Thermal degradation of polyamide 6,6 composites from electrical and electronic equipment : an investigation by accelerated aging for post-consumer recycling

This research tackles the efficient recycling of plastic wastes from electric and electronic equipment (WEEP) from the perspective of understanding the degradation phenomena involved during the material’s lifecycle, as a part of a larger collaboration between Politecnico di Milano and ABB. An assessment of thermal aging occurring in polyamide 6,6 at two different glass fiber reinforcement ratio and two different flame retarding agents for low voltage circuit breakers is proposed. The study is carried out through the characterization of raw materials using different thermal and spectroscopic methods and the evolution of physical and mechanical properties of accelerated thermally aged specimens. Changes in flexural properties and crystallinity of the reinforced polyamide 6,6 during thermal degradation are evaluated using three-point bending tests and DSC analysis, as well as identifying the degree of thermal oxidation using FT-IR. Flexural tests have shown, after an initial annealing effect, the decrease in deformation at maximum strength up to between 24% and 34% based on aging condition and glass fiber content. An Arrhenius-type equation has been used to correlate 80% retained flexural properties to aging time and temperatures and obtain the activation energy for the degradation process, proven to be in line with what obtained from the literature. Calorimetric analysis highlighted the presence of a secondary melting temperature of crystal structures formed during aging and an overall increase in crystallinity through accelerated thermal aging. Results are obtained with a view to establish the impact of thermal aging on the material in the foresight of its use in the manufacturing of post-consumer recycled thermoplastic composites for the same applications.

Questa ricerca affronta il tema dei rifiuti polimerici da apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE) nell'ottica della comprensione dei fenomeni di degrado coinvolti durante il ciclo di vita del materiale, come parte di una più ampia collaborazione tra il Politecnico di Milano e ABB. Viene proposta una valutazione dell'invecchiamento termico che si verifica nella poliammide 6,6 con due diversi rapporti di rinforzo in fibra di vetro e due diversi agenti ritardanti di fiamma per interruttori di bassa tensione. Lo studio è condotto attraverso la caratterizzazione del granulato utilizzando diversi metodi termici e spettroscopici, inoltre è valutata l'evoluzione delle proprietà fisiche e meccaniche di campioni invecchiati termicamente. Le variazioni delle proprietà a flessione e della cristallinità della poliammide 6,6 rinforzata durante la degradazione termica vengono valutate mediante prove di flessione a tre punti e analisi DSC, oltre all'identificazione del grado di ossidazione termica mediante FT-IR. Le prove di flessione hanno mostrato, dopo un iniziale effetto positivo sulle proprietà meccaniche, la diminuzione della deformazione a massimo sforzo è stata fino ad un massimo tra il 24% e il 34% in base alle condizioni di invecchiamento e al contenuto di fibra di vetro. Un'equazione di tipo Arrhenius è stata utilizzata per correlare l'80% delle proprietà flessionali conservate con il tempo e le temperature di invecchiamento e per ottenere l'energia di attivazione per il processo di degradazione, risultato in linea con quanto ottenuto in letteratura. L'analisi calorimetrica ha evidenziato la presenza di una temperatura di fusione secondaria di strutture cristalline formate durante l'invecchiamento e un aumento complessivo della cristallinità durante l'invecchiamento termico accelerato. I risultati sono ottenuti al fine di stabilire l'impatto dell'invecchiamento termico sul materiale in previsione del suo utilizzo nella produzione di compositi termoplastici riciclati post-consumer per le stesse applicazioni.