los encontrados
en TPVs preparados en otras investigaciones
con PEs ó poliamida-6 como matriz [4, 6,
13-15].
Los resultados de resistencia al envejecimiento
se presentan en base a la variación de la
elongación a la rotura obtenida después de la exposición
de las probetas a una temperatura de
150°C durante 70 horas. El caucho de EPDMv
(EPDM vulcanizado) tiene una excelente resistencia
al envejecimiento, por lo cual es usado en
muchas aplicaciones que están en contacto con
el medio ambiente en donde se requiere una buena
resistencia al ataque por ozono y al envejecimiento.
Además, posee buena resistencia a la degradación
oxidativa y a la temperatura 16. Las
variaciones del esfuerzo y de la elongación a la rotura
después del ensayo de envejecimiento a
150°C por 70 horas de las formulaciones del
EPDM vulcanizado de manera dinámica se
muestran en la Tabla 5. En esta tabla se observan
mayores variaciones en la elongación a la rotura
que en el esfuerzo a la rotura. La mayor variación
en elongación a la rotura se obtiene para
las formulaciones preparadas con el PP2 (F11 y
F15), independientemente del tipo de EPDM empleado.
También se puede observar en la misma
tabla que a medida que se incrementa la proporción
de PP1, aumenta ligeramente el porcentaje
de variación de esa propiedad (F13, F12 y F14).
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 30, Edición Especial, 2007

452 Núñez et al.
30
0 Horas 20 Horas 70 Horas
500
0 Horas 20 Horas 70 Horas
400
r (MPa)
20
10
r (%)
300
200
100
0
F11 F10 F15 F12
0
F11 F10 F15 F12
(a)
(b)
Figura 3. (a): esfuerzo ( r ) y (b): Elongación a la rotura ( r ) a diferentes tiempos de inmersión
en tolueno para las formulaciones con proporción de 30/50/20: EPDM1v/PP1/parafina (F10),
EPDM1v/PP2/parafina (F11), EPDM2v/PP1/parafina (F12) y EPDM2v/PP2/parafina (F15).
En cuanto a la influencia del tipo de EPDM empleado
se puede decir que los valores obtenidos
de las propiedades de tracción no muestran cambios
apreciables al comparar las formulaciones
F10 y F12.
Al aumentar tanto la proporción de EPDM
vulcanizado como el grado de dispersión aumenta
la resistencia al envejecimiento, debido a la
disminución de la cantidad de insaturaciones en
el EPDM por la formación de los entrecruzamientos
químicos. Aunque hay una disminución en
las propiedades mecánicas debido al envejecimiento
térmico, hay retención en la elasticidad
del mismo (Tabla 5).
En la Figura 3 se presentan los valores de
esfuerzo y elongación a la rotura para las formulaciones
sometidas al ensayo de resistencia a solventes.
Se encontró exudación del aceite parafínico
en todas las formulaciones con polipropileno,
debido posiblemente a la baja compatibilidad
del mismo con el PP. Este fenómeno no fue observado
en la formulación con PEBD (F16). La mayor
variación en estas propiedades se obtiene a 70
horas de inmersión en tolueno para las formulaciones
con el PP2 (F11 y F15), independientemente
del tipo de EPDM utilizado. Es de hacer
notar que las formulaciones con los EPDM sin
vulcanizar no tienen buena resistencia al envejecimiento
térmico ni a los solventes (F1 hasta F7)
debido a la presencia de insaturaciones y a la falta
de entrecruzamientos químicos en estos compuestos,
respectivamente. Es de hacer notar que
las características de flujo de los TPV se observó
de manera empírica en un horno de convección
forzada a 200°C al verificar su fluidez. A esa temperatura
los EPDM vulcanizados de manera estática
no fluyeron (EPDM1v y EPDM2v) y por lo tanto
no es posible su procesamiento ulterior. Por el
contrario, las formulaciones Tipo 2 si fluyeron a
dicha temperatura.
Conclusiones
En este trabajo se prepararon cauchos termoplásticos
(TPVs) de EPDM con PPs y PEBD con
buenas propiedades mecánicas. Se encontró que
el aumento de la cantidad de aceite de parafina
en las mezclas disminuye el módulo elástico, aumenta
la elongación a la rotura y mejora la procesabilidad
de las mezclas. Adicionalmente, se estableció
que al aumentar la proporción del PP1 en
las formulaciones, se obtiene un incremento en
el módulo de Young, en la dureza Shore Dyenel
esfuerzo a la rotura. En la elongación a la rotura
de los compuestos con PP con igual proporción de
aceite parafínico no se observaron variaciones
apreciables. Sin embargo, la mayor elongación a
la rotura se encontró en la formulación con el
PEBD. Al someter las formulaciones a ensayos de
resistencia térmica y de solvente, se encontró la
pérdida de elasticidad del caucho en ensayos de
envejecimiento a 150°C por 70 horas. La desventaja
de las formulaciones con PP y aceite de parafina
radica en la exudación del aceite de parafina
en estos compuestos.
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 30, Edición Especial, 2007

Propiedades mecánicas de TPVs 453
Agradecimientos
Los Autores desean agradecer al FONACIT
(Proyecto S1-2002000518), a los Laboratorios
“E” y “B” de la Universidad Simón Bolívar y a Propilven
C. A.
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Recibido el 30 de Junio de 2006
En forma revisada el 30 de Julio de 2007
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 30, Edición Especial, 2007