Dlaczego wytrzymałość powierzchniowa wyrobów z tworzyw sztucznych maleje w przypadku stosowania żywicy pochodzącej z recyklingu?

Zastosowanie żywicy pochodzącej z recyklingu w elementach plastikowych stanowi wyzwanie dla inżynierów. Dodanie większej ilości materiału wtórnego może prowadzić do większej degradacji tworzywa, zmniejszając jego pierwotną wytrzymałość strukturalną i zwiększając ryzyko pękania, szczególnie w miejscach narażonych na duże obciążenia, takich jak haki i otwory na śruby. Pomimo tych problemów, włączenie materiałów pochodzących z recyklingu do tworzyw sztucznych ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego rozwoju środowiska.

Ale dlaczego wykorzystanie materiałów wtórnych pochodzących z recyklingu zmniejsza wytrzymałość tworzyw sztucznych? To pytanie można rozpatrywać na dwóch poziomach.

1. Pochodzenie materiałów wtórnych pochodzących z recyklingu

Po pierwsze, czy producenci form wtryskowych tworzyw sztucznych powinni używać materiałów wtórnych? Chociaż ochrona środowiska jest kwestią priorytetową, oszczędności kosztów są często głównym powodem, ponieważ materiały wtórne są tańsze. Ale czy te fabryki używają tego samego rodzaju materiałów pochodzących z recyklingu, co oryginalne granulaty z tworzyw sztucznych? Na przykład, jeśli oryginalne granulaty to materiały Sabic (dawniej GE) PC, to czy producenci faktycznie używają materiałów pochodzących z recyklingu Sabic PC, czy też wykorzystują dostępne materiały pochodzące z recyklingu PC, a nawet dodają do nich ABS? Im wyższa klasa granulatu, tym mniej właściwe jest stosowanie przez producentów materiałów pochodzących z recyklingu, ponieważ może to skutkować niższą jakością produktów.

Kolejną niewiadomą związaną z materiałami z recyklingu jest ich przechowywanie. Materiały te są często przechowywane nieprawidłowo, narażone na działanie czynników atmosferycznych, takich jak wiatr, słońce i deszcz. Być może zauważyłeś, że plastikowe krzesło pozostawione na słońcu z czasem blaknie i staje się kruche. Podobnie materiały z recyklingu wystawione na trudne warunki będą miały pogorszone właściwości fizyczne, co przełoży się na nieprzewidywalną jakość.

2. Różnica wartości MFI (wskaźnika płynięcia stopu) przed i po wtrysku tworzywa sztucznego

Po drugie, nawet jeśli w procesie wtrysku tworzyw sztucznych wykorzystywane są materiały, które ściśle odpowiadają oryginalnym granulatom lub materiałom nadającym się do recyklingu o tych samych parametrach, pochodzącym od tej samej marki, doświadczenie pokazuje, że wskaźnik płynięcia (MFI) większości tworzyw sztucznych wzrasta o około 20-30% po wtrysku. Ten wzrost MFI zazwyczaj skutkuje obniżeniem wytrzymałości strukturalnej tworzywa, co może mieć wpływ na ogólną wydajność i trwałość produktu.

Tworzywa termoplastyczne charakteryzują się tworzeniem splątanych kryształów polimeru, co przekłada się na wysoką wytrzymałość strukturalną. Podczas procesu formowania wtryskowego śruba pociągowa ścina i rozbija te długie łańcuchy molekularne na krótsze segmenty, zmniejszając ich masę cząsteczkową. Proces ten, znany jako rozszczepienie łańcucha, prowadzi do osłabienia splątania molekularnego i w konsekwencji do spadku wytrzymałości. Więcej informacji można znaleźć w artykule na temat właściwości reologicznych tworzyw sztucznych.

Biorąc pod uwagę wahania cen i dostępność żywic termoplastycznych, rozsądnie jest zoptymalizować wykorzystanie żywicy. Jedną z powszechnych metod jest wykorzystanie przemiału. Po zakończeniu projektu nadmiar materiału i odrzucone części można odzyskać i ponownie wykorzystać jako przemiał, który następnie można zmieszać z nową żywicą lub wykorzystać niezależnie.

Poddane naprężeniom termicznym i mechanicznym tworzywa termoplastyczne mogą stać się słabe i kruche – proces ten nazywany jest „historią cieplną”. Zarówno ciepło powstające podczas przetwarzania, jak i proces mielenia mogą wpływać na właściwości fizyczne, chemiczne i płynięcie żywicy termoplastycznej, a także produktów wytwarzanych z przemiału. Chociaż temperatura lub historia cieplna są często uważane za główną przyczynę degradacji polimerów, wiele żywic może zachować swoje właściwości fizyczne przez ograniczoną liczbę cykli przemiału, jeśli zostaną odpowiednio zarządzane podczas przetwarzania.

Jaki jest idealny stosunek żywicy przemiałowej do żywicy pierwotnej?

Zazwyczaj branża formowania wtryskowego dąży do uzyskania mieszanki zawierającej 20–25% lub mniej przemiału z żywicą pierwotną. Jednak w zależności od procesu produkcyjnego, proporcje te mogą się wahać od 100% żywicy pierwotnej do 100% przemiału.

Czynniki wpływające na tę zmienność obejmują

:

• Niewystarczające przeszkolenie osób zajmujących się obsługą żywicy

• Nieprawidłowa kalibracja podajników surowca pierwotnego i/lub przemiału

• Nierównomierne mieszanie materiałów

• Niedostateczna dyscyplina na hali produkcyjnej lub niewystarczające przestrzeganie ustalonych procedur

• Aby zapobiec potencjalnie katastrofalnym skutkom, niezbędne jest wdrożenie właściwych procedur i dyscypliny na hali produkcyjnej.

Kolejną ważną kwestią jest to, że nawet jeśli początkowa mieszanka zawiera 20% przemiału, kolejne warstwy zawsze będą zawierały pewną ilość poprzedniej mieszanki przemiału. Żywica z pierwszej warstwy pozostaje w materiale. Skontaktuj się z dostawcą żywicy, aby dowiedzieć się, ile razy tworzywo sztuczne może przejść proces formowania, zanim jego właściwości ulegną pogorszeniu o ponad 10%, i określić, które właściwości ulegną pogorszeniu w pierwszej kolejności.

O jakich potencjalnych problemach powinieneś wiedzieć?

Należy upewnić się, że żywice takie jak nylon, poliwęglan, politereftalan butadienu (PBT) i politereftalan etylenu (PET) są odpowiednio wysuszone przed wstępnym przetwarzaniem. W przeciwnym razie mogą one ulec hydrolizie w cylindrze maszyny formującej, skracając łańcuchy polimerowe i powodując degradację. Dodanie 25% zdegradowanego przemiału do żywicy pierwotnej może znacząco wpłynąć na wydajność i funkcjonalność gotowych elementów. Niezwykle ważne jest monitorowanie poziomu temperatury. Przetwarzanie żywicy pierwotnej w temperaturach przekraczających zalecane poziomy może przyspieszyć degradację polimeru.

Kluczowe znaczenie ma również stały rozmiar granulatu. Bez regularnej konserwacji młyna, może powstać szeroki zakres rozmiarów granulatu, od drobnego pyłu po kawałki o wielkości ¼ cala lub większe. Podczas uplastyczniania lub obrotu ślimaka, ślimak może nie roztapiać granulatu o różnych rozmiarach równomiernie, co może potencjalnie wpłynąć na właściwości gotowych elementów. Repelletyzacja jest skutecznym rozwiązaniem tego problemu. Dzięki filtrowaniu przemiału w stanie stopionym, można usunąć zanieczyszczenia inne niż plastik. Aby utrzymać optymalną stabilność procesu, niezbędna jest regularna konserwacja młyna. Obejmuje to ostrzenie ostrzy, czyszczenie maszyny i zapewnienie prawidłowego działania sita.

Jakie jest Twoim zdaniem największe wyzwanie związane z ponownym szlifowaniem? Z mojego doświadczenia wynika, że ​​zanieczyszczenie obcymi tworzywami sztucznymi i materiałami stanowi istotną przeszkodę. Często dochodzi do zakłóceń w produkcji z powodu zatkania gorących końcówek. Aby obniżyć koszty, zaleca się stosowanie wyłącznie żywicy pierwotnej w narzędziach gorącokanałowych i rezerwowanie przeszlifowania dla narzędzi zimnokanałowych. Chociaż może to nie być opłacalne dla wszystkich, jest to skuteczna strategia, gdy jest wykonalna.

Jakie są rozwiązania tych problemów?

Zamiast mieszać przemiał z żywicą pierwotną, rozważ użycie przemiału w 100%. Takie podejście pozwala uniknąć problemów wymienionych powyżej. W tej metodzie najpierw zużywa się całą żywicę pierwotną, a następnie przemiał wrzuca się do maszyn z pełną wydajnością.