The effect of thermal exposure time on mechanical and thermal property behaviors of high density polyethylene (HDPE) used for plastic pallet under an outdoor environment condition has been investigated. As the thermal exposure time is increased, a proportional increase until 36 weeks in tensile strength is observed, while an increasing tendency in impact strength at the early stage of thermal degradation and then a drastic decrease after 27 weeks are shown. These results can be explained by the increases of chain entanglement and crystallinity at the early stage, followed by the increase of crosslinking density, chain scission and the decrease in chain mobility at the late stage of degradation, due to thermal oxidation. Microscopic observation using digital microscope indicates the increases of micro-crack and surface roughness as thermal oxidation makes a progress. Fourier transform infrared spectroscopy result suggests the increase of carbonyl index value on the surface of thermally exposed HDPE, indicating that the hydrocarbon groups on the HDPE surface undergo the thermal oxidation. The long-term life time of HDPE could be predicted by carrying out an accelerated life test using Arrhenius model. In addition, the lifetime equation of HDPE is suggested in order to estimate the failure time at various operating temperatures.

옥외 환경에서 플라스틱 팔레트로 사용되는 고밀도폴리에틸렌 소재의 열 열화시간에 따른 기계적·열적 물성거동을 조사하였다. 인장강도는 열화시간이 경과함에 따라 36주까지 비례적으로 증가하였고, 충격강도는 열화 초기에는 증가하는 경향을 보였지만, 27주 이후부터 급격히 감소하였다. 이는 열화 초기 시점에서 사슬의 얽힘밀도의 증가와 더불어 결정화도의 증가가 선행되고, 열화 후반으로 갈수록 열 산화에 의한 가교밀도의 증가, 사슬전단 및 사슬 운동성의 감소 등이 지배적인 열화 메커니즘으로 작용하기 때문이라 판단된다. 현미경을 이용한 관찰 결과, 열화가 진행됨에 따라 고밀도폴리에틸렌 표면에서 미세한 균열과 거칠기의 증가를 관찰할 수 있었다. 적외선분광분석 결과는 열화된 고밀도폴리에틸렌 소재의 표면에 카보닐 지수가 증가하였음을 보여준다. 이런 결과는 고밀도폴리에틸렌 표면의 탄화수소가 열화되었음을 의미한다. 아레니우스 모델을 이용하여 가속수명시험법을 수행하여 고밀도폴리에틸렌 소재의 장기 수명을 예측하였다. 또한 다양한 사용온도에서 고장시간을 추정할 수 있는 수명식을 제안하였다.

Keywords: high density polyethylene; thermal degradation; oxidation; accelerated life test; lifetime prediction