Fröccsöntés PCR és PIR újrahasznosított anyagokból - Tederic konfiguráció 2025

Bevezetés

A poszt- fogyasztói (PCR) és ipari (PIR) újrahasznosított anyagok feldolgozása a fröccsöntő gépeken már nem csupán környezetvédelmi felelősség kérdése, hanem jogi követelmény is. A 11 l2025. augusztusától hatályban van az EU csomagolási és csomagolási hulladékokról szóló rendelete ( PPWR ), amely az újrahasznosított anyagok használatát írja elő a műanyag csomagolásokban – 10-35%-ról 2030-ra, 25-65%-ra 2040-re.

A fröccsöntött alkatrészek gyártói számára ez a gyártási folyamatoknak az alacsonyabb minőségű, magasabb kopású és kiszámíthatatlan reológiai tulajdonságú anyagokkal való együttműködésre történő alkalmazkodását jelenti. A Tederic fröccsöntő gépek a speciális csigakonfigurációknak, a precíz hőmérséklet- és nyomásszabályozásnak, valamint a szűrőrendszereknek köszönhetően felkészültek az újrahasznosított anyagok feldolgozására, miközben megőrzik a folyamat és az alkatrészek stabilitását.

PPWR 2030 szabályozás: kötelező újrahasznosított anyag tartalom

A PPWR (Packaging and Packaging Waste Regulation) rendelet 11 l2025. augusztus 12-én lépett hatályba, és a történelem legszigorúbb követelményeit vezeti be az újrahasznosított anyagok csomagolásokban történő alkalmazására vonatkozóan az EU-ban.

A poszt-fogyasztói újrahasznosított anyag (PCR ) minimálisan előírt mennyisége:

2030-tól:

• 10% 10% PCR – az élelmiszerrel érintkező csomagolásokban (PET palackok, HDPE tartályok)
• 35% 30% PCR – a többi műanyag csomagolásban (szállítási, műszaki, kozmetikai csomagolások)
• Kivételek: a veszélyes áruk szállítására szolgáló csomagolások

2040-től:

• 25% 25% PCR – az élelmiszerrel érintkező csomagolásokban
• 65% 65% PCR – a többi műanyag csomagolásban

Jelenlegi helyzet Lengyelországban és az EU-ban:

• Az EU műanyagtermékeinek átlagos PCR-részaránya: 7,2% (2023-as adat)
• A műanyag csomagolások újrahasznosítása Lengyelországban: 43% (2022)
• Az újrahasznosítás 12 százalékponttal történő növelése szükséges 2030-ra
• A prémium csomagolóipar 20% 50% PCR-ig történő növekedést jelent 2025-re

Következmények a gyártók számára:

• A PPWR-nek nem megfelelő termékeket nem lehet az EU piacára bevezetni
• Pénzügyi büntetések a megfelelőség hiányáért
• Az újrahasznosított anyagok forrásainak dokumentációjának és tanúsításának kötelezettsége
• A kibővített gyártói felelősség (EPR) keretében történő jelentéstétel kötelezettsége

A PCR és PIR feldolgozásának technológiai kihívásai

Az újrahasznosított anyagok fröccsöntő gépeken történő feldolgozása számos olyan technikai kihívással jár, amelyek az alapanyagokkal történő munka során nem jelentkeznek.

1. Változó viszkozitás és MFI

Az áramlási index (MFI – Melt Flow Index) a PCR újrahasznosított anyagoknál egy tételen belül 30 és 70 között is változhat, míg az alapanyag MFI-je ±5-ös tartományban marad. Ez azt jelenti:

• Kiszámíthatatlan szerszámtöltés – ugyanaz az anyag lassabban vagy gyorsabban töltheti ki a szerszámot
• Változó fröccsnyomás – a paraméterek állandó korrigálásának szükségessége
• Ciklusok közötti különbségek – a megismételhetőség fenntartásának nehézsége

Degradációs mechanizmus:

• HDPE és LLDPE – a polimerláncok keresztkötése növeli a viszkozitást, zseléket és szennyeződéseket okoz
• PP (polipropilén) – az oxidatív degradáció a láncok szétbomlását okozza, csökkenti a viszkozitást

2. Zanieczyszczenia i niejednorodności

Recyklaty postkonsumenckie mają poziom zanieczyszczeń do 20 razy wyższy niż materiały pierwotne:

• Mikroskopijne cząstki metalu – z sorterów optycznych, przesiewaczy
• Fragmenty papieru, kartonu – resztki etykiet
• Krzemionka i pył – z procesów mielenia i mycia
• Polimerowe obcokrajowce – mieszaniny różnych tworzyw
• Węgiel i spalenizna – z poprzednich cykli przetwórstwa

Konsekwencje: plamy, przebarwienia, ryzyko uszkodzenia form , zmniejszona wytrzymałość mechaniczna.

3. Degradacja termiczna

Każdy cykl przetwórstwa (granulacja → ekstruzja → wtrysk) skraca łańcuchy polimerowe:

• Obniżona wytrzymałość na rozciąganie – nawet o 15-25%
• Mniejsza odporność na uderzenia – test Izod wykazuje spadki 20-40%
• Zwiększona kruchość – szczególnie przy niskich temperaturach

4. Zmienność barwy

PCR ma nieprzewidywalny odcień bazowy (żółtawy, szary, brązowy), co utrudnia uzyskanie konsystentnego koloru, szczególnie w jasnych odcieniach.

Konfiguracja wtryskarek Tederic do pracy z recyklatami

Wtryskarki Tederic mogą być wyposażone w specjalne konfiguracje optymalizujące przetwarzanie PCR i PIR przy zachowaniu jakości i stabilności procesu.

Specjalne ślimaki do recyklatów

Ślimak dla materiałów abrazyjnych różni się od standardowego konstrukcją i materiałem:

Cechy konstrukcyjne:

• Ślimak z barierą – oddzielna strefa topi stałą fazę od fazy ciekłej, poprawiając homogenizację
• Dodatkowe elementy mieszające – sekcja mieszania dyspersyjnego (Maddock) lub rhomboid mixing section
• Zwiększony stosunek L/D – 22:1 lub 24:1 zamiast standardowych 20:1 dla lepszego mieszania
• Zmodyfikowana geometria wlotów – zapobiega blokowaniu przez nieregularne granulki

Materiały odporne na ścieranie:

• PC-100 (stop nikiel-bor) – twardość Rockwell C 60-65, dla materiałów średnio abrazyjnych
• PC-700 (węglik wolframu bimetaliczny) – twardość Rockwell C70, >80% węglików wolframu
• Powłoki HVOF (węglik wolframu) – nakładane na loty ślimaka, przedłużają żywotność 5-10x

Prawidłowy dobór ślimaka może przedłużyć jego żywotność z dni na miesiące przy materiałach silnie abrazyjnych.

Cylinder i systemy filtracji

Cylinder bimetaliczny z wewnętrzną warstwą odporną na ścieranie (analogiczne materiały jak ślimak) jest konieczny przy długoterminowej pracy z PCR.

Systemy filtracji w wtryskarkach Tederic:

• Podwójne odpowietrzanie – usuwa wilgoć i lotne zanieczyszczenia
• Jednostki filtracji z podwójnym tłokiem – ciągła filtracja bez zatrzymywania produkcji
• Siatki filtracyjne 80-120 mesh – zatrzymują cząstki >125-180 µm
• Wymiana filtrów co 2-8h – w zależności od poziomu zanieczyszczeń

Precyzyjne sterowanie temperaturą

Tederic oferuje zaawansowane strefy grzewcze z dokładnością ±1°C , co jest kluczowe dla recyklatów:

• Hőmérsékleti profil 5-8 szónában – pontos olvadékszabályozás
• Alacsonyabb plasztifikációs hőmérséklet – 10-20°C-kal alacsonyabb, mint az elsődleges anyagoknál (degradáció minimalizálása)
• Táplálási zóna hűtése – megakadályozza a korai olvadást és a blokkolást

Példa hőmérsékleti profilra PP PCR-hez (az elsődleges anyaggal szemben):

• 1. zóna (táplálás): 40°C (vs 50°C)
• 2-3. zóna (tömörítés): 180-190°C (vs 200°C)
• 4-5. zóna (adagolás): 200-210°C (vs 220°C)
• Fúvóka: 205°C (vs 220°C)

Forrócsatorna-rendszerek

A PCR/PIR anyagok esetében különösen fontosak a könnyen tisztítható forrócsatornák:

• Cserélhető betétes fúvókák – gyors csere blokkolás esetén
• Easy-clean rendszerek – szerszám szétszerelése nélküli tisztíthatóság
• Fúvókanyomás-érzékelők – valós idejű blokkolásdetektálás

Reciklátumokkal történő fröccsöntési folyamat paraméterezése

A PCR és PIR anyagok fröccsöntési paraméterei az elsődleges anyagokhoz képest optimalizálást igényelnek.

Hőmérséklet és nyomás

Csökkentett feldolgozási hőmérséklet (10-20°C):

• Minimalizálja a polimerláncok további degradációját
• Csökkenti az égési szagok és gázképződés mértékét
• A ciklusidő 5-15%-os meghosszabbítását igényli

Magasabb fröccsnyomás (10-25%):

• Kompenzálja a degradált anyag csökkent folyékonyságát
• Biztosítja a szerszám teljes kitöltését változó MFI mellett
• Az üregnyomás (in-cavity pressure sensors) monitorozását igényli

Folyamatidők és fázisok

Időbeli beállítások PCR/PIR anyagokhoz:

• Fröccsöntési idő: +10-20% (lassúbb kitöltés csökkenti a nyírófeszültségeket)
• Utónyomási idő: +15-25% (kompenzálja a kiszámíthatatlan zsugorodást)
• Hűtési idő: +5-10% (az inhomogén kristályosodás hosszabb időt igényel)

A változékonyság automatikus kompenzálása

A fejlett Tederic vezérlők anyagváltozékonyság-kompenzációs funkciókat kínálnak:

• Auto Viscosity Adjust (AVA) – automatikus nyomásbeállítás az aktuális MFI-hez
• In-cavity pressure control – zárt hurkú szabályozás az üregnyomás-érzékelők alapján
• Adaptive injection – nyomás- és sebességprofilok valós időben történő adaptálása

Ezek a rendszerek 30-50%-kal csökkenthetik a hulladékot a változó MFI-jű PCR tételek feldolgozásakor.

Minőségellenőrzés reciklátumok feldolgozásakor

A reciklátumokból készült alkatrészek stabil minősége minden fázisban fokozott ellenőrzést igényel.

Bemeneti anyag ellenőrzése

Tesztek a gyártás elindítása előtt:

1. MFI (Melt Flow Index) – áramlási index:

• Teszt: 190°C / 2,16 kg (PP) vagy 190°C / 21,6 kg (HDPE)
• Elfogadható eltérés: ±15% a deklarált értéktől
• Gyakoriság: minden új tétel

2. DSC (differenciális pásztázó kalorimetria):

• Olvadási hőmérséklet, kristályosság, polimer szennyeződések jelenléte
• Különböző műanyagok keverékeinek (PP + PE + PS) kimutatása
• Gyakoriság: változó beszállítók esetén

3. Szilárdsági vizsgálatok:

• Izod-teszt (ütésállóság) – min. 80% az elsődleges anyag értékéből
• Húzószilárdság – min. 85% az elsődleges anyag értékéből
• Rugalmassági modulus – max. 10% eltérés

Folyamatfigyelés

Valós idejű monitorozandó paraméterek:

• Fröccsnyomás – eltérés >10% = jel a korrekcióhoz
• Olvadási hőmérséklet – mérés pirométerrel a fúvókában
• Csavarmoment forgás közben – viszkozitás növekedés/blokkolás észlelése
• Ciklusidő – növekedés >5% = lehetséges anyagproblémák
• Fajlagos energia – kWh/kg alkatrész (növekedés = folyamatdegradáció)

Kész alkatrészek ellenőrzése

100% vizuális vagy automatikus ellenőrzés:

• Vizuális rendszerek – foltok, elszíneződések, szennyeződések észlelése
• Méretellenőrzés – megnövelt gyakoriság (50 alkatrész helyett 200-nként)
• Funkcionális vizsgálatok – szivárgásmentesség, szerelési szilárdság

Esettanulmány: kozmetikai csomagolás 50% PCR-rel

Projektprofil:

• Ügyfél: Prémium kozmetikai csomagolások gyártója (Lengyelország)
• Alkatrész: Hengeralakú tartály 100 ml, falvastagság 2,5 mm
• Anyag: PP PCR 50% + PP elsődleges 50%, követelmények: átlátszóság, kémiai ellenálló képesség
• Gép: Tederic DE550 (elektromos fröccsöntő gép, záróerő 550 kN)
• Szerszám: 8 üreges, melegcsatorna game-changer fúvókákkal

Kihívások:

• A reciklátum MFI-je 28-55 m között ingadozott a tételek között
• Az ügyfél következetes színt igényelt (tejes árnyalat)
• A tartály szivárgásmentessége >99,5% (nyomásvizsgálat 2 bar)
• Kozmetikumok contact-safe tanúsítása

Műszaki megoldás:

1. Gép konfiguráció:

• Bimetal csavar 22:1 L/D Maddock keverőszekcióval
• HVOF bevonat a csavar lapátjain (keménység RC70)
• Dupla szűrőrendszer 100 mmesh
• Nyomásérzékelők 4 üregben (50% monitorozás)

2. Paraméterek (optimalizált):

• Hőmérséklet: 190-205°C (vs 210°C az elsődleges PP-hez képest)
• Fröccsnyomás: 850-950 bar (vs 700 bar az elsődleges anyaghoz képest)
• Fröccs sebesség: 45 mm/s (csökkentve 60 mm/s-ről)
• Utónyomás ideje: 18 s (vs 12 s az elsődleges anyaghoz képest)
• Ciklusidő: 38 s

3. Minőségellenőrzés:

• MFI-teszt 4h (minden anyagzsák cseréjekor)
• Képfeldolgozó rendszer 100% a színeltolódások ellenőrzésére
• Szivárgási teszt co-injektált mintán (1 / 500 s db)

Eredmények 6 m hónap termelés után:

• Folyamatstabilitás: <2% hulladék (vs 8% a teszt fázisban)
• Szivárgásmentesség: 99,7% alkatrész átment a nyomás teszten
• Színkonzisztencia: ΔE <1,5 (ügyfél által elfogadott)
• CO₂-megtakarítás: 1,2 tonna/hónap vs. elsődleges anyagból történő gyártás
• Anyagköltség: 15% alacsonyabb (a PCR 30%-kal olcsóbb, mint az elsődleges PP)
• Csavar élettartama: Mérhető kopás nincs 6 m hónap után (2,5 m db ciklus)

Sikertényezők:

• Szoros együttműködés a reciklátum szállítójával (minőségellenőrzés a forrásnál)
• Adaptív nyomás szabályozás (AVA) az MFI változékonyságának kompenzálására
• Szűrők rendszeres cseréje (6h-onként)
• Operátorok képzése a PCR sajátosságairól

A PCR és PIR feldolgozásának legjobb gyakorlata

DO – Ajánlások:

• Reciklátum szállítók auditálása – látogassa meg a gyárat, ellenőrizze a válogatási és mosási folyamatot
• Tanúsítványok követelése – származási dokumentáció, anyagbiztonsági adatlapok, contact-safe tanúsítványok
• Minden tétel tesztelése – MFI, DSC, mechanikai tesztek a termelés megkezdése előtt
• Csökkentse a hőmérsékletet – 10-20°C-kal az elsődleges anyag ajánlása alatt
• Befektetés speciális csavarokba – megtérülés 6-12 m hónap alatt a megnövelt élettartam miatt
• In-cavity érzékelők használata – az egyetlen mód a folyamat stabilizálására változó MFI mellett
• Rendszeres tisztítás – purging compound 24-48h óra PCR használat után
• Mindent dokumentáljunk – a PPWR teljes traceability követést ír elő a reciklátum forrásairól

DON'T – Kerülendő hibák:

• Ne keverjünk különböző PCR tételeket – még ugyanattól a szállítótól is eltérő MFI-jük lehet
• Ne használjunk standard csavart – elhasználódik 1-3 m hónap alatt mikro-fém tartalmú PCR-nál
• Ne melegítsük túl az anyagot – minden +10°C további degradációt jelent
• Ne hagyjuk figyelmen kívül a nyomatéknövekedést – blokkolódásra vagy szennyeződés növekedésére utal
• Ne spóroljunk a szűrőkön – az olcsó szita 40 mes átengedi a >400 µm-es szennyeződéseket
• Ne feltételezzünk állandó paramétereket – minden PCR tételhez korrekció szükséges

Összefoglaló

A poszt-fogyasztói újrahasznosított anyagok (PCR) és ipari újrahasznosított anyagok (PIR) feldolgozása üzleti szükségszerűséggé vált a PPWR 2030 követelményei miatt. A fröccsöntött alkatrészek gyártóinak fel kell készíteniük folyamataikat a változó minőségű anyagokkal való munkára, amelyek speciális gépbeállításokat és precíz paraméterezést igényelnek.

A kalauz kulcsfontosságú megállapításai:

• A PPWR 2030 10%-35% PCR -t ír elő a csomagolásokban 2030-tól, 25%-65%-t 2040-től
• Az MFI 30-70%- változása egy PCR tételben – a legnagyobb technikai kihívás
• A szennyeződések akár 20-szor magasabbak , mint az elsődleges anyagban – szükséges a szűrés
• Speciális csigák 5-10-szeres élettartamot biztosítanak – HVOF bevonatok, PC-700 acél
• A hőmérséklet 10-20°C -kel történő csökkentése minimalizálja a hőbomlást
• Az AVA és in-cavity szenzorok rendszerei stabilizálják a folyamatot a változó anyagnál
• A case study bemutatja a 99,7% minőséget 50% PCR-nél a prémium kozmetikai csomagolásban
• Az anyagköltség 15% alacsonyabb az elsődleges anyaggal történő gyártáshoz képest

A Tederic fröccsöntő gépek a rugalmas konfigurációnak, a precíz vezérlésnek és a speciális csigák és szűrőrendszerek felszerelésének lehetőségének köszönhetően felkészültek az újrahasznosított anyagokkal történő gyártás kihívásaira. A siker kulcsa a gép konfigurációjának tudatos megválasztása, a folyamatparaméterek optimalizálása és a betáplált anyag szigorú minőségellenőrzése.

Az újrahasznosított anyagokra való áttérés nem csak szabályozási követelmény, hanem lehetőség az anyagköltségek csökkentésére és a cég ökológiai imázsának javítására. A helyes technikai megközelítés mellett a PCR/PIR alkatrészek minősége felérhet az elsődleges anyagból készült termékekével.

Ha a PCR vagy PIR újrahasznosított anyagokkal történő gyártás bevezetését tervezi, és technikai támogatásra van szüksége, lépjen kapcsolatba a TEDESolutions szakértőivel. Mint a Tederic hivatalos partnere, átfogó tanácsadást kínálunk a gépek konfigurációjának megválasztásában, a folyamatok optimalizálásában, anyagvizsgálatokat az alkalmazási központunkban, valamint képzéseket a termelési csapatok számára.

Lásd még cikkeinket a fenntartható gyártásról, a Tederic fröccsöntő gépekről és a termelési ciklus optimalizálásáról.