Investigation of the Effect of Ethylidene Norborene (ENB) Ratio on the Mechanical, Rheological and Physical Properties of Ethylene-Propylene-Diene-Monomer (EPDM) Rubber

Abstract

In this study, the effect of ENB ratio in EPDM rubber on mechanical, rheological and physical properties was examined. The effects of ENB ratio were investigated by producing EPDM rubbers with 44% ethylene ratio and 5.5% and 9% ENB ratio, and EPDM rubbers with 57% ethylene ratio and 4.5% and 8.9% ENB ratio. Production was carried out using a 1.5 liter laboratory type mini banbury. The resulting EPDM mixtures were vulcanized in the press at 180 oC for 20 minutes and test plates were obtained. Rheological and fluidity properties of EPDM mixtures were examined using pre-press rheometer (MDR) and Mooney viscosity tests. Tensile tests and permanent deformation tests were performed to determine mechanical properties such as breaking strength and elongation at break, and density and hardness tests were performed to determine physical properties. As a result of the study, it was observed that ML and MH, Mooney viscosity and CRI values increased with the increase in the amount of ENB. While the tensile strength decreased by 8.9% in samples with 44% ethylene content, the tensile strength increased by 29.5% in samples with 57% ethylene content. With the increase of ENB ratio, the permanent deformation rate decreased by 15.2% and 26.2%.

Keywords

• EPDM
• ENB Ratio
• rheological properties
• Physical properties

Etiliden Norboren (ENB) Oranın Etilen-Propilen-Dien-Monomer (EPDM) Kauçuğun Mekanik, Reolojik ve Fiziksel Özelliklerine Etkisinin İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada, EPDM kauçuğundaki ENB oranının mekanik, reolojik ve fiziksel özelliklere etkisi incelenmiştir. Etilen oranı %44 olan %5.5 ve %9 ENB oranına sahip EPDM kauçukları ile etilen oranı %57 olan %4.5 ve %8.9 ENB oranına sahip EPDM kauçukları üretilerek ENB oranın etkileri araştırılmıştır. Üretimler 1.5 lt’lik laboratuvar tipi mini banbury kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen EPDM karışımları preste 180 oC ve 20 dakika boyunca vulkanize edilerek test plakaları elde edilmiştir. Pres öncesi reometre (MDR) ve Mooney viskozite testleri ile EPDM karışımlarının reolojik ve akışkanlık özellikleri incelenmiştir. Kopma mukavemeti ve kopma uzaması gibi mekanik özelliklerin belirlenmesi için çekme testi ve ayrıca kalıcı deformasyon testi, fiziksel özelliklerin belirlenmesi için yoğunluk ve sertlik testleri yapılmıştır. Çalışma sonucunda, ENB miktarının artması ile ML ve MH, mooney viskozite ve CRI değerlerinin arttığı gözlenmiştir. Etilen oranı %44 olan numunelerde kopma mukavemeti %8.9 oranında azalırken Etilen oranı %57 olan numunelerde kopma mukavemeti %29.5 oranında artmıştır. ENB oranının artması ile kalıcı deformasyon oranı %15.2 ve %26.2 oranlarında azalmıştır.

Anahtar Kelimeler

• EPDM
• ENB oranı
• Reolojik özellikler
• Fiziksel özellikler

References

1. [1] Zhiyi P., Yi L., Yiyi Z., “Electrical breakdown mechanism of ENB-EPDM cable ınsulation based on density functional theory”, Polymers, 15:5 (2023) 1217. https://doi.org/10.3390/polym15051217.
2. [2] Ayşe T. B., Bağdagül K., Haluk K., “Evaluating ethylene propylene diene monomer rubber for dynamic applications instead of natural rubber”, Eskişehir Technıcal Unıversıty Journal of Scıence and Technology A- Applıed Scıences and Engıneerıng, 20:1 (2019) 121-132. Doı: 10.18038/aubtda.410141 [3] Kor Dayıoğlu A., “Vulkanizasyon parametrelerinin doğal kauçukların çapraz bağ yoğunluğu ve malzeme ömrü üzerindeki etkinin incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Bursa Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2018).
3. [4] Tokita N., Scott, R., “Rheological properties and molecular structure of elastomers: EPM”, EPDM. Untroyal Research Center, New Jersey, (1968).
4. [5] Nesrin Y., “Polipropilen (PP)/Etilen-propilen-dien-monomer (EPDM) termoplastik vulkanizatlarının hazırlanması ve karakterizasyonu”, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2010).
5. [6] Fatma Nur B., “Peroksit vulkanizasyon sistemli etilen propilen dien kauçuk karışımlarının reolojik ve mekanik özelliklerini etkileyen faktörlerin incelenmesi”, Bursa Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2021).
6. [7] Sung-Seen C., Yun-Ki K., “Analysis of 5-ethylidene-2-norbornene in ethylene-propylene-diene terpolymer using pyrolysis-GC/MS”, Polymer Testing, 30:5 (2011) 509–514. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2011.04.005
7. [8] Verbruggen M. A. L., van der Does L., Noordermeer J. W. M., van Duin M., “Influence of the diene monomer on devulcanization of EPDM rubber”, Journal of Applied Polymer Science, 109:2 (2008) 976–986. https://doi.org/10.1002/app.28132.
8. [9] van Duin M., Dees M., Dikland H., “Advantages of EPDM rubber products with a third monomer part I - Improved peroxide curing efficiency in window gasket applications”, KGK rubberpoint, 61:5 (2008) 233-243.

9. [10] Nabil H., Ismail H., Azura, A.R., “Compounding, mechanical and morphological properties of carbon-black-filled natural rubber/recycled ethylene-propylene-diene-monomer (NR/R-EPDM) blends, Polymer Testing, 32:2 (2013) 385-393. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2012.11.003.
10. [11] Özdemir T., “Gamma irradiation degradation/modification of 5-ethylidene 2-norbornene (ENB)-based ethylene propylene diene rubber (EPDM) depending on ENB content of EPDM and type/content of peroxides used in vulcanization”, Radiation Physics and Chemistry, 77:6 (2008) 787-793. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2007.12.010.
11. [12] Ghosh M. K., Tripathy A. R., Das C. K., “Effect of different diene monomers on the polyblend systems consisting of EPDM and EVA”, International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, 17:1-2, (1992) 17-33. https://doi.org/10.1080/00914039208041096.
12. [13] Surya I., Sukeksi L., Hayeemasae N., “Studies on cure ındex, swelling behavior, tensile and thermooxidative properties of natural rubber compounds in the presence of alkanolamide”, IOP Conf. Series, Materials Science and Material Engineering, 309 (2018) 012060. doi:10.1088/1757-899X/309/1/012060 [14] Hu Q., Chen Q., Song P., Gong X., Chen J., Zhao Y., “Performance of Thermal-Oxidative Aging on the Structure and Properties of Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) Vulcanizates”, Polymers, 15:10, (2023) 2329. https://doi.org/10.3390/polym15102329.
13. [15] Dikmen Küçük S., Tozluoğlu A., Güner Y., Arslan, R., Sertkaya S., Mechanical, rheological and aging properties of nano-fibrillated cellulose/EPDM composites”, AÇÜ Orman Fakültesi Dergisi 23:1, (2022) 11-22. Doi: 10.17474/artvinofd.934238.