Perché la resistenza superficiale dei prodotti in plastica diminuisce quando si utilizza resina riciclata?

L'uso di resina riciclata nei componenti in plastica presenta delle sfide per gli ingegneri. L'aggiunta di ulteriore materiale secondario può portare a una maggiore degradazione della plastica, riducendone la resistenza strutturale originale e aumentando il rischio di crepe, in particolare nelle aree soggette a forti sollecitazioni come ganci e fori per viti. Nonostante queste problematiche, l'integrazione di materiali riciclati nelle plastiche è fondamentale per la sostenibilità ambientale.

Ma perché l'uso di materiali secondari riciclati riduce la resistenza della plastica? Questa domanda può essere esaminata su due livelli.

1. Origine del materiale secondario riciclato

Innanzitutto, gli stampatori a iniezione di materie plastiche dovrebbero utilizzare materiali secondari? Sebbene la tutela dell'ambiente sia una preoccupazione, il risparmio sui costi è spesso una motivazione primaria, poiché i materiali secondari sono più economici. Ma queste fabbriche utilizzano lo stesso tipo di materiali riciclati dei pellet di plastica originali? Ad esempio, se i pellet originali sono materiali in policarbonato Sabic (ex GE), i produttori utilizzano effettivamente materiali riciclati in policarbonato Sabic, oppure utilizzano materiali riciclati in policarbonato disponibili, o addirittura li mescolano con ABS? Maggiore è la qualità dei pellet di plastica, meno è appropriato per i produttori utilizzare materiali riciclati, poiché ciò potrebbe comportare prodotti di qualità inferiore.

Un'altra incertezza legata ai materiali riciclati è lo stoccaggio. Questi materiali vengono spesso conservati in modo improprio, esposti a fattori esterni come vento, sole e pioggia. Potreste aver notato che una sedia di plastica lasciata al sole col tempo sbiadisce e diventa fragile. Allo stesso modo, i materiali riciclati esposti a condizioni difficili presentano proprietà fisiche degradate, con conseguente imprevedibilità della qualità.

2. La differenza nei valori MFI (Melt Flow Index) prima e dopo l'iniezione di plastica

In secondo luogo, anche se il processo di iniezione della plastica utilizza materiali che corrispondono esattamente ai pellet di plastica originali o materiali riciclabili con le stesse specifiche e della stessa marca, l'esperienza dimostra che il valore MFI (Melt Flow Index) della maggior parte delle materie plastiche aumenta di circa il 20-30% dopo l'iniezione. Questo aumento dell'MFI si traduce in genere in una riduzione della resistenza strutturale della plastica, che può influire sulle prestazioni e sulla durata complessive del prodotto.

Le materie plastiche termoplastiche sono caratterizzate dalla formazione di cristalli polimerici aggrovigliati, che conferiscono un'elevata resistenza strutturale. Durante il processo di stampaggio a iniezione, la vite madre taglia e rompe queste lunghe catene molecolari in segmenti più corti, riducendone il peso molecolare. Questo processo, noto come scissione di catena, porta a un indebolimento dell'aggrovigliamento molecolare e a una conseguente diminuzione della resistenza. Per informazioni più dettagliate, consultare l'articolo sulle proprietà reologiche delle materie plastiche.

Considerati i prezzi e la disponibilità variabili delle resine termoplastiche, è opportuno ottimizzarne l'uso. Un metodo comune è l'utilizzo di materiale macinato. Una volta completato un progetto, il materiale in eccesso e le parti di scarto possono essere recuperati e riutilizzati come materiale macinato, che può quindi essere miscelato con nuova resina o utilizzato in modo indipendente.

Quando i materiali termoplastici sono sottoposti a stress termico e meccanico, possono diventare deboli e fragili, un processo di degradazione noto come "termoerosione". Sia il calore di lavorazione che quello di macinazione possono influenzare le proprietà fisiche, chimiche e di flusso della resina termoplastica, così come di qualsiasi prodotto ottenuto da materiale macinato. Sebbene la temperatura o il calore siano spesso considerati la causa principale della degradazione dei polimeri, molte resine possono mantenere le loro proprietà fisiche attraverso un numero limitato di cicli di macinazione se gestite correttamente durante la lavorazione.

Qual è il rapporto ideale tra resina macinata e resina vergine?

In genere, l'industria dello stampaggio punta a una miscela composta dal 20 al 25% o meno di rimacinato e resina vergine. Tuttavia, a seconda del processo di produzione, il rapporto può variare dal 100% di resina vergine al 100% di rimacinato.

I fattori che influenzano questa variazione includono

• Formazione inadeguata degli addetti alla manipolazione della resina

• Calibrazione errata degli alimentatori vergini e/o macinati

• Miscelazione non uniforme dei materiali

• Disciplina in officina o aderenza insufficiente alle procedure stabilite

• Per evitare risultati potenzialmente disastrosi, sono essenziali procedure e disciplina adeguate in fabbrica.

Un'altra considerazione importante è che, anche se la miscela iniziale contiene il 20% di macinato, i passaggi successivi conterranno sempre una parte della miscela di macinato precedente. La resina del primo passaggio rimane nello stock. Verificate con il vostro fornitore di resina quante volte la vostra plastica può essere sottoposta al processo di stampaggio prima che le sue proprietà si degradino di oltre il 10% e per determinare quali proprietà vengono interessate per prime.

Di quali potenziali problemi dovresti essere consapevole?

Assicurarsi che resine come nylon, policarbonato, polibutadiene tereftalato (PBT) e polietilen tereftalato (PET) siano adeguatamente essiccate prima della lavorazione iniziale. In caso contrario, potrebbero idrolizzarsi nel cilindro della macchina per stampaggio, accorciando le catene polimeriche e causandone la degradazione. L'incorporazione di macinato degradato nella resina vergine a livelli del 25% può influire significativamente sulle prestazioni e sulla funzionalità dei componenti finali. È di fondamentale importanza monitorare i livelli di temperatura. La lavorazione della resina vergine a temperature superiori ai livelli raccomandati può accelerare la degradazione del polimero.

Anche la dimensione uniforme dei granuli è fondamentale. Senza una manutenzione regolare del macinatore, si può finire per ottenere un'ampia gamma di dimensioni dei granuli, da polvere fine a pezzi da 6 mm o più grandi. Durante la plastificazione o la rotazione della coclea, quest'ultima potrebbe non fondere uniformemente questi granuli di diverse dimensioni, il che può potenzialmente influire sulle proprietà dei pezzi finiti. La rigenerazione è una soluzione efficace a questo problema. Filtrando il macinato per fusione, è possibile rimuovere i contaminanti non plastici. Per mantenere una stabilità ottimale del processo, è essenziale una manutenzione regolare del macinatore. Questa include l'affilatura delle lame, la pulizia della macchina e la verifica del corretto funzionamento del setaccio.

Qual è, secondo lei, la sfida più significativa associata alla riaffilatura? In base alla mia esperienza, la contaminazione da plastiche e materiali estranei rappresenta un ostacolo significativo. Spesso, la produzione viene interrotta a causa di punte calde ostruite. Per ridurre i costi, è consigliabile utilizzare solo resina vergine negli utensili a canale caldo e riservare la riaffilatura per gli utensili a canale freddo. Sebbene questa possa non essere un'opzione praticabile per tutti, è una strategia efficace quando possibile.

Quali soluzioni sono disponibili per affrontare questi problemi?

Invece di mescolare il rimacinato con la resina vergine, si può valutare l'utilizzo di rimacinato al 100%. Questo approccio evita i problemi sopra menzionati. Con questo metodo, si utilizza prima tutta la resina vergine e poi si immette il rimacinato nelle macchine a piena capacità.