Resirkulerte komponenter av HDPE - Hvordan mekaniske egenskaper påvirkes av UV

Abstract

Som en del av MegaMould-prosjektet ønsker Plasto AS å benytte resirkulert HDPE ved produksjon av oppdrettsmerder. Visjonen er at på sikt skal virgin-materialet byttes ut med resirkulerte materialer i produksjonen av gangbaner og klammer til oppdrettsmerder. Per dags dato er det fire leverandører som har tilbudt å forsyne med resirkulert HDPE. Det varierer fra leverandør til leverandør med hvilke mekaniske og kjemiske egenskaper som er gitt i datablad. Databladene tar kun for seg egenskaper til produktet ved leveranse. Hensikten er dermed å kartlegge hvordan de mekaniske egenskapene i resirkulert HDPE påvirkes av UV-eksponering. Prøvestaver av virgin-materiale og resirkulert materiale ble plassert i UV-kammer med fluorescerende lamper i 744 timer (periode 1) og 1488 timer (periode 2). Resultater fra strekktest og Charpy-slagtest på de eksponerte prøvestavene ble sammenlignet med ueksponerte prøvestaver fra alle leverandørene. FTIR-spektroskopi ble utført for å observere endringer i kjemisk sammensetning.

Ved utføring av strekktest kom det fram at sprøytestøpingen muligens ikke har vært optimal ved produksjon av prøvestavene. Alle kvalitetene uavhengig av eksponeringsperiode gikk til brudd i samme område. Lysmikroskopi ble benyttet til å analysere støpedefekter i prøvestavene, noe som ble hyppigere dess lengre vekk fra innsprøytningen man så. Disse buene kan være tigerstriper, og har trolig påvirket resultatene i både strekktest og Charpy-slagtest.

I Charpy-slagtest kom det fram at kvalitetene viste mer forenlige egenskaper ved -20 °C enn i romtemperatur. Dette både mellom de forskjellige kvalitetene og eksponeringsperiodene. BorSafe var den eneste kvaliteten som totalt sett hadde lavere slagseighet ut over eksponeringstiden.

Det kom ikke fram noen lineær utvikling for alle kvalitetene i de mekaniske testene som følge av eksponeringstid. Ingen av de forskjellige kvalitetene har endret seg likt i forhold til hverandre, kun innad i kvalitetene kan det observeres lignende forandringer. Dette kan være som følge av annerledes degradering under produksjon, resirkulering, innhold av carbon black eller andre tilsetningsstoffer. Dette er noe som skulle kunne observeres ved bruk av FTIR-spektroskopi, men grafene viste lite endringer i kjemiske egenskaper.

UV-kammeret benyttet sykluser i henhold til standard ISO 4892-1 med en mørketid på 4 timer. Det er mulig at mørketiden kan ha vært for kort og dermed hindret tilstrekkelig oksygendiffusjon som kan ha påvirket fotodegraderingsmekanismene i prøvestavene. UV-lampene benyttet i forsøket er begrenset til bølgelengder mellom 295 og 365 nm. Mørketiden, lysspekteret og bruk av ionebyttet vann i UV-kammeret fører til at det ikke kan konkluderes med i hvilken grad resultatene er forenlig med resirkulert HDPE i sjøvann ved naturlig eksponering.

As a part of the MegaMould project, Plasto AS wish to incorporate the use of recycled HDPE in the production of fish farming pens. The long-term vision is to replace the virgin material used in walkways and brackets. Four suppliers have offered to provide recycled HDPE. The datasheets given by the suppliers vary in information of mechanical and chemical properties. Only properties upon delivery is specified. The intention is to map out the changes in mechanical properties after UV-exposure. Test specimens consisting of virgin or recycled material was placed in a fluorescent UV weathering chamber. Two exposure periods were used conducting this experiment, 744 hours (period 1) and 1488 hours (period 2). Results from testing exposed samples with Charpy impact test and tensile testing were compared with unexposed samples. FTIR spectroscopy were conducted to detect chemical changes by exposure.

It is questionable whether the production method for injection moulding the samples have been suitable or not. This was revealed during the tensile testing when all the samples, autonomous of exposure time, fractured at the same end. Light microscope images was used to analyse arcs in the specimens. These increased in presence as one observed further away from the injection point on the specimens. The arcs may be tiger stripes and could have affected the results in both Charpy impact test and tensile testing.

The impact tests performed in -20 °C showed more consistent results than the tests performed in room temperature. This consistency was shown independetly between the different qualities and exposure periods. All the qualities had a total increase over the various exposure periods in impact resistance except BorSafe.

No lineary development between the exposure periods is shown for all the qualities in the mechanical tests. Only within the qualities similar changes in mechanical properties are displayed. This could be because the different qualities differ in degradation during production, recycling, content of carbon black or other additives. The various properties should be observed with the use of FTIR-spectroscopy, but the graphs showed only a slight change in chemical properties.

The UV-chamber used cycles in accordance with ISO 4892-1 with a dark period of 4 hours. It is possible that the short length of the dark period has hindered sufficient oxygen diffusion and therefore affected the photodegradation mechanisms in the samples. The UV-lamps had a wavelength range of 295 to 365 nm. The dark period, wavelength spectra and the use of deionized water makes it troublesome to conclude whether or not the results are comparable with the use of recycled HDPE in seawater and natural exposure.