Environmental stress cracking of polyethylenes

In this work the Environmental Stress Cracking Resistance (ESCR) of four different grades of polyethylene has been evaluated, performing different types of tests. A solution of Tergitol NP9 has been chosen as an active environment. Analytical methods, based mainly on DSC, GPC, SIS, SSA techniques and NMR spectroscopy, have been performed to obtain information on the macromolecular characteristics and on the structure of the crystalline phases of the different polyethylenes. The analysed materials have been characterized in terms of their density/degree of crystallinity, melt flow index (M.F.I), molecular weight distribution (MWD), short chain branching content (SCB), short chain branching distribution (SCBD) and average lamellar thickness. At the same time, the industrial gold standard for ESCR determination of polyethylenes, Bell Telephone Test (ASTM D1693), has been performed on notched specimens at 50°C in contact with the selected active environment. Furthermore, methods based on the evaluation of the strain hardening modulus and LEFM theory have been developed for comparison purposes with respect to the Bell telephone Test. In this case, the first method has been conducted by performing tensile tests on Dumbbell-type specimens at 80°C, using a constant displacement rate loading history. In the second case, tests have been performed on notched specimens both in three and four-point bending configurations by applying two different loading histories: constant displacement rate and constant load, respectively. All the results have been collected and compared to evaluate the different ESC behaviour of the analysed polymers.

In questo lavoro è stata valutata la resistenza all' Environmental Stress Cracking (ESCR) di quattro diversi gradi di polietilene, eseguendo diversi tipi di test. Come ambiente attivo è stata scelta una soluzione di Tergitol NP9. Metodi analitici, basati principalmente su tecniche DSC, GPC, SIS, SSA e spettroscopia NMR, sono stati eseguiti per ottenere informazioni sulle caratteristiche macromolecolari e sulla struttura delle fasi cristalline dei diversi polietileni. I materiali analizzati sono stati caratterizzati in termini di densità / grado di cristallinità, indice di fluidità (M.F.I), distribuzione del peso molecolare (MWD), contenuto di ramificazioni corte (SCB), distribuzione di ramificazioni corte (SCBD) e spessore lamellare medio. Allo stesso tempo, il gold standard industriale per la determinazione dell'ESCR dei polietileni, chiamato Bell Telephone Test (ASTM D1693), è stato eseguito su campioni intagliati a 50°C a contatto con l'ambiente attivo selezionato. Inoltre, sono stati sviluppati metodi basati sulla valutazione del modulo di strain hardening e basati sulla teoria della meccanica della frattura a scopo di confronto rispetto al Bell Telephone Test. In questo caso, il primo metodo è stato condotto eseguendo prove di trazione su provini di tipo Dumbbell a 80°C, utilizzando un carico a velocità di spostamento costante. Nel secondo caso, le prove sono state eseguite su provini intagliati sia in configurazioni di flessione a tre punti sia a quattro punti applicando due diverse storie di carico: velocità di spostamento costante e carico costante, rispettivamente. Tutti i risultati sono stati raccolti e confrontati per valutare il diverso comportamento ESC dei polimeri analizzati.