Proč se povrchová pevnost plastových výrobků snižuje při použití recyklované pryskyřice?

Použití recyklované pryskyřice v plastových dílech představuje pro inženýry výzvy. Přidání většího množství druhotného materiálu může vést k větší degradaci plastu, snížení jeho původní strukturální pevnosti a zvýšení rizika praskání, zejména ve vysoce namáhaných oblastech, jako jsou háky a otvory pro šrouby. Navzdory těmto problémům je začlenění recyklovaných materiálů do plastů zásadní pro environmentální udržitelnost.

Ale proč používání recyklovaných druhotných materiálů snižuje pevnost plastů? Tuto otázku lze zkoumat na dvou úrovních.

1. Původ recyklovaného druhotného materiálu

Zaprvé, měly by výrobci vstřikovacích lisů plastů používat druhotné materiály? I když je ochrana životního prostředí důležitou otázkou, úspora nákladů je často primární motivací, protože druhotné materiály jsou levnější. Používají však tyto továrny stejný typ recyklovaných materiálů jako původní plastové pelety? Pokud jsou například původní pelety PC materiály od Sabic (dříve GE), používají výrobci skutečně recyklované PC materiály od Sabic, nebo používají nějaké dostupné recyklované PC materiály, případně dokonce přimíchají ABS? Čím vyšší je kvalita plastových pelet, tím méně je vhodné, aby výrobci používali recyklované materiály, protože to může vést k nižší kvalitě produktů.

Další nejistotou u recyklovaných materiálů je skladování. Tyto materiály jsou často nesprávně skladovány a vystaveny povětrnostním vlivům, jako je vítr, slunce a déšť. Možná jste si všimli, že plastová židle ponechaná na slunci časem vybledne a zkřehne. Podobně recyklované materiály vystavené drsným podmínkám budou mít zhoršené fyzikální vlastnosti, což bude mít za následek nepředvídatelnou kvalitu.

2. Rozdíl v hodnotách MFI (index toku taveniny) před a po vstřikování plastu

Za druhé, i když váš proces vstřikování plastů používá materiály, které přesně odpovídají původním plastovým peletám nebo recyklovatelným materiálům se stejnými specifikacemi od stejné značky, zkušenosti ukazují, že hodnota MFI (Index toku taveniny) většiny plastů se po vstřikování zvyšuje přibližně o 20–30 %. Toto zvýšení MFI obvykle vede ke snížení strukturální pevnosti plastu, což může ovlivnit celkový výkon a trvanlivost produktu.

Termoplastické plasty se vyznačují tvorbou propletených polymerních krystalů, což vede k vysoké strukturální pevnosti. Během procesu vstřikování vodicí šroub stříhá a láme tyto dlouhé molekulární řetězce na kratší segmenty, čímž snižuje jejich molekulovou hmotnost. Tento proces, známý jako štěpení řetězce, vede k oslabení molekulárního propletení a následnému snížení pevnosti. Podrobnější informace naleznete v článku o reologických vlastnostech plastů.

Vzhledem ke kolísajícím cenám a dostupnosti termoplastických pryskyřic je rozumné optimalizovat využití vaší pryskyřice. Jednou z běžných metod je použití drtě. Po dokončení projektu lze veškerý přebytečný materiál a vyřazené díly regenerovat a znovu použít jako drť, kterou lze poté smíchat s novou pryskyřicí nebo použít samostatně.

Když jsou termoplasty vystaveny tepelnému a mechanickému namáhání, mohou se stát slabými a křehkými, což je degradace známá jako „tepelná historie“. Jak teplo ze zpracování, tak i proces mletí mohou ovlivnit fyzikální, chemické a tokové vlastnosti termoplastické pryskyřice, stejně jako jakýchkoli výrobků vyrobených z drceného materiálu. Zatímco teplota nebo tepelná historie je často považována za primární příčinu degradace polymeru, mnoho pryskyřic si může zachovat své fyzikální vlastnosti během omezeného počtu cyklů drcení, pokud jsou během zpracování správně řízeny.

Jaký je ideální poměr drcené a panenské pryskyřice?

Vstřikovací průmysl obvykle používá směs 20 až 25 procent nebo méně drceného materiálu s panenskou pryskyřicí. V závislosti na výrobním procesu se však poměr může pohybovat od 100 procent panenské pryskyřice do 100 procent drceného materiálu.

Mezi faktory, které tuto variaci ovlivňují, patří

• Nedostatečné školení pracovníků pracujících s pryskyřicí

• Nesprávná kalibrace podavačů panenského a/nebo drceného materiálu

• Nerovnoměrné míchání materiálů

• Nedostatečná disciplína v dílně nebo dodržování zavedených postupů

• Aby se předešlo potenciálně katastrofálním výsledkům, jsou nezbytné správné postupy a disciplína ve výrobní hale.

Dalším důležitým faktorem je, že i když počáteční směs obsahuje 20 procent drceného materiálu, následné vrstvy budou vždy obsahovat část předchozí směsi drceného materiálu. Pryskyřice z první vrstvy zůstává v materiálu. Ověřte si u svého dodavatele pryskyřice, kolikrát může váš plast projít procesem lisování, než se vlastnosti zhorší o více než 10 procent, a určete, které vlastnosti jsou ovlivněny jako první.

Jakých potenciálních problémů byste si měli být vědomi?

Zajistěte, aby pryskyřice, jako je nylon, polykarbonát, polybutadien tereftalát (PBT) a polyethylentereftalát (PET), byly před počátečním zpracováním řádně vysušeny. Jinak mohou ve válci lisovacího stroje hydrolyzovat, zkracovat polymerní řetězce a způsobovat degradaci. Začlenění degradovaného drceného materiálu do panenské pryskyřice v koncentraci 25 procent může významně ovlivnit výkon a funkci finálních dílů. Je nanejvýš důležité sledovat teplotní úrovně. Zpracování panenské pryskyřice při teplotách nad doporučenými úrovněmi může urychlit degradaci polymeru.

Důležitá je také konzistentní velikost pelet. Bez pravidelné údržby mlýnku můžete mít granule o široké škále velikostí, od jemného prachu až po kusy o velikosti ¼ palce nebo větší. Během plastifikace nebo otáčení šneku se může stát, že šnek tyto granule různých velikostí neroztaví rovnoměrně, což může potenciálně ovlivnit vlastnosti hotových dílů. Účinným řešením tohoto problému je opětovná peletizace. Filtrací taveniny z drceného materiálu lze odstranit neplastické nečistoty. Pro udržení optimální stability procesu je nezbytná pravidelná údržba mlýnku. To zahrnuje ostření nožů, čištění stroje a zajištění správné funkce síta.

Co považujete za nejvýznamnější problém spojený s přebrušováním? Na základě mých zkušeností představuje kontaminace cizími plasty a materiály významnou překážku. Výroba je často narušena kvůli ucpaným horkým tryskám. Pro snížení nákladů je vhodné používat v nástrojích pro horké vtoky pouze panenskou pryskyřici a pro nástroje pro studené vtoky rezervovat přebrušování. I když to nemusí být schůdná možnost pro všechny, je to účinná strategie, pokud je to proveditelné.

Jaká řešení jsou k dispozici k řešení těchto problémů?

Místo míchání drceného materiálu s panenskou pryskyřicí zvažte použití 100% drceného materiálu. Tento přístup se vyhne výše uvedeným problémům. U této metody nejprve spotřebujete veškerou panenskou pryskyřici a poté drcený materiál naplníte stroje na plný výkon.