Environmental stress cracking in recycled HDPE detergent containers

In this study, the Environmental Stress Cracking Resistance (ESCR) of two different grades of recycled high density polyethylene (HDPE) and one grade of virgin HDPE commonly used for the production of detergent containers was assessed. The evaluation involved conducting strain hardening modulus testing and Fracture Mechanics analysis. To evaluate the strain hardening modulus, dumbbell-type specimens were extracted from real detergent bottles produced by extrusion-blow molding. These specimens subjected a tensile test at a temperature of 80°C and a constant displacement rate of 20$ rac{mm}{min}$. This test serves as a valuable means to rank the materials based on their Environmental Stress Cracking Resistance (ESCR) behavior. The fracture behavior analysis was carried out on Single Edge Notched Bending specimens made of compression-molded plates. The tests were conducted at a temperature of 60°C using three different constant loads. Both the initiation and propagation phases of fracture were studied, with a specific focus on assessing the influence of the active environment. The findings indicated that in the presence of the detergent, the crack initiated earlier and propagated at a faster rate, compared to observations in air, after a critical interaction time and below a critical propagation speed. To simulate real-world conditions, a commercially available household detergent was selected as the active environment for testing. The obtained results from both the strain hardening modulus testing and Fracture Mechanics analysis were collected and compared.

In questo studio, è stata valutata la resistenza allo stress cracking ambientale (ESCR) di due diverse qualità di polietilene ad alta densità (HDPE) riciclato e una qualità di HDPE vergine, comunemente utilizzate per la produzione di contenitori per detergenti. La valutazione è stata condotta mediante prove di strain hardening modulus e di meccanica della frattura. Per la valutazione di strain hardening modulus, sono stati estratti campioni a osso di cane da bottiglie di detergenti prodotte per estrusione-soffiaggio. Questi campioni sono stati testati a trazione a una temperatura di 80°C e alla velocita di spostamento di 20$ rac{mm}{min}$ costante. Questo test è un valido strumento per classificare i materiali in base al loro comportamento di resistenza allo stress cracking ambientale (ESCR). L'analisi del comportamento a frattura è stata effettuata su Single Edge Notched Bending campioni realizzati con stampaggio a compressione. Le prove sono state condotte a una temperatura di 60°C utilizzando tre diversi carichi costanti. Sono state studiate sia le fasi di innesco che di propagazione della frattura, con un'attenzione particolare all'influenza dell'ambiente attivo. I risultati hanno indicato che, in presenza del detergente, la frattura iniziava prima e si propagava a una velocità maggiore, rispetto alle osservazioni in aria, dopo un tempo di interazione critico e al di sotto di una velocità di propagazione critica. Per simulare condizioni reali come ambiente attivo per le prove, è stato selezionato un detergente per uso domestico disponibile commercialmente. I risultati ottenuti sia dalle prove del modulo di irrigidimento a deformazione che dall'analisi della meccanica della frattura sono stati raccolti e confrontati.