9

Click here to load reader

Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

����� ����������� ��� �� 1.B)))6;)).3 �.��) "C/B )�!)��.2��!?63

Blends of maleic-anhydride-graftedpolyethylene with polyethylene for improvedcathodic disbondment performanceDebashis Roy, George P Simon� and Maria ForsythSchool of Physics and Materials Engineering, Monash University, PO Box 69M, Victoria 3800, Australia

(Rec

� CoAustE-ma

� .

��������� ��� ����� �������� ��� �� ����� ��� ����� �������� �� � �������� ����� �� ����������

���� ����� �� ���������� ����� ������ ���� ������ �� ���������� �� ��� ���� ��� �� ��� ���� �� � ������

������� ��� ��������!� ������� �� ����� ������� �� � ���������� ����� ����� �� ����� ����

��"�� #� ���� �� �� !����� �� ��$ ������ ������������ �%"�&� ������������ ���� ������$

���� �� �$������ $������������ �%�'$�$�&� ��!� ���� �������� �� ��!�������� ��� ������ �� �"

������������ �� ���� �� ���� ��� �� �� ��� ��������� (�� ������ �� ����� �� �����!����� �� ����

�" ����������� �� ��� �������� ��� ��� ������������� "����������� �������� ����������� �")�� ��

�������$!����$���������� ��*(� �+��������� ��� �� �� ���������� � ��� ������� �����������

�!����� �� �� �� �� ��� � ������ ��� �� ��� ������� ��� ��� �����!������ &����� �������!�

,$��� ������������ �&",)� ��� ���� �� �� ������ ������ �������� ��� �� ����� � ��������� ��

�� �� �� �!����� ��� ������ �� � ���� ��� �" �������� #� �� ��� ���� ����� ��� �� �� ������

��� ��� �� ��� ����� ��������� ����� �� %"�& ��������� ��� ��� ���� �" ������������ �� ���� ���

� ������ �������� ������� ���� ��� �� �� ��������� ��������� �� ������ �� � ������ ��� �"

����������� �� ���������

� -../ )������ �� �������� #� ����

0����� �� ������������ ����� ����� �� ��� � ����� ��������� ������� ��° ���� ����� ��� � �� �

INTRODUCTION����� ����� ���������� �� ����� �������� ������ ���

���� ��� ����������� � �� ���� �� ����������� ����

� ����� ���������� ��� � � � �� � ��������

�������! � ����� �������� ��" �� ��� �� ���

� �� � ����� ��������� ��� ��� ��� �� ����� �� �����

���������� ���� ��# � � � �� �� ��� ���� ��

��������� ���������� ��� ��� ��� � � ��� ��� �� �������

�� � ����� ���� ��� ����� �� ����! �" � � �

�$�� � ��� ���� �� ������ ������ ����������

�� ���� � ��� ��� � ����� ��! ���� ��� ��� �� � ���

���� % � ������ ����� &���� �' �� ��� �� ����#

� �� ������� �� � �� �� ��� ����� ���� �� ����(��

���� ����� ���� �(���� �������� �� �� � �����

������� � �� ��� ��� � ����� ��!) *���+������� ���

�� ����� ��� �� ����������� ���� � ����� ����������

�� ��,���� �� � �� ��� ����� �� ������ ����

�������� �� ������ ����# ������ ������� ����!

������������ �� ��� �� ��� ���� ����� ��� ���������

���������� �������� ���� �� ���� � ���� �� �����

�������� ����� ���� ��������� � �������� �����

�� �(����# � ��� � ��������� ����!

-���� ���# ��� ��� ������ �� ������������ ��

�����# ��������� �� ��,���� ����� ������ �(� ����

�� ��� �������!. /� �� ������ �� � ��� ���� �� ����� �

�(� ���� ����� � 0�� �� �� � ��� ���� ������ ����� ��

eived 23 January 2001; revised version received 3 May 2001; accept

rrespondence to: George P Simon, School of Physics and Materiaraliail: [email protected]

��) 5������ �� ������ � /������! ��� �� ��6�;@)�32.��)2A3

������������ �� ���� �� ����� ���� ����� ��� � �����

� ����� �(����+���� ����� ������# ����� � � ������

�� 1���� ��2 �� ����� ������ ���� ���� ���� ��

������ ����� �� ��0� �����!3#4 ��� ��� �� �� ����� �����

��� � ���� �� ��� � �������� � ������# ���� �

���� ������+ ��+���$�+�������������# ����� �

% �� ���������� �� ��� ���� �� 5�� � �� ��#6 � ��

����� � ����������� �� ��� ������ �� � ��

�������� �� ��� ��������� �� ����� ���� ��� � �� ��

�� ��� ���� �� �!6�7 8 �� �������� � � �����

������� � �� �)!6� ������ ��� � ��� �� � �����

�������� �5�9 ! ��� ���� ����� ���� �� ���� �� ��#

�������# ������ �� �(����!

:������ ������ �� �� ���� �� ������������ �� � � �

����� ��� �" ���������� �� ��� ��� ������ � ��� ����$+

����� �� ����� � �(� ����� ������ ����� �� ��� �� �+

���# ����� �� ��� ).;)4 ����� � ���� �� � �� � ��

��� �����< � � � ������ �� ����� � �����0 ��

��������! ��� ���� ����� � ����� ����� ��������� � ��

������� ������ �� ��� ��� �� ���� ����� ���=�� �

����$�� ������� � ������ ���� �� �����# �� �����

�� �� ��0 ����� ����� �� �������! >�� ����+

����� ����� �������� ���� ����� �� ��� ��# ��� ����� �+

������ �� �� � ������ �� ���� �� ��� ����� � ������

����������? ����� � � ������ � ������ � ��� ��

���� ���������� �� �������2��������� ������ �� �

ed 22 May 2001�

ls Engineering, Monash University, PO Box 69M, Victoria 3800,

�!�� )))6

Page 2: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

� ��� � ����� � ������

� �����! >�� ���# � ������ �� ������� ���� �� ���+

��� ���� �� ���� ��� ��������� ���������� �� �� ������

�� � ������ �� � ��� ��� �� ��� �������� �� � ���

� ����(�� ����!@

/� ���� ����# �� �������� �� ��� ���������� �� � �"

������� ��� � �� �������� � � � �����$� ����

������� � ������ � ����+ ������+�� ���+����+

�������� �7:*+�+�9 ���� ���� �� ����� � �����+

������ ������������ �7"�9 �� �����! �� ������ ���

����������# � ����� ������������ � ����� ���� ����

7:*+�+�9 � � ��� �� �������� ����� ���� �����

�� ����� �� ��� � ����������� ������� �� ���� �"

� � ����� ���� ����� �� � ������� �� ����� �����

����� �� ������ ������� �" ������� ���!

Figure 1. Schematic diagram of the 90° peel-test rig.

Figure 2. Typical curve trace (dry) from 90° peel test for blend 1 at a cross-head speed of 1mm min�1 at room temperature.

EXPERIMENTALMaterials��� � �� ������� ��� �� ���� ���0 � � �����+

������ ������������ �7"�9# 9(�������� � -� �#

������ � D���� ! ���� 7"�9 � � ���$� �

������ ���� � ����+ ������+�� ��� ����+������

������������ �7:*+�+�9 � � ��� �� �������� +

�����! : � ���� ��� �7� ���� ����� � ��� � �0

��� � �� � �� ���=�� � � ��� �� �� � �����#

�� ��� �� ��� �������� ���� �� .!6��!6E � ���

� �0 � �� � � �� � �� ���=�� ������� ���� � ��

� ����!

Blend preparation��� 7"�9# 7� � 7:*+�+�9 ���������� ����

���� �� ���� ��(�� �F������ �� �� *::G9 /��

� )?�°� � <���� ��� <;@���! ��� ��(��� � ���� ��

7"�9 ��������� 7� 27:*+�+�9 ���2�� ����

)��2�# �?!62.!6# �626# ��2)� � @�2.�!

Calorimetric measurementsC�� �� ��� ���� ����� ��� ������ ��� ����� ����

��� ����� �� ����� ������� ���� �� � �� ������ �� ����+

����� ���� ��������� � �� ����� � ��������� �"5� !

������� �� ����� �������� �� ����� �B

� ����� ������� � ������� � )�� �)������ ���H�� � �� ������ �� ���� � ����# �

�� ���� � ��� �� ���� ��� � �� �� 0 �� ���

"5� �����! ���H�� � �� ������ �� ��� )��E ����� �+

���� � ���� �! ��� ����� ������� �� ��� ���� � ��

������� ���� �������� �� ����� ���0�� 9����

"5�+?! ��� � ����� � ��� 6;)��� ���� �� ��

���� 4�°� �� )?�°� � �� ����� � �� �� )�°� ����)!

�� �������� ��� ������� �� ����� ������� �� �� �

�������� � ����� ����# �� � �� �������� ���

��� � �� ������ �� ���� ����� ����� ������������ �� �

.�3I��)!)�

Peel-test set-up: ��° ����+���� ��� � � ������ � ����# � � �

������ ���� ��� ����� �� �� �������� � ��� �����+

�� �� ������� ������! : *����$�� ������� ������ � �

��� ��� � ����� ����� � �����+�� ���� �� )��

)))<

����) � ��� �!�)�� ����) ���� � ����� �

/������ 46�6 � � ���# � ����� �� >�� )! ��� )+08

�� ���� � � ��� �� �� ���� ��� ���� ����� �8�����

�� ��� �� ���� � ���� .6+�� ����# � � � ����+

,������ �������� ���� 8���) ��� ���� �������� �

������ �� ���� ���� ����� � ����! J��� �� ����

�� ����� ���� ��� ����� �� � ����� �� � ��# ���

�� ���� ����� ����� �� ��� � ����� ��! /� �� �����

���� �� ��� ��# � ����� �� ��� ����� �� >�� .! J��� ���

������� �� �������# ��� �� � � ���� �� ���� ������ ��

��������!))

Method of peel-test sample preparation (variousfailure initiation techniques): � ����� �� ������ �� ����� ���� ��� ���� ����� ����

���# ������� �� ��� � ���� �� ���� ���� �� �� ! ���

��������� ������,��� ���� �������B � ���� ��� �

���� ����� ���� � ������ ��� �� ���� �������# �

��� �� 1.�)))6;)).3 �.��)

Page 3: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

������ � ������ ��������� ������� !���������� "��� !����������

���� ��� � ������� � ������# ������� � ���������

�� )7 8 C* �������� ��� � �� �� )� �������

�������� �������# � �� ����� ���� �� � ����� �

� ����� ��� ������� ��� � ���� ���� ��= ����

������� � �)!6�5�9 �� �!6)7 8 �� ���� � ���� ���

������ ��� ��� ���� ������� ! /� ����� � ���� �� �

��� ������ � � �� ��� ��� ���� ������� ���� ����

�� � ������ �� ����� � ���� ������ � ����� �

������� �� ���� �� ����� �� ��� � ����� ������

� ����� �� ��� �" ���� ������! "�� ������ �������

������ �� � ������ �� � �� �� �� ����� � �����

��������# �� ���� ���� ���� � ��� �� ������� �� ���

����� ���� �� � �� �������� �� ���� ���� ����� ��

�� �� �������� �� � ����� �� ���� � �����# � ����

�� � ��� �� ���� ������ ���� �� ��� �" �������# �

����� ���� ����� ���� ��� ��� ������ �������� ��

���������� � �����!

>�� ����+���� ���������# .+�� ����0 �� ���� � �

����� �� � �+� ��� ����� ����� �)�����)����.6�� ���� ���� � ���� �)�����).���.6�� � 3.�°� ��� 3;4��� �� �� ��

����� � )�7� # � � � ����,������ ,������ ��

��� ��� �����! ��� ��������� �� ������� ������ �� ���

� ���� �� ����� ��� � ����� ����� �� ��������! /�

��� � �� �� �� ���� �����# ��� �����������+�����

� ���� � � �������� ��� � ��� 6��� ���� ��� ���

�� ����� �� ��� ��° ����+���� ��� � ����,������

�� ��� � ��� ������� ������ ����! 7���� � ��� ���

���� ������� ������� ���������� ��� ����(�� ����

6��� �� ������� ���� ��� ��� � �� ���� ���

� ���� �� )7 8 C* �������� ��* ������ �� �� ����

�� ���� ���� K�5 � �����# ��� ����� ����# � �

������ )3!? � )3!� � ��� �� �� .@ �� �� �" ����

���� ���� � ���������# ����� �� ��� )7 8 C*

������� �� �������� ������� ��� � �� �� )� �����

��� ���� ���� � � �������! >�� ����� �� # �� �

������ �� ����� �� ���� ������ � �����# � ����� ���

����� ����+���� ��������� �>�� 3 ���� ���� ��

� �� ���� ���� �� 3��E 8 �� �������� ���� 3�:

������� ��� ����� �� �� )7 8 C* �� ���� � �*

�����# � ���� � ���� ���� # ���� ����� ��� ������� 6���

�� �� ���� ���� ��� �� �� ��� �� �� ����� �� �� ����

������!

CD test sample preparation: .+�� ����0 �� ���� �� ���� � ���� � � � �����

Figure 3. Schematic representation of the CD induced peel-test samplepreparation.

��� �� 1.�)))6;)).3 �.��)

� ����������� ������� �� � �+� ��� �� �� �

����� $���� �:5 )<.?!4L�� �� .).

). ����� �� ��

�.3����.3����4�� ���� ���� � ����

�)�����)�����.�� � 3.�°� ��� 3;4��� �

�������� �� )�7� # ����� �� ��+��������� ��%�� �

����+���� �� ����! ��� � ���� � � ,������ ��

��� ��� ����� � ������� � �� �� ����(�� ���� @�°�����)# ����� ���� ���� ���� ������ ���� ��� ���

�����!

CD test set-up��� ��� �(�������� � ���+�� ��,���� �� ��� :��+

�� �� � 5� � � :5 43.)L)��6)3 ������ � �� :5�7

-@+�6 � � ������� ��� ��� �� �� ���� �� ��� �"

������� ��� �� � ����� �� ���� � �����! /� ����+

��� ���� ���� ���� �����# <+�� � ����� % � � �

����� ������� ��� �����������+����� �� ����

� ���� �� ��� ��� � ���� �� �� ��� ������ �� � �� �"

���� ��� ���� ����� % �+�� ���� ��! F��� ��� �����

� ���� � ����� �� @��� � ����(�� ���� ����

���� ���� $(� ����� ��� ���� ��� ���� � ����� ��������

������! : ��� �� ������� ���� �@��� ����� �

� ����� � � �� ��� �� ��� ��� ���� ���� ���

������� ������! ���� ���� ������� ���� $��� ����

3��E 8 �� ��������# �� �!6.7 8 �� ��������# � �

�������� ������� �3��!�.�: � � ����� �����

�� ����� ��� ����� �� 0��� � ��� �)!6� ������5�9 �� ��� �����2�������� ������ ��! :� ������ �� ���

�(������ 3 ��# ��� ������� ������� � � ������ �

����� �� 3�: �� ������ ��! ��� ���� ������ ����

� � � ��� ��� � .3�.°� ���������� ��� ���� �����

� � ��� ��� .@ ��! :���� .@ �� ��� �� ���� � �

������ �� �� ���� ��� �(���� �� ��������! ����

�� ������� � � ��� �� � � � �������� �F" !

Pressure-volume-temperature (PVT) experiments��� � )4 ����� ��� �����$� ������ �� � ���� � �

�������� �� �������� � ������ ����! ��� ��� �

� � �� ��� �� -����( ����� ����� ��� ���$����

%�� ��� � � �������! 5���� ������� �� ����� �

������������� %�� ���� ��� � ��� �� ������ �����

� ��������# ��� ������ �� ��� �� ���� �� �� � � �

� ���� ��� ��� ������� � ��� ���� ���! ���

� �� �� �� ���� ���� �� ��� ����� �� �� � ��� � ����

�� ���� ������ ��� �������� � �� ����� � ����� ��

������� �������� ��� �� 0 �� �������! 9 �� � ����

� � �� �� �� .6�°� � ����� �� 6�°� � �� �����

� �� �� 3°�����)# � ������ �������� �������� ��

)�7� �� � �� ����� �� ��� � !

��� ��������� �,� ����)6 � � ��� ��� ��� � ���� +

���� �� ��� ����$����� �� ����� � �(� �����#

� � )�� �������� �.������ � �� ��� ����$����� �� ����� � �(� ����� �� ���

��������# � �� ��� ������ �� ��� ��������# �

���2�� � �� ��� �� ��� �� ������ ���� ������� ��

�� ��� �� ������ ���� � ����� �� ��������# # �� ���

��� ����!

)))?

Page 4: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

Figure 4. DSC thermograms for MDPE, MAH-g-PE and MDPE/MAH-g-PEblends.

Figure 5. Plot of degree of crystallinity versus addition of MAH-g-PE (wt%).

� ��� � ����� � ������

Energy-dispersive X-ray spectroscopy:���� �������� ��� ����� ������������ ���� ���

�� ���������� �� ��� .@ �� �� �" ����# ���� ����

���+�� �� �� � 0� ���� ���������� � ������+

��������� K+� � ������������ �9"K5 �����=���

7�� � 5������$� 5���� �� � � ������� �� �������+

���� ���� I��� I57+@4�:# �� ����� �������� �����+

����� �597 �� � ��=� ��� ����� ���� ���

,� ��� ������# �� ����� ��� �������� �� ���� � �����

�������� �� ��� �9 ���� ��! 9"K5 � � ��� ��������

�� ��� � ������# � ����� ��� ����� ����� ���� ��!

RESULTS AND DISCUSSIONEffect of blending on degree of crystallinity"5� �(��������� ���� �������� �� �������� ���

������ �� ����� ������� �� � 0��� � ����� ����! "�����

�� ����� ������� � � �������� ���� "5� �(���������

� ��� �� ��� ��� ��� � ����� ��� ������������ ��

����� �� >�� 4! ��� �� � �� ������ �� ��� ����������

� ���� �� � �� ��� ���� ��� �� ���� ����������

�� 0 �� ��� ����� � �������� �� ������� �� ����� �+

������ ����� �,� �) ! ��� ����� �� ����� ������� �� �����

��>��6 � ������������E �������7:*+�+�9 ����

7"�9 � �� � � � ���� �� � ��� �� ��� �� ���� ���

����� ������� � ���� � ���� � 7:*+�+�9 ������ �������

��� )<E ���� ���� ������ ����� ������ ���� � ����

�7"�9������ ������� �� ���4<E �������� ���� ���

��� ��� � ����� �� ��� ����� �������! ��� ���� �������

�� ��� �� ���� ��=� �� � �� )# ����� ����� �� �

��� � ���� �� ��� ������� �� ����� ������� �� ��� ��� ��

�������� ��� ��� �� ��������� ��� ���� ����(�����# ��

Table 1. Degree of crystallinity of neat polymersand blends

������

����

��� � �

���� ���

������ ���

���� ���

����� ���

���� ���

�������� ��

)))@

�� � ���� ����� ������� �� � ��� ���! 9��� ������ ���

���� ����� ����� 7"�9 �� �������� �����# ��� ��������

�� �� �� 7:*+�+�9 ��� �� �� ����� �� ����� �

����� ������� �� ���7"�9�� ��! /� � � ��� � ������

�� ���"5� �������� �� ��>�� 4 �� � ���������� �� 0�

�� 7"�9 � 7:*+�+�9 ���� � ).@°� � )..°�������������# ������ ��� ������� �� 0 �� ���� � ���

������ ).@°� � )..°�! >��� ����� �������# ��

���� ������� �� � �� �� ���� ������ �� �"

������� ��� ���� ��� � ������ �� ����������� �2

����� ������� �� ����# �� �����0 �� ��������# �� ���� ��

����� �� ���� �� �� ���� ����� ������� ���� ������!

Effect of blend composition on dry bond strength��� �� �� �������� � � ������ � �������� ��

����������� �� ��� 7"�9 ���� ���$� ����

7:*+�+�9 � � ��� �� �������� ����� � �� �����

�� >�� <! /� �� ������ �� � ���� ���� ������ �� ��

�������� ���� �� �� �����$� 7"�9# �������

���$������� ���� �� �� �������� ����� �� ���� �

����������� � � ��� ��� �� ��� ���� ���� �����+

$� 7"�9 � ��� ����+������ ����� ����� ��! /� ��

��� ����# � ����������� �� �� �� �������� ��

������ � �� �� ���� �� � ��� �� ��� �� ��� ��� �� �

6 ��E 7:*+�+�9# �� �������� ��� ��� �������

�������! /� � � ������ �� �� �� ����+���� ����

� ����� �� � ��� � ����� ��� �� �������� ��������#

�� ���� ���� ����� � �� �� �� ������� �� ��� �����

����� ��! ����# ��� ��� ���� �� ��� ��� � � � ��

������ ��������� �� ��� ��0 � ���� � � ���� �� �

������ ��������� ��� ��� ����� ���� ��� ����� ��!

�� �

���������� �������� � ��

���

� �������� � ��

������ �� � ���� � �������

��� � ���� � ����

��� ������ ������

��� �� ��� ������

��� ������ ������

���� ������ ������

���� � ���� � ����

��� �� 1.�)))6;)).3 �.��)

Page 5: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

Figure 6. Plot of dry bond strength (Nmm�1) versus the addition of MAH-g-PE (wt%).

������ � ������ ��������� ������� !���������� "��� !����������

Effect of blend composition on CD performance��� ������� �� �" ������� ��� � F" ��� ��

������ � ���� ��� ������� �� �� 7:*+�+�9 ����

��� � ����� �� >�� ?! >�� �� ��� ����# �

����������� �� �" ������� ��� �� ������ �����

�������� �� � ��� ����������� �� ��� � �������� �

����� ���� ������������ � ���( �������� �" ������+

� ���! /� � � � ���� �� � ����� �� �� ����

������� ���� .!6��E ���# ���� ���� �� � ����

��� ����� �� .!6��E � ��� � �������� ���� ��

��,���� �� � ��� �����$� �� ����������� �� �"

����������! /���# ����� �� ������ ���� �� �� �"

������ ��� ��� ������ �� ���� �.���E �� �� ���

���������� �� ��� ���� �� ��� ��� � �������� �� ���

�������� �� �0 �� ����� �� ����� �" �� ������! ����

������# ���������# ����$�� ��� ���������� �� � ���

����������� �� ����� ����� �� �������� ��=�

������������ ���� ����� ��� � �������� � ����� ����

� ������ ���� ��� �0��� �� ������������ ���

������� �" ������� ���! J��� �" ������� ��� ��

����� � ���� �� �� ���� �� � ���� ��� �� ��

��������# � �0 �� ������ ���� �� ������ ������

Figure 7. Plot of radial disbondment (mm) versus the addition of MAH-g-PE (wt%).

��� �� 1.�)))6;)).3 �.��)

����� ��� ����������! ���� �� �� ��� ��# � ��� ��

,���� �������� �������� # �� ������ ����� �������

�������� � ����� �� �� �� ����� �� ��� ��0 �������#

����� � � � �(����� � ������ �� � � ����� ��� � �

��� ��� ������ �� � �� �� ��� �" ���������! ���

����� � ����� ����# �� � �0 �� ������ ���� ������ �"

������� ��� � �� �� ��������# � � ��� ���� ��

��� ���� �� 5���� �� ��)< �� � ���(�2����� �� ����

������!

Time dependence of CD process��� � � � �������� � � �������� � ��������

�� ���� �� ���� �� �������� �� ��� ������ � ����+

���� �� 7"�9 �� �� ����� ����� �� � ��� �������

�� ����� �� >�� @! F ���� �� � ������ ���� �

��������# �� � � ������� �� ���������� �����

������� �� ��� �� ��������B �;? ��# ?;)4 ��

� )4;.@ ��# ���� ���������� � :�# �� �

�"# ������������! ��� ���� �� 5������ � 50 �)?

���� ��� ���� �������� �� ��� � ����� �������

�� ���(�2����� ������ �� �������� � ����� � �� �#

������� � ���� � ����� �� �� ��� ����� ��

���� ����! ��� ���� �� *����� � �� �����)@ ��

���� ���+���� ���(�2����� ������ ����� ��� �� +

��� ���� �� ����� �� ���� ���� ������� ��

�����+���� �������� �! J ��� � � ����)� � ��

������� ��� ������� �������� �� ��������

�� ���� ���� �� ��� ����� � �� ��� �� ��� ��������!

��� ���� �� 1�� �� ��.� �� ��������� ��2����� �� ����

������ ���� ���� � �� �� ������� � ���

�������� ���� ����� ��� ������� �� ���� ��� ��� ��

�� ����! *������ �� ��.)# �������# � �� ���� ���

&�����+�� ��' ��������# �� ��� �������� ��

����� �� ���! /� � � � ������ �� >�� @ �� � ��� F" ��

��� ��� ����� ��� $��� ���0 �� ��� ���� �)!.�� � #

���� ����� ��� � �� ���� ��� �� ��� ����� ���0 ��

�!??�� ��) � �� ����������� ����� �� �� ���0� .;4

� �!?4�� ��)! /� ���� �� �������� ��� ���

�������� ���� ��%����� ���� �� �����# ����

������ ������ �� ������ � ����� � )4 � .@ �� ����

����� 0��!

Figure 8. Plot of radial disbondment (mm) of unmodified MDPE as afunction of time, showing three distinct stages of disbondment during 28days CD test.

)))�

Page 6: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

Figure 9. Disbonded area versus test time (days) as a function ofcomposition for unmodified MDPE, 5wt% MAH-g-PE loaded MDPE and20wt% MAH-g-PE loaded MDPE.

� ��� � ����� � ������

��� ������ �� ����� �� 7:*+�+�9 �� 7"�9 ���

��� ����������� �� �" ������� ��� � � � ��

����� �� �� �������� �� >�� �! ��� ������

���� ��� �� � ����� �� ������ �" ����� ��� ��� ����#

�� ���� ������ �����# ����� � 7"�9 �� ��� ����

����� ����� � ������� � � ���� � �� ���� �� ��

����! ��� ����� �� �� ���� �� ����� ��

���� ��� ���� ���� ����� ��� )4;.@ �� �� ��� �"

����! ���� �� ��� �� �� � ������ ���� ��� � ����+

���� � ������ ������� �� ���� �� � �� �� �������

� � ��� �� ��� �� ��� �������! ���� ���� ���� �� �

����� �� ������ ��� �� ��� ��������� ������� ���� ���

�� ���� � ������ �����! /� ����� � ���� �� �# ����

����� �� ��������# � ���� ������� � ��� ��

�(����� ���� �� � ��� ������� � � ��� ������� ���� �

�����$� ���� ���� �������� �� � � ��� ���� �! ����

�� ��� �� ������� � �� ��0��� �� ������ �� �� ����� �"

���� ���� ���� ����!

Wet and dry peel tests at a slow speed��� ���� ����.. �� �� ������ �� ������������ ��

����+���� ��+������ ����� �� ��0� ����� �� ����� ��

���� ��� �%������ �� ��� ������� � �� � � ���� ���

������ �� ���� ��� ��0 �� ��� �������! ���� �� ��� ��

��%����� � ��� ���� ���� �� ��� � �������� � ������

���� � � ����� � ����� �(����+���� ����� ������

����� ����� � �(� ���� �� ���+��� � ������������#

��������� �� ���� � ������ ��� ���� ����� ���$+

������� ������ �� ������ �� ��� �� �0 �� ���� ���� ���

��0 �� ����# ����� � ���� ������ �� ������� ��

Table 2. Peel strength (Nmm�1) for different pre-experiment crack initiations at a cross-head speed0.01mm min�1

������

������

��

����� �� �

����� �� �

� ����� ��� ����� ����� ����

)).�

������ ����� �� �����! :� ����� ��� �� � ��2����

� ��# ��� ����� ���� � � � ������=� �� ��� ���

�(���� ����� ���� ���� �� ���� � ��� �� ����

��������# � ���� � ���� ��0��� �� ����� ������

� �����# � �� � � ��� ������� ���� ������� ��

������ �� ����� ��������� � ���������� ��� ��� ����

���� � ����� �����+�� ����! ��� � �� �� ����+

���� ��������� ���� ����� �" �� ����(�+

� ���� �!���6�� ����)# ���������� ��������

�� .��� �� .@ ��# ����� �� ���� ����� �� � ���

�����+�� ���� �� )�� ����) �������� ��� ��

�� ���� �� ���� ��������!

�� ���� ������� ������ ���� �� ��� ���� �����

�������� �" ������� ���# ���� ����� ���� � ���� ���

� ���� ��� �� � �� �� �!�)�� ����) �� ��� /������

46�6 ���������� ���� ��� �� � ��� ���������

��� ��� �� 7"�92�� ��� ����� ) � �� �

���$� ���� .!6��E 7:*+�+�9 ����� . ! /� ���

� �� �� ��� ���� �����# ����� ��� ���� ��� �� � ��# ���

�������� � ����� ����� ���� ��������� ���� ������� ��

� ������ �� ������ �� ������ �� � � �����! ��� �������

�� ���� ����� � ���� ��� �� � �� �� �������� �� � ��

.! /� � � � ���� �� � ����� �� � ����������� �� 4�E

�� �� �� �������� ���� ���$� ���� ���� .!6��E

7:*+�+�9! /� �� ��� � ���� ��� ������� �� � ���

������ �������� � � ������� ��� ��� ������ ��

����� ���� ��� ��� .!6��E 7:*+�+�9 �� � � ����#

���� �� �� ��� �����$� 7"�9! :� � � � ����

���� � �� .# ���� �"+����� ��� ������

�������� �� ���� �� ���� ��� ���������� �� ��

��������# ��� � ������ �� ��� �������� �� ��

�������� �� ��� � �� �� �����$� 7"�9 �� ���

?�E# ���� �� �� 66E �� �������� �� �� ��������

�� ��� � �� �� .!6��E 7:*+�+�9 �� � ���# ��

�� ���� � ��� � �� �����+�� ����! /� � � ��� �

���� �� � ��� ��� �� � ����� �� ��# � ���� � ���# ����

����� �� )7 8 C* ������� �������� �������# �������

������� ���� �������� � ����� ���� �� �� ������2

������ �� � � ����� �� � �� �� ��� ���� ���� ����� �� ����

�" ���������! ���� ���� ���� ��� �� � ��� � �����

�� � ��%����� ��� ������ �������� �� ��� �����+

� �� � � ������ ��� ��������� �" ������� ���#

������� �� � ��� �����$� � ����� �� �� ����� �!

*������# �� � �� �� ���� �� �� � ��� ������ �����

� � ���� � ��� ��������� �� �" �� ����� � ��

,���� ������ � ���� � � ����� �� � ���� ����

� ���� �� � ���� � �" ����! ���� ��� ���� ����� ����

� ��� � ��������� ���� �� ����� ��� �"

������� ��� �� � ����� �� ���� � �����!

�� � ��

��� ���� ��

� ����

��� �� !�"�� � ��

������ ��� ���� ��

��� ����

��� �#$%� !���� � ��

������ ��� ���� �� &

�������� ������� ��

� � �� �'(�)

���� ����� ����

�� ����� �����

����

��� �� 1.�)))6;)).3 �.��)

Page 7: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

Figure 10. Experimental specific volume curve for MDPE showing thevolume changes in two stages (crystallization and shrinkage).

Figure 11. PVT plot as a function of composition of MDPE, Blend 1 andBlend 2.

������ � ������ ��������� ������� !���������� "��� !����������

Thermal expansion coefficient and CD performance:� ���� � ������ �� ��� ���������# ����� ����������

�� �� ����� � � ����� ����� �" ������� ���! >��

�������� ���� ������ ����� �� ��� ��# ��������

����� � ���������� ������ ��� ������� �� ���� �

��� � ����� �� � � ����� �� ����� � �������� �����

��� ������� �������# ����� � � ��%����� �" ������+

����! C�� ������ �� ����� �� ��� ��� �� ����� �� �����

��� ������ ���� ����$����� �� ����� � �(� ����� ���+

� �� �� ��� ��� ����� ����� ��# ��� ).;)4 �����

������ �� ��� � �� �� �9! ��� � ��� ��������� ��

����� � �(� ����� ����$������ � � � ������ ������

����� ������� � �� ������ ������ � ��� ��� ������

��� � ���� �! ���� � � �� 0�� ��� ��������� ������

�������� �� ��� �� ���� � ���� ����� ������� ���

��� ����� �� � ������ �� � � �����!.3 :� ���� �

��������� � �����0 �� �� �������# ��� ����� ���= ����

�� ����+����� ����� ������������ ������ �� � �� ��������

�� � ������ �� ��� �� � ��� ������ �� ������ �� ����

� �����! 8��� �� � �� � �� ��� � ������ �� �

������ � ��� �������� ����� ��� �� ���� ���0 ���

��� �����$� ���� ����� ��� ����� ������� �� ��� �� ����!

��� �(��������� ���� �������� �� ���� ��

�������� ��� ������ �� ����� � �(� ����� ����$�����

� �� ��� �� ������ �����0 �� �� ��� ���� ��

������� � ����� ��� � ����� �� �" ������+

� ���! ��� ������ �� ���� ����� ����� ���= ����

�������� ���= ���� � �����0 �� ��������0 �� � � �

�������� ���� ��� ��� ��� ���� �� � ����

������� �� �� >�� )� ��� ��� �� �������! � �� 3

,� ���$�� ��� �� ��� �� ������ �� �������# ��� ����� �

Table 3. Change in specific volume and thermalexpansion coefficients of polymers

������

������

+���

����

���������� ,

����

����� ��

����� ��

� ����� ��� ����� ����� ����

��� �� 1.�)))6;)).3 �.��)

�� ��� �� �� ����� ���= ���� � ������� ����� �

����� ����� ��������� ��������� ����� ���= ����# � ���

� ���� �� ����� �� ���� ������ ����# � ����� �� ��

������� �����0 �� �� ��� �������� ������ � ��

������ ����� �� ��� ����� ����� �� ��! �� �� ��

����� ���= ���� �� ���� �� � ����� � ��� �� �������

� ����# � �(����� ���� ��� ����� � ����� ��

����� ������� �������� ���� "5�! ��� ���� �

����� � �(� ����� ����$����� �� �� � �� � ����

� � � ���� �� �� ��� ������ ������ ���� ������ +

���� � ��� ������� ����� ���� � ��� ��� ���� �� ���

�����$� ������ � ������ ���� ����� ��� �,� �. !

��� ��� �(�������� ����� ���� ����� � ����� �

�(� ����� ����$������# � ���� �� ��� ������ �� ���

������ �� >�� ))# ����� �� ����� ��� ��� � �� �������

� ��� ����! ����# ��� ����$����� �� ����� �

�(� ����� ��� ��� �� ��� ������ �� ��� ���� ���

������ �� 7:*+�+�9 ���� ��� �� �������! /� ��

������ ���� ��� � �� 3 �� � �����$� ������ ���

��� �� ��� � �0��� � �������� �� ����������� ��

��� �(��������! /� �� ��� ��� � �� � ��� ����� �

�(� ����� ����$����� �� ���$� � ���� �� ���� �����

��� ������ �� ����� �� �� ����� ���� ��

�������� �" ������� ���! ��������� �� � � ���+

���� �� � �� ������������ ���� �� ���� ���0 �� ���

� ������ �� �� � ��� �� ��� �� �����0 �� ��������!

Surface analysis: interface between the polymer andsteel/� ���� �� ������� ������� ��� ��� �� � �����# ���

� ����� ��� ����� ������� � ����� ���� ��

� ���� *�

� ��� ��

���� ,�� �

�� � ���(����

������ � ���� *�

+���� ��� ��

��� �-��� ����� �-������(����

.������ ������ �

��*� ��� ��' ����'� �/���� �� ��� �-����

�°��

��� �� �������

�� ��� ��������

��� �� ��������

����

)).)

Page 8: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

� ��� � ����� � ������

� ���� ���� . � ���� ��� ���������� �� .@ �� �"

���� # � 0�� ���� ��� ������ �� .;3�� ���� ���

����� � ���� �# ���� �( ���� ����� 9"K5! ��� 9"K

������ �� ����� �� >�� ). � ��� ���� �� � ����� ��

������� ������� ��� ��� �������� �� ���� �� ���

������� ���� ��# ���������� �� � ��� � ����� �� ����

������ ����� �� ��� ���� � ������� �� �� ����������

�� ���� �(�� � ��� ���� �! /� �� ��� ��� � ���� 9"K

�������� �� ��� ���� ���� �� � ����� �� � ����+

� ��� ����� ����� ���� ��# �� � ����� �� �� �� �� ��

� ���2������� ���� ���� ��� � �� �� � ��������

��� �� ����� ������ �� � � �����! 9"K5 � � ���

�������� �� ����� ������� ���� �� � ���

���������� �� .@+ � �" ����# � � ����� ������ ����

��� ���� � � ����� � ���� �� ���� ���� ���� �����

���� � ������ �� ����� ������� ���� �� ����

��� ��� ���� ��� ���� �! ��� � �����+�������

������� �� ������( � �����+�� �� ����������! :

�� ����� �(�� � ���� �� ���� ���������� � � ������

� J ��� � � ����#)� ��� �������� ���+�� ��

������ �� ��������! ��� $��� �� �� �� ���������� ��

��� � �(�� ��������� ��� ������� � �� � ���

����� �� �� �� �� �� ��� � ����� � ��� � �(��2

������� ������ �� ���� ���� � � ��! ��� ���� �� ��

���� �� ���� ���0 � ������� � *������ �� ��.)

�������� �� ��� �� � ����� 0�������# ��� �� ���� ���

����� �� ��� ��� �! ����� �� ����� ������� �� ���

����� ����#)�#.4 ����� ��� ������� �� � �������� ��

������ �� � �(�� �� ��� ����� � ��� �� ��� � ����� �� ��

�� �������!

CONCLUSIONS���� ���0 � � ���� �� �� � ��� ��������� ��

������ �������� � ��� ������ �� �" ������� ���

�������� ��� �� �������� �� ��� ������ ��������#

����� ����� ����� ������ �� ������ �� � � �����! 8�

������ ���� � � ���� ������ �" ������� ��� �

Figure 12. Energy-dispersive X-raySpectroscopy (EDXS) of cathodically-disbonded polymer surface (dottedline) and cathodically-disbonded steelsurface (solid line) for blend 2, nearholiday.

))..

�� �� ��������# ����� �� �� ��� �� � ��� ��� ��

� ����� �� �" �� ������ �� � � ������ �� �2 ������

� ����� ����� � �� �� �������� ���������� �� ���

�������� � ����� ���! /� ��� �� �� � ��� ������

�������� �� ���� � ������ �� ���� ��� �� ��� ��+

��������� �� �" ������� ���B ��� ������ ��� � ���#

��� ����� ��� �" ������� ��� �� ��� �� ���� � ���� �!

���� ���� ��� ���� ��� �� � ,���� ��� �� ��� ��

��� � �������� � ������ � � �� �� �����$� �� ��+

��������� �� �" ������� ���! /� �� ����� �� � �����

�� ����� ������� � ����� � �(� ����� ����$����� �

��� �� ��� ������ �� ��� ��� ��� ����� �� .!6��E

7:*+�+�9 � ���� �� �� ����� ���� �� ��������

�" ������� ��� �� ����+����� ����� �������� ����

�������# ���� � ������������# �� �� � ����� ���� �

������ � �������� �� �����0 ��! 9"K5 �������� �� � ����

�(�� �� ������� �� ��� �������� ������� ��

������������2����� ������ � ��� ���� �# �� ��������

�� � ����� ����������! ��� ����������� �� �"

������� ��� �� �� �� ��� ����������� �� ���

������ �������� ���� ����������� �� ��� � ����+

���� � ����� ���� � 7:*+�+�9 ���� 7"�9 �� ��

��� ������� ������ ������ �������2��� � �(��

� ���# ��%������ ����� �������� � �� �� ��� �����

�� ��� ���� ���� �� �� �����$� �� �������

7"�9! ����� ��� � � ������ ��� � �� � �����+

� ��# � � � � ���� �� ��� ������ ������ ����� ������

������� �� ��� �"+����� ��� ������ ���� � ���

�" ����! 5��� ��� ������ ����� �� ���� ���� � ��

�� ������� �� � � ����� ��� .@ �� ��� �" ������� �

���� � � ����� �� � � �� � ��������� ���������

���� ��� ��� � �����!

ACKNOWLEDGEMENTS"F �� ������� �0�������� ��� ������� �� ��� �F�

��� �������� ���������� ���� �������! ��� ������

���� ��0� �� �� �0 7� :����� >������� � 7� 1�(

��� �� 1.�)))6;)).3 �.��)

Page 9: Blends of maleic-anhydride-grafted polyethylene with polyethylene for improved cathodic disbondment performance

������ � ������ ��������� ������� !���������� "��� !����������

9���# ���� J ��� ��������� F��� ���# ��� �����

� �� �� ���� �� ���� ���0� � 7� I��� ���� � �

7� F���� �����# 7��%�� 1�# ��� ��� �(����+

�����! ��� ������ ���� ��0� �� �� �0 "� I ���

7 ���# �5/FC 7������ � 5������ ��� ������� ����

K�5 �(���������!

REFERENCES) J ��� I># �� ����#$ � %������# � � � �0� �"9# 1���� �

-����# 8�� M��0# <?;<@ �)��. !

. ������ G# 7 �� �� �J � � �0� � "9# �� ��� & 2B.�6

�)�?) !

3 G ����� 77# & %������ 21B)?6 �)��) !

4 5� ��� F9 � "��0 FI# &����� � '������ �������� 13B.6

�)�@6 !

6 5�� � �# G � �� F# ����� �� � *��� � *# ������ ��

(������ '������ -1B.�< �)��6 !

< 9� �� �# ������� �� ������ ��������� ���������# ���� ��� �����#

1����# )6);)63 �)�<< !

? F � �� F � N� � J# ����������� &����� � %������ ���

%�������� /3B36? �)��? !

@ J��0� NJ I�# '����� '���� #� '������# � � 1������� * I�#

�� .�;34 �)�?� !

� ������0� *# �������) ����� ������ ��� ����� *����������#

* ���� ���������# ������� ��# � @� �)��6 !

)� 7 �0 *># ��0 ��� 87# C�������� �- � 7����� -#

��� �� 1.�)))6;)).3 �.��)

*�����!���� � ����� ������� ��� *����������# ��� 4# .�

��# I��� J���� O 5��� /��# 4@?;4@@ �)�@< !

)) - ��� I1# �������� � %������ ��� %��������# � � � ����0 F1#

7 ���� "�00��# 8�� M��0# � .�3 �)�<? !

). :5 )<.?!4L)�@�B 7�� � >��������L���� � ���� � ������ �+

���� �� 5��� ���# � �� 4B :� ���� � �� ��� ����# :���� �� �

5� � ��!

)3 :5 43.)L)��6B � ����� "������� F����� ��� ����# >�����+

��� �����+������ ������������ �� ���� � ������ ���

����� � $������# :���� �� � 5� � ��!

)4 N����� � � J ��� "I# �������� ������� ����� ���!�������

���� �� ������# ���������# 1 �������# �: �)��6 !

)6 M���� FI# ��������� � ������# �� �� � � * ��# 8��

M��0# � .�� �)�@? !

)< 5���� *7# ��� 7> � ���� F*# ��������� ���������# ��

)� �)�@@ !

)? 5������ P � 50 � I/# '����� �������# �� �3? �)��4 !

)@ *����� �F � �� ����� �# '����� %���������� /4B)� �)�@� !

)� J ��� I> � � ���� I9# ��������� � ��� ����������� ���

�������� '��������# 1����# PG# I��� )3;)<# � .?) �)�@3 !

.� 1�� I1# 1�� �I# M �� D � -� � 5J# ������ �� (������

'������ 2/B.�6 �)��? !

.) *������ -1# � �� F: � � ��� �F# +�� �����������

'�������� � ��� ������� ��� *,������ ������� � �!��#

1����# PG# 5������� .);.3# � .� �)�@? !

.. 9� �� IF- � � �0� � "9# &����� � %������ /.B)�) �)�?� !

.3 ����� 5# &����� � '������ �������� 1-B36 �)�@� !

.4 G ����� � � G����0 � *# '����� 14B�?� �)��@ !

)).3