COMPARATIVE STUDY of PROPERTIES of HDPE-100, PIPE RECYCLED HDPE and THEIR BLENDS

Horvat, Tomislav ; Salazar del Campo, Amanda

4. semester

Materials Engineering, Master

2019

2019-06-03

72

Plastaffald er en stor udfordring. Dette studie undersøger, om genanvendt høj-densitetspolyethylen (rHDPE) til rørsystemer kan blandes med jomfruelig HDPE (vHDPE) uden at forringe materialets egenskaber. Vi sammenlignede vHDPE og rHDPE ved hjælp af differential skanningskalorimetri (DSC) til at måle krystallinitet (hvor ordnet polymerstrukturen er), oxidationsinduktionstid (OIT) til at vurdere termo-oxidativ stabilitet (tiden til nedbrydning starter ved givne temperaturer), reometri til at analysere smelteflow, viskositet, molekylvægt og fordeling heraf samt tegn på termisk nedbrydning, og mekaniske forsøg: trækforsøg for flydespænding og tøjning ved flydning samt langtidsforsøg som kryb (konstant spænding), spændingsafslapning (konstant tøjning) og cyklisk belastning (gentagen belastning og aflastning). Vi testede også blandinger af rHDPE og vHDPE i forholdene 30/70, 50/50 og 70/30. Resultaterne var: Krystalliniteten var næsten ens (vHDPE 50,61 %, rHDPE 51,37 %). OIT viste, at rHDPE er mindre stabilt; nedbrydning starter tidligere end i vHDPE. Reometri ved 240 °C viste, at rHDPE begynder at nedbrydes tidligere og har lidt lavere viskositet og molekylvægt samt bredere molekylvægtsfordeling; forskellene var dog små. Trækforsøg viste lavere flydespænding og højere tøjning ved flydning for rHDPE, med forskelle på cirka 7–14 %. Ved lave belastninger var langtidsadfærden ens: ingen forskel i kryb ved 10 MPa eller i spændingsafslapning ved 6 % tøjning. Ved højere belastning (kryb ved 15 MPa) deformered e rHDPE mindre over 20 minutter, hvilket antydes at skyldes tilstedeværelse af tværbindinger. I cyklisk belastning nær flydespændingen brød rHDPE efter cirka 10 cykler mod cirka 300 for vHDPE, hvilket også peger på indflydelse fra tværbindinger. Blandingerne ydede mellem vHDPE og rHDPE, uden væsentlige forskelle mellem blandingsforholdene. Samlet set opfører rHDPE og vHDPE sig ens ved lave spændinger og tøjninger. Ved langtidsanvendelser med højere belastninger bør man udvise forsigtighed og foretage yderligere tests, før rHDPE-blandinger anvendes.

Plastic waste is a major challenge. This study examines whether recycled high-density polyethylene (rHDPE) used in piping can be blended with virgin HDPE (vHDPE) without compromising material performance. We compared vHDPE and rHDPE using differential scanning calorimetry (DSC) to assess crystallinity (how ordered the polymer structure is), Oxidation Induction Time (OIT) to gauge thermo-oxidative stability (the time until degradation starts at set temperatures), rheology to analyze melt flow, viscosity, molecular weight and its distribution and to detect thermal degradation, and mechanical tests: tensile tests for yield strength and strain at yield, plus long-term tests including creep (constant stress), stress relaxation (constant strain), and cyclic loading (repeated loading and unloading). We also tested blends of rHDPE and vHDPE at 30/70, 50/50, and 70/30 ratios. The key results were: crystallinity was almost the same (vHDPE 50.61%, rHDPE 51.37%). OIT showed rHDPE is less stable; degradation starts sooner than in vHDPE. Rheology at 240 °C indicated rHDPE begins degrading earlier and has slightly lower viscosity and molecular weight with a broader molecular weight distribution; these differences were small. Tensile tests showed rHDPE had lower yield strength and higher strain at yield, with differences of roughly 7–14%. At low loads, long-term behavior was similar: no differences in creep at 10 MPa or in stress relaxation at 6% strain. At higher load (creep at 15 MPa), rHDPE deformed less over 20 minutes, suggested to be due to cross-links. In cyclic loading near the yield stress, rHDPE failed after about 10 cycles versus about 300 for vHDPE, also consistent with cross-linking effects. Blends performed between vHDPE and rHDPE, with no major differences among blend ratios. Overall, rHDPE and vHDPE behave similarly under low stresses and strains. For long-term applications with higher loads, caution and further testing are advised before using rHDPE blends.

[This abstract was generated with the help of AI]

HDPE ; Degradation ; Recycling ; Blends

Download
View record in AAU Student Projects