Investigation of dielectric properties of recycled polyolefins

Shirzaei Sani, Iman (2025). Investigation of dielectric properties of recycled polyolefins. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This thesis investigates the dielectric behavior of post-consumer recycled polyolefins, specifically recycled high-density polyethylene and recycled polyethylene–polypropylene blends, for potential use in electrical insulation applications. The study includes detailed evaluation of their dielectric, thermal, and chemical properties under various conditions, including dry, wet, and untreated states. Blending with virgin HDPE was used as a strategy to assess whether it could improve the dielectric performance of the recycled materials.

Chemical characterization revealed the presence of organic and inorganic impurities in recycled PE and PE–PP blends, which significantly affected their dielectric behavior. These impurities led to dielectric losses up to 24–28 times higher than virgin HDPE at 60 Hz and influenced breakdown strength. Recycled HDPE showed a breakdown strength of 115 kV/mm compared to 128 kV/mm for virgin HDPE, indicating that large-sized impurities negatively impact dielectric performance.

Moisture absorption significantly affects the dielectric behavior of recycled polyolefins. The results show that the relaxation peak shifts to higher frequencies in wet samples, with a significant increase in dielectric loss at high frequencies and a decrease at low frequencies. At 60 Hz, the dielectric loss of wet recycled PE-PP was 71 times higher than that of untreated virgin HDPE, while wet HDPE showed only a 2-times increase, highlighting the greater moisture sensitivity of the recycled material.

Blending recycled polyolefins with virgin HDPE significantly improves their dielectric performance. Even a small addition of virgin HDPE, such as 15%, reduced the dielectric loss by up to 40%, while 50% of virgin HDPE reduce the losses up to almost 70 % and improved breakdown strength. This strategy effectively moderates the negative effects of impurities and makes recycled materials more suitable for insulation applications.

Titre traduit

Étude des propriétés diélectriques des polyoléfines recyclées

Résumé traduit

Cette thèse étudie le comportement diélectrique des polyoléfines recyclées postconsommation, en particulier le polyéthylène haute densité recyclé et les mélanges recyclés de polyéthylène–polypropylène, en vue d'une utilisation potentielle dans des applications d'isolation électrique. L'étude comprend une évaluation détaillée de leurs propriétés diélectriques, thermiques et chimiques dans diverses conditions, notamment à l'état sec, humide et non traité. Le mélange avec du HDPE vierge a été utilisé comme stratégie pour évaluer s’il pouvait améliorer les performances diélectriques des matériaux recyclés.

La caractérisation chimique a révélé la présence d’impuretés organiques et inorganiques dans le PE recyclé et les mélanges PE–PP, ce qui a fortement affecté leur comportement diélectrique. Ces impuretés ont entraîné des pertes diélectriques jusqu’à 24 à 28 fois supérieures à celles du HDPE vierge à 60 Hz et ont influencé la rigidité diélectrique. Le HDPE recyclé a montré une rigidité diélectrique de 115 kV/mm, contre 128 kV/mm pour le HDPE vierge, ce qui indique que les impuretés de grande taille ont un impact négatif sur les performances diélectriques.

L’absorption d’humidité affecte de manière significative le comportement diélectrique des polyoléfines recyclées. Les résultats montrent que le pic de relaxation se déplace vers des fréquences plus élevées dans les échantillons humides, avec une augmentation notable des pertes diélectriques aux hautes fréquences et une diminution à basses fréquences. À 60 Hz, la perte diélectrique du PE–PP recyclé humide était 71 fois plus élevée que celle du HDPE vierge non traité, tandis que le HDPE humide ne montrait qu’une augmentation de 2 fois, ce qui souligne la plus grande sensibilité à l’humidité du matériau recyclé.

Le mélange de polyoléfines recyclées avec du HDPE vierge améliore significativement leurs performances diélectriques. Même une faible addition de HDPE vierge, comme 15 %, a permis de réduire les pertes diélectriques jusqu’à 40 %, tandis qu’un ajout de 50 % a réduit les pertes jusqu’à près de 70 % et a amélioré la rigidité diélectrique. Cette stratégie permet d’atténuer efficacement les effets négatifs des impuretés et rend les matériaux recyclés plus adaptés aux applications d’isolation.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillement for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 101-111).
Mots-clés libres:	polyoléfines recyclées, relaxation diélectrique, résistance à la rupture, impuretés, absorption d'eau, matériaux durables, fonction havriliak-negami
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse David, Éric
Codirecteur:	Codirecteur Demarquette, Nicole R.
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	17 nov. 2025 15:34
Dernière modification:	17 nov. 2025 15:34
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3742

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