Почему прочность поверхности пластиковых изделий снижается при использовании переработанной смолы?

Использование переработанной смолы в пластиковых деталях представляет собой сложную задачу для инженеров. Добавление большего количества вторичного материала может привести к более сильному разрушению пластика, снижению его изначальной структурной прочности и повышению риска растрескивания, особенно в местах высокой нагрузки, таких как крючки и отверстия для шурупов. Несмотря на эти проблемы, включение переработанных материалов в состав пластика имеет решающее значение для экологической устойчивости.

Но почему использование переработанных вторичных материалов снижает прочность пластика? Этот вопрос можно рассматривать на двух уровнях.

1. Происхождение переработанного вторичного материала

Во-первых, следует ли производителям литья пластмасс использовать вторичные материалы? Хотя защита окружающей среды и важна, экономия средств часто является основным мотивом, поскольку вторичные материалы дешевле. Но используют ли эти заводы тот же тип переработанных материалов, что и исходные пластиковые гранулы? Например, если исходные гранулы изготовлены из поликарбоната Sabic (ранее GE), используют ли производители переработанные материалы поликарбоната Sabic, или же они используют любые доступные переработанные материалы из поликарбоната, или даже смешивают их с АБС? Чем выше сорт пластиковых гранул, тем менее целесообразно для производителей использовать переработанные материалы, поскольку это может привести к снижению качества продукции.

Ещё одна проблема, связанная с переработанными материалами, — это хранение. Эти материалы часто хранятся неправильно, подвергаясь воздействию таких факторов, как ветер, солнце и дождь. Вы, возможно, замечали, что пластиковый стул, оставленный на солнце, со временем выцветает и становится хрупким. Аналогично, переработанные материалы, подвергающиеся воздействию суровых условий, теряют физические свойства, что приводит к непредсказуемому качеству.

2. Разница значений MFI (индекса текучести расплава) до и после литья пластика

Во-вторых, даже если в процессе литья пластика используются материалы, строго соответствующие исходным пластиковым гранулам или перерабатываемым материалам с теми же характеристиками и той же марки, опыт показывает, что индекс текучести расплава (MFI) большинства пластиков увеличивается примерно на 20–30% после литья. Это увеличение MFI обычно приводит к снижению структурной прочности пластика, что может повлиять на общие эксплуатационные характеристики и долговечность изделия.

Термопластичные пластики характеризуются образованием переплетенных полимерных кристаллов, что обеспечивает высокую структурную прочность. В процессе литья под давлением ходовой винт разрезает и разрывает длинные молекулярные цепи на более короткие сегменты, уменьшая их молекулярную массу. Этот процесс, известный как разрыв цепи, приводит к ослаблению молекулярного переплетения и, как следствие, снижению прочности. Более подробную информацию см. в статье о реологических свойствах пластиков.

Учитывая колебания цен и доступность термопластичных смол, целесообразно оптимизировать использование смолы. Одним из распространённых методов является использование измельчённой смолы. После завершения проекта любые излишки материала и отбракованные детали можно утилизировать и использовать в качестве измельчённой смолы, которую затем можно смешать с новой смолой или использовать самостоятельно.

Подвергаясь термическому и механическому воздействию, термопластики могут стать хрупкими и непрочными. Этот процесс называется «термической историей». Как тепло, возникающее при обработке, так и процесс измельчения могут влиять на физические, химические и реологические свойства термопластичной смолы, а также на любые изделия, изготовленные из вторично измельченной смолы. Хотя температурная или тепловая история часто считается основной причиной деградации полимеров, многие смолы могут сохранять свои физические свойства в течение ограниченного количества циклов измельчения при условии надлежащего управления процессом переработки.

Каково идеальное соотношение вторичного сырья и первичной смолы?

Обычно в литьевой промышленности используется смесь из 20–25% или менее регенерированной смолы с первичной смолой. Однако в зависимости от производственного процесса соотношение может варьироваться от 100% первичной смолы до 100% регенерированной смолы.

Факторы, влияющие на это изменение, включают

:

• Недостаточная подготовка специалистов по работе со смолой

• Неправильная калибровка питателей для первичного и/или измельченного материала

• Неравномерное смешивание материалов

• Недостаточная дисциплина в цехе или несоблюдение установленных процедур

• Чтобы предотвратить потенциально катастрофические результаты, необходимы надлежащие процедуры и дисциплина в цехе.

Ещё один важный момент: даже если исходная смесь содержит 20% регенерата, последующие проходы всегда будут содержать часть предыдущей регенерированной смеси. Смола из первого прохода остаётся в заготовке. Уточните у поставщика смолы, сколько раз ваш пластик может пройти процесс формования, прежде чем его свойства ухудшатся более чем на 10%, и какие свойства ухудшатся в первую очередь.

О каких потенциальных проблемах вам следует знать?

Убедитесь, что такие смолы, как нейлон, поликарбонат, полибутадиентерефталат (ПБТ) и полиэтилентерефталат (ПЭТ), надлежащим образом высушены перед первичной обработкой. В противном случае они могут гидролизоваться в цилиндре формовочной машины, что приводит к укорочению полимерных цепей и деградации. Добавление деградированного регенерата в первичную смолу в количестве 25% может существенно повлиять на эксплуатационные характеристики и функциональность готовых изделий. Крайне важно контролировать температуру. Обработка первичной смолы при температурах выше рекомендуемых может ускорить деградацию полимера.

Стабильный размер гранул также критически важен. Без регулярного обслуживания измельчителя может получиться широкий диапазон размеров гранул: от мелкой пыли до кусков размером ¼ дюйма и более. Во время пластификации или вращения шнека шнек может неравномерно расплавлять гранулы разного размера, что может повлиять на свойства готовых деталей. Регранулирование является эффективным решением этой проблемы. Фильтрация расплава измельчённого материала позволяет удалить непластичные загрязнения. Для поддержания оптимальной стабильности процесса необходимо регулярное обслуживание измельчителя. Это включает в себя заточку ножей, очистку машины и обеспечение правильной работы сита.

Какую, по вашему мнению, самую серьёзную проблему представляет собой переточка? По моему опыту, загрязнение посторонними пластиками и материалами представляет собой серьёзное препятствие. Засорение горячих сопел часто приводит к сбоям в производстве. Для снижения затрат рекомендуется использовать только первичную смолу в горячеканальных инструментах и ​​использовать переточку для холодноканальных инструментов. Хотя это может быть не всегда приемлемым вариантом, при возможности это эффективная стратегия.

Какие существуют решения для устранения этих проблем?

Вместо смешивания регенерата с первичной смолой рассмотрите возможность использования 100% регенерата. Такой подход позволяет избежать упомянутых выше проблем. При этом сначала используется вся первичная смола, а затем регенерат подается в машины на полную мощность.