Structure-Property Relations for Recycled HDPE at Large Deformations in the Liquid State and Effect on Crystallization

Mikkelsen, Maja Hirschel

4. semester

Materials Engineering, Master

2024

2024-05-31

42

Denne afhandling undersøger, hvordan termisk‑oxidativ nedbrydning (opvarmning i nærvær af ilt) ændrer krystallinitetsgraden og den indre struktur i høj‑densitets polyethylen (HDPE), og hvordan disse ændringer relaterer sig til den øgede følsomhed for svigt under cyklisk belastning, som ses for genanvendt HDPE. Vi sammenlignede jomfruelig HDPE (vHDPE), laboratoriemæssigt degraderet vHDPE (vHDPEdeg280) og post‑consumer genanvendt HDPE (rHDPE). De termiske, reologiske og optiske egenskaber blev målt med flere metoder: TGA (termogravimetrisk analyse), DSC (differential scanning kalorimetri), OIT (oxidationsinduktionstid), reologi (inkl. storamplitudisk oscillerende forskydning, LAOS), opløsningsmiddel‑opsvulmning, FTIR (Fourier‑transform infrarød spektroskopi), optisk mikroskopi og SEM (scanning‑elektronmikroskopi). De termiske målinger viste, at degraderede prøver havde lavere krystallinitet, og TGA indikerede en højere nedbrydningstemperatur. LAOS viste sig effektiv til at beskrive, hvordan nedbrydning ændrer smeltens strukturelle adfærd. Optisk mikroskopi og SEM fremhævede komplekse nedbrydningsvirkninger på krystalstrukturen og en større uensartethed i de degraderede prøver. Samlet set viser analyser af LAOS‑respons og krystallinitet tydelige ændringer i den indre struktur som følge af komplekse nedbrydningsmekanismer, viden der er relevant for at forstå svigt under gentagen belastning i genanvendt HDPE.

This thesis examines how thermo‑oxidative degradation (heating in the presence of oxygen) changes the degree of crystallinity and the internal structure of high‑density polyethylene (HDPE), and how these changes relate to the increased sensitivity to failure under cyclic loading observed in recycled HDPE. We compared virgin HDPE (vHDPE), laboratory‑degraded vHDPE (vHDPEdeg280), and post‑consumer recycled HDPE (rHDPE). Thermal, rheological, and optical properties were measured using multiple techniques: TGA (thermogravimetric analysis), DSC (differential scanning calorimetry), OIT (oxidation induction time), rheology (including large‑amplitude oscillatory shear, LAOS), solvent swelling, FTIR (Fourier‑transform infrared spectroscopy), optical microscopy, and SEM (scanning electron microscopy). Thermal tests showed lower crystallinity in degraded samples, and TGA indicated a higher degradation temperature. LAOS proved effective for capturing how degradation alters the melt’s structural behavior. Optical microscopy and SEM highlighted complex effects on the crystalline morphology and greater inhomogeneity in degraded samples. Overall, LAOS response and crystallinity analyses reveal clear changes to the internal structure driven by complex degradation mechanisms, information that is relevant for understanding failure under repeated loading in recycled HDPE.

[This summary has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]

HDPE ; Degradation ; LAOS ; Recycling

Download
View record in AAU Student Projects