เหตุใดความแข็งแรงของพื้นผิวผลิตภัณฑ์พลาสติกจึงลดลงเมื่อใช้เรซินรีไซเคิล?

การใช้เรซินรีไซเคิลในชิ้นส่วนพลาสติกเป็นความท้าทายสำหรับวิศวกร การเพิ่มวัสดุทุติยภูมิอาจทำให้พลาสติกเสื่อมสภาพมากขึ้น ลดความแข็งแรงโครงสร้างเดิม และเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณที่มีแรงดึงสูง เช่น ตะขอและรูสกรู แม้จะมีปัญหาเหล่านี้ การนำวัสดุรีไซเคิลมาใช้กับพลาสติกก็ยังคงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม

แต่เหตุใดการใช้วัสดุรองที่รีไซเคิลแล้วจึงลดความแข็งแรงของพลาสติก คำถามนี้สามารถพิจารณาได้สองระดับ

1. แหล่งกำเนิดของวัสดุรองรีไซเคิล

ประการแรก ผู้ผลิตแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกควรใช้วัสดุรองหรือไม่? แม้ว่าการปกป้องสิ่งแวดล้อมจะเป็นประเด็นที่น่ากังวล แต่การประหยัดต้นทุนมักเป็นปัจจัยหลัก เนื่องจากวัสดุรองมีราคาถูกกว่า แต่โรงงานเหล่านี้ใช้วัสดุรีไซเคิลประเภทเดียวกันกับเม็ดพลาสติกเดิมหรือไม่? ยกตัวอย่างเช่น หากเม็ดพลาสติกเดิมเป็นวัสดุ PC ของ Sabic (เดิมชื่อ GE) ผู้ผลิตใช้วัสดุรีไซเคิล PC ของ Sabic จริงหรือไม่ หรือใช้วัสดุรีไซเคิล PC ที่มีอยู่ หรือแม้แต่ผสม ABS เข้าไปด้วย? ยิ่งเม็ดพลาสติกมีเกรดสูงเท่าใด ผู้ผลิตก็ยิ่งมีความเหมาะสมน้อยลงเท่านั้นที่จะใช้วัสดุรีไซเคิล เพราะอาจทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพลดลง

ความไม่แน่นอนอีกประการหนึ่งของวัสดุรีไซเคิลคือการจัดเก็บ วัสดุเหล่านี้มักถูกจัดเก็บอย่างไม่ถูกต้อง สัมผัสกับสภาพอากาศต่างๆ เช่น ลม แสงแดด และฝน คุณอาจสังเกตเห็นว่าเก้าอี้พลาสติกที่ทิ้งไว้กลางแดดจะซีดจางและเปราะในที่สุด เช่นเดียวกัน วัสดุรีไซเคิลที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงจะมีคุณสมบัติทางกายภาพเสื่อมโทรมลง ส่งผลให้คุณภาพสินค้าไม่สามารถคาดการณ์ได้

2. ความแตกต่างของค่า MFI (Melt Flow Index) ก่อนและหลังการฉีดพลาสติก

ประการที่สอง แม้ว่ากระบวนการฉีดพลาสติกของคุณจะใช้วัสดุที่ตรงกับเม็ดพลาสติกเดิมอย่างเคร่งครัด หรือวัสดุรีไซเคิลที่มีคุณสมบัติเหมือนกันจากแบรนด์เดียวกัน แต่จากประสบการณ์พบว่าค่า MFI (ดัชนีการไหลหลอมละลาย) ของพลาสติกส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้นประมาณ 20-30% หลังการฉีด โดยทั่วไปแล้วค่า MFI ที่เพิ่มขึ้นนี้ส่งผลให้ความแข็งแรงเชิงโครงสร้างของพลาสติกลดลง ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและความทนทานโดยรวมของผลิตภัณฑ์

พลาสติกเทอร์โมพลาสติกมีลักษณะเฉพาะคือการเกิดผลึกพอลิเมอร์ที่พันกัน ส่งผลให้มีความแข็งแรงเชิงโครงสร้างสูง ในระหว่างกระบวนการฉีดขึ้นรูป สกรูลีดจะตัดและแยกสายโซ่โมเลกุลที่ยาวเหล่านี้ออกเป็นชิ้นเล็กๆ ทำให้น้ำหนักโมเลกุลลดลง กระบวนการนี้เรียกว่าการแตกสายโซ่ (chain scission) ซึ่งนำไปสู่การอ่อนตัวของสายโซ่โมเลกุลและความแข็งแรงที่ลดลงในภายหลัง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดดูบทความเกี่ยวกับคุณสมบัติทางรีโอโลยีของพลาสติก

เนื่องจากราคาและความพร้อมจำหน่ายของเรซินเทอร์โมพลาสติกมีความผันผวน การใช้งานเรซินของคุณจึงเป็นสิ่งที่ควรพิจารณาอย่างถี่ถ้วน หนึ่งในวิธีที่ได้รับความนิยมคือการใช้วัสดุรีไซเคิล เมื่อโครงการเสร็จสิ้น วัสดุส่วนเกินและชิ้นส่วนที่ถูกคัดแยกสามารถนำกลับมาใช้ใหม่เป็นวัสดุรีไซเคิล ซึ่งสามารถนำไปผสมกับเรซินใหม่หรือนำไปใช้งานได้อย่างอิสระ

เมื่อเทอร์โมพลาสติกได้รับความร้อนและแรงกดเชิงกล พวกมันอาจอ่อนแอและเปราะบาง ซึ่งเป็นการเสื่อมสภาพที่เรียกว่า "ประวัติความร้อน" ทั้งความร้อนจากกระบวนการแปรรูปและกระบวนการบดสามารถส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกายภาพ ทางเคมี และการไหลของเรซินเทอร์โมพลาสติก รวมถึงผลิตภัณฑ์ใดๆ ที่ทำจากการบดซ้ำ แม้ว่าอุณหภูมิหรือประวัติความร้อนมักถูกมองว่าเป็นสาเหตุหลักของการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์ แต่เรซินหลายชนิดสามารถรักษาคุณสมบัติทางกายภาพไว้ได้ผ่านรอบการบดซ้ำจำนวนจำกัด หากได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมระหว่างการแปรรูป

อัตราส่วนที่เหมาะสมของการบดซ้ำต่อเรซินบริสุทธิ์คือเท่าไร?

โดยทั่วไป อุตสาหกรรมการขึ้นรูปพลาสติกมักมุ่งเป้าไปที่การผสมเรซินบริสุทธิ์กับเรซินบริสุทธิ์ในปริมาณ 20 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม อัตราส่วนอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่เรซินบริสุทธิ์ 100 เปอร์เซ็นต์ไปจนถึงเรซินบริสุทธิ์ 100 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิต

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงนี้ ได้แก่

• การฝึกอบรมผู้จัดการเรซินไม่เพียงพอ

• การปรับเทียบตัวป้อนแบบบริสุทธิ์และ/หรือแบบบดใหม่ไม่ถูกต้อง

• การผสมวัสดุที่ไม่สม่ำเสมอ

• วินัยในการปฏิบัติงานในโรงงานไม่เพียงพอหรือการปฏิบัติตามขั้นตอนที่กำหนด

• เพื่อป้องกันผลลัพธ์ที่อาจเกิดหายนะ จำเป็นต้องมีขั้นตอนและวินัยที่เหมาะสมในโรงงาน

สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาคือ แม้ว่าส่วนผสมเริ่มต้นจะมีผงบดละเอียด 20 เปอร์เซ็นต์ แต่การบดครั้งต่อไปจะมีผงบดละเอียดเดิมผสมอยู่บ้างเสมอ เรซินจากการบดครั้งแรกจะยังคงอยู่ในสต็อก โปรดตรวจสอบกับผู้จำหน่ายเรซินของคุณเพื่อดูว่าพลาสติกของคุณสามารถผ่านกระบวนการขึ้นรูปได้กี่ครั้งก่อนที่คุณสมบัติจะเสื่อมลงมากกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ และเพื่อพิจารณาว่าคุณสมบัติใดได้รับผลกระทบก่อน

ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นที่คุณควรทราบมีอะไรบ้าง?

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเรซิน เช่น ไนลอน โพลีคาร์บอเนต โพลี(บิวทาไดอีนเทเรฟทาเลต) (PBT) และโพลี(เอทิลีนเทเรฟทาเลต) (PET) ได้รับการทำให้แห้งอย่างเหมาะสมก่อนการแปรรูปเบื้องต้น มิฉะนั้น เรซินเหล่านี้อาจเกิดการไฮโดรไลซ์ในกระบอกสูบของเครื่องขึ้นรูป ทำให้สายโซ่พอลิเมอร์สั้นลงและทำให้เกิดการเสื่อมสภาพ การผสมผงละเอียดที่ย่อยสลายแล้วลงในเรซินบริสุทธิ์ที่ความเข้มข้น 25 เปอร์เซ็นต์ อาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพและการทำงานของชิ้นส่วนขั้นสุดท้าย การตรวจสอบระดับอุณหภูมิจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง การแปรรูปเรซินบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิสูงกว่าระดับที่แนะนำสามารถเร่งการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์ได้

ขนาดเม็ดที่สม่ำเสมอก็สำคัญเช่นกัน หากไม่ได้รับการบำรุงรักษาเครื่องบดอย่างสม่ำเสมอ อาจทำให้เม็ดมีขนาดหลากหลาย ตั้งแต่ฝุ่นละเอียดไปจนถึงชิ้นขนาด ¼ นิ้ว หรือใหญ่กว่านั้น ในระหว่างการทำให้เป็นพลาสติกหรือการหมุนสกรู สกรูอาจไม่หลอมเม็ดขนาดต่างๆ เหล่านี้อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณสมบัติของชิ้นงานสำเร็จรูป การทำให้เม็ดพลาสติกเป็นเม็ดซ้ำ (Repelletizing) เป็นวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพสำหรับปัญหานี้ โดยการกรองเม็ดพลาสติกที่บดแล้วด้วยกระบวนการหลอมเหลว สามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่ไม่ใช่พลาสติกได้ เพื่อรักษาเสถียรภาพของกระบวนการให้อยู่ในระดับสูงสุด การบำรุงรักษาเครื่องบดอย่างสม่ำเสมอจึงเป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งรวมถึงการลับคมใบมีด การทำความสะอาดเครื่องจักร และการตรวจสอบให้แน่ใจว่าตะแกรงทำงานได้อย่างถูกต้อง

คุณคิดว่าความท้าทายที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการเจียรซ้ำคืออะไร จากประสบการณ์ของผม การปนเปื้อนจากพลาสติกและวัสดุต่างประเทศถือเป็นอุปสรรคสำคัญ บ่อยครั้งที่การผลิตหยุดชะงักเนื่องจากหัวกัดร้อนอุดตัน เพื่อลดต้นทุน ขอแนะนำให้ใช้เฉพาะเรซินบริสุทธิ์ในเครื่องมือแบบ Hot Runner และสำรองเรซินที่เจียรซ้ำไว้สำหรับเครื่องมือแบบ Cold Runner แม้ว่าวิธีนี้อาจไม่ใช่ทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับทุกคน แต่ก็ถือเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพเมื่อทำได้

มีแนวทางแก้ไขใดบ้างที่สามารถแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้?

แทนที่จะผสมเรซินบริสุทธิ์กับเรซินบริสุทธิ์ ลองพิจารณาใช้เรซินบริสุทธิ์ 100% วิธีนี้จะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาที่กล่าวถึงข้างต้น วิธีนี้ใช้เรซินบริสุทธิ์ทั้งหมดก่อน แล้วจึงนำเรซินบริสุทธิ์ที่บดแล้วไปป้อนเข้าเครื่องอย่างเต็มกำลัง