Liejimas iš PCR ir PIR perdirbtų medžiagų - Tederic 2025 konfigūracija

Įvadas

Perdirbimas pokartotinio vartojimo perdirbinių medžiagų (PCR) ir pramoninių (PIR) ant įpurškimo mašinų tapo ne tik aplinkosaugos atsakomybės klausimu, bet ir teisiniu reikalavimu. Nuo 11 l2025 m. sausio 1 d. galioja ES reglamentas dėl pakuočių ir pakuočių atliekų ( PPWR ), kuris reikalauja naudoti perdirbines medžiagas plastikinėse pakuotėse – nuo 10-35% 2030 m. iki 25-65% 2040 m.

Gamyklų, gaminančių įpurškimo būdu detalės, atžvilgiu tai reiškia būtinybę pritaikyti gamybos procesus darbui su medžiagomis, kurių kokybė kinta, didesnis abrazyvumas ir nenuspėjamos reologinės savybės. Įpurškimo mašinos Tederic , dėl specialių sraigto konfigūracijų, tikslaus temperatūros ir slėgio valdymo bei filtravimo sistemų, yra paruoštos perdirbti perdirbines medžiagas išlaikant proceso stabilumą ir detalių kokybę.

PPWR reglamentai 2030 m.: privalomas perdirbinių medžiagų kiekis

Reglamentas PPWR (Packaging and Packaging Waste Regulation) įsigaliojo 11 l2025 m. sausio 1 d. ir įveda griežčiausius istorijoje ES reikalavimus dėl perdirbinių medžiagų pakuotėse.

Reikalaujamas minimalus pokartotinio vartojimo perdirbinių medžiagų (PCR ) kiekis:

Nuo 2030 m.:

• 10% PCR – maisto kontaktinėse pakuotėse (PET buteliai, HDPE indai)
• 35% PCR – kitose plastikinėse pakuotėse (transporto pakuotės, techninės, kosmetikos)
• Išimtys: pavojingų krovinių gabenimo pakuotės

Nuo 2040 m.:

• 25% PCR – maisto kontaktinėse pakuotėse
• 65% PCR – kitose plastikinėse pakuotėse

Dabartinė padėtis Lenkijoje ir ES:

• Vidutinis PCR dalis plastikiniuose produktuose ES: 7,2% (duomenys 2023 m.)
• Plastikinių pakuočių perdirbimas Lenkijoje: 43% (2022 m.)
• Būtinas perdirbimo padidėjimas 12 procentinių punktų iki 2030 m.
• Premium pakuočių pramonė deklaruoja padidėjimą iki 20% PCR iki 2025 m. metų

Pasekmės gamintojams:

• Produktai, neatitinkantys PPWR, negalės būti tiekiami į ES rinką
• Finansinės baudos už neatitikimą
• Reikalaujama dokumentacija ir perdirbinių medžiagų šaltinių sertifikavimas
• Pareiga teikti ataskaitas pagal išplėstinę gamintojo atsakomybę (EPR)

Techniniai PCR ir PIR perdirbimo iššūkiai

Perdirbinių medžiagų perdirbimas ant įpurškimo mašinų susijęs su daugybe techninių iššūkių, kurių nėra dirbant su pirminėmis medžiagomis.

1. Kintantis klampumas ir MFI

Tėkmės indeksas (MFI – Melt Flow Index) PCR perdirbinių medžiagų gali svyruoti nuo 30 iki 70 toje pačioje partijoje, o pirminė medžiaga palaiko MFI ±5 diapazone. Tai reiškia:

• Nenuspėjamą formos užpildymą – ta pati medžiaga gali formą užpildyti lėčiau arba greičiau
• Kintantis įpurškimo slėgis – būtinybė nuolat koreguoti parametrus
• Skirtumai tarp ciklų – sunku išlaikyti pasikartojamumą

Degradacijos mechanizmas:

• HDPE ir LLDPE – polimerų grandžių susikryžminimas padidina klampumą, sukelia gelius ir taršą
• PP (polipropilenas) – oksidacinė degradacija sukelia grandžių skilimą, sumažina klampumą

2. Zanieczyszczenia i niejednorodności

Pokartotinio vartojimo perdirbinės medžiagos (PCR) turi iki 20 kartų didesnį užterštumo lygį nei pirminės medžiagos:

• Mikroskopinės metalo dalelės – iš optinių rūšiuoklių, sietų
• Popieriaus, kartono fragmentai – etikečių likučiai
• Silika ir dulkės – iš malimo ir plovimo procesų
• Polimeriniai priemaišai – skirtingų plastikų mišiniai
• Anglis ir apdegimas – iš ankstesnių perdirbimo ciklų

Pasekmės: dėmės, spalvos pakitimai, formų pažeidimo rizika , sumažėjęs mechaninis atsparumas.

3. Terminis skilimas

Kiekvienas perdirbimo ciklas (granuliavimas → ekstruzija → įpurškimas) sutrumpina polimerų grandines:

• Sumažėjęs tempimo atsparumas – net 15-25%
• Mažesnis smūgio atsparumas – Izod testas rodo 20-40% sumažėjimus
• Padidėjęs trapumas – ypač žemose temperatūrose

4. Spalvų kintamumas

PCR turi nenuspėjamą pagrindinį atspalvį (gelsvą, pilką, rudą), kas apsunkina nuoseklios spalvos gavimą, ypač šviesiuose atspalviuose.

Įpurškimo mašinų konfigūracija Tederic darbui su perdirbinėmis medžiagomis

Įpurškimo mašinos Tederic gali būti aprūpintos specialiomis konfigūracijomis, optimizuojančiomis PCR ir PIR perdirbimą išlaikant kokybę ir proceso stabilumą.

Specialūs sraigtai perdirbinėms medžiagoms

Sraigtas abrazyvinėms medžiagoms skiriasi nuo standartinio konstrukcija ir medžiaga:

Konstrukcinės ypatybės:

• Sraigtas su barjera – atskira zona išlydo kietą fazę nuo skystos, gerinant homogenizaciją
• Papildomi maišymo elementai – dispersinio maišymo sekcija (Maddock) arba romboidinės maišymo sekcijos
• Padidintas L/D santykis – 22:1 lub 24:1 vietoj standartinių 20:1 geresniam maišymui
• Modifikuota įėjimų geometrija – apsaugo nuo užsikimšimo netolygiomis granulėmis

Atsparios dilimui medžiagos:

• PC-100 (nikelio-boro lydinys) – kietumas pagal Rockwell C 60-65, vidutiniškai abrazyvinėms medžiagoms
• PC-700 (volframo karbido bimetalis) – kietumas pagal Rockwell C70, >80% volframo karbido
• HVOF dangos (volframo karbidas) – dedamos ant sraigtų, pailgina tarnavimo laiką 5-10 kartų

Teisingas sraigtų parinkimas gali pailginti jo tarnavimo laiką nuo dienų iki mėnesių esant stipriai abrazyvinėms medžiagoms.

Cilindras ir filtravimo sistemos

Bimetalinis cilindras su vidiniu sluoksniu atspariu dilimui (analogiškos medžiagos kaip sraigtas) yra būtinas ilgalaikiam darbui su PCR.

Filtravimo sistemos įpurškimo mašinose Tederic:

• Dvigubas išdegazavimas – pašalina drėgmę ir lakius teršalus
• Filtravimo vienetai su dvigubu stūmokliu – nuolatinis filtravimas be gamybos sustabdymo
• Filtrų tinklai 80-120 mesh – sulaiko daleles >125-180 µm
• Filtrų keitimas kas 2-8h – priklausomai nuo užterštumo lygio

Tikslus temperatūros valdymas

Tederic siūlo pažangias šildymo zonas su ±1°C tikslumu, kas yra labai svarbu perdirbinėms medžiagoms:

• Temperatūros profilis 5-8 szonoje – tikslus lydymosi valdymas
• Žemesnė plastifikavimo temperatūra – 10-20°C žemesnė nei pirminės medžiagos (minimalus skilimas)
• Padavimo zonos aušinimas – neleidžia medžiagai per anksti išsilydyti ir užsikimšti

Pavyzdinis temperatūros profilis PP PCR (palyginti su pirminiu):

• Zona 1 (padavimas): 40°C (vs 50°C)
• Zona 2-3 (kompresija): 180-190°C (vs 200°C)
• Zona 4-5 (dozavimas): 200-210°C (vs 220°C)
• Antgalis: 205°C (vs 220°C)

Karšto kanalo sistemos

PCR/PIR atveju ypač svarbios karšto kanalo sistemos, kurias lengva valyti:

• Antgaliai su keičiamomis įdėklomis – greitas keitimas užsikimšus
• Easy-clean sistemos – galimybė valyti neišmontuojant formos
• Slėgio jutikliai antgaliuose – užsikimšimų aptikimas realiuoju laiku

Proceso parametrizavimas įpurškiant perdirbines medžiagas

Parametrai PCR ir PIR reikalauja optimizavimo, palyginti su pirminėmis medžiagomis.

Temperatūra ir slėgis

Sumažinta perdirbimo temperatūra (10-20°C):

• Minimalizuoja tolesnį polimerų grandinių skilimą
• Sumažina apdegimo ir dujų išsiskyrimą
• Reikalingas ciklo laiko pailginimas 5-15%

Padidintas įpurškimo slėgis (10-25%):

• Kompensuoja sumažėjusį skystumą degraduotos medžiagos
• Užtikrina pilną formos užpildymą esant kintamam MFI
• Reikalingas slėgio formoje monitoringas (in-cavity pressure sensors)

Laikai ir proceso fazės

Laikų koregavimas PCR/PIR:

• Įpurškimo laikas: +10-20% (lėtesnis užpildymas mažina šerdinę įtampą)
• Palaikymo laikas: +15-25% (kompensuoja netikėtą susitraukimą)
• Aušinimo laikas: +5-10% (nehomogeniškai kristalizuojantis reikia ilgesnio laiko)

Automatinis kintamumo kompensavimas

Pažangūs valdikliai Tederic siūlo medžiagos kintamumo kompensavimo funkcijas:

• Auto Viscosity Adjust (AVA) – automatinis slėgio pritaikymas pagal esamą MFI
• In-cavity pressure control – uždara valdymo kilpa, pagrįsta formos jutikliais
• Adaptive injection – slėgio ir greičio profiliai koreguojami realiuoju laiku

Šios sistemos gali sumažinti atmetimą 30-50% dirbant su PCR partijomis, kurių MFI kintamas.

Kokybės kontrolė perdirbant perdirbines medžiagas

Stabili detalių kokybė iš perdirbinių medžiagų reikalauja intensyvios kontrolės kiekviename etape.

Žaliavos kontrolė

Testai prieš paleidžiant gamybą:

1. MFI (Tėkmės indeksas) – wskaźnik płynięcia:

• Testas: 190°C / 2,16 kg (PP) arba 190°C / 21,6 kg (HDPE)
• Priimtinas nuokrypis: ±15% nuo deklaruotos vertės
• Dažnumas: kiekviena nauja partija

2. DSC (diferencinė skenavimo kalorimetrija):

• Lydimosi temperatūra, kristališkumas, polimerinių teršalų buvimas
• Skirtingų medžiagų mišinių (PP + PE + PS) aptikimas
• Dažnumas: kai kintant tiekėjams

3. Atsparumo testai:

• Izodo testas (smūginis atsparumas) – min. 80% pirminės medžiagos vertės
• Tempimo stipris – min. 85% pirminės vertės
• Tamprumo modulis – maks. nuokrypis 10%

Proceso monitoringas

Parametrai realiu laiku:

• Įpurškimo slėgis – nuokrypis >10% = korekcijos signalas
• Lydimosi temperatūra – matavimas pirometru ant antgalio
• Sraigės sukimo momentas – aptinka klampumo padidėjimą/užsiblokavimą
• Ciklo laikas – padidėjimas >5% = galimos medžiagos problemos
• Specifinė energija – kWh/kg gaminio (padidėjimas = proceso degradacija)

Paruoštų gaminių kontrolė

_100% vizualinė arba automatinė:

• Vaizdo sistemos – dėmių, spalvos pakitimų, teršalų aptikimas
• Matmenų kontrolė – padidintas dažnumas (kas 50 gaminių vietoj kas 200)
• Funkciniai testai – sandarumas, montavimo atsparumas

Atvejo analizė: kosmetikos pakuotė iš 50% PCR

Projekto profilis:

• Klientas: Premium kosmetikos pakuotės gamintojas (Lenkija)
• Gaminys: Cilindrinis indas 100 ml, sienelė 2,5 mm
• Medžiaga: PP PCR 50% + pirminis PP 50%, reikalavimai: skaidrumas, cheminė atsparumas
• Mašina: Tederic DE550 (elektrinė įpurškimo mašina, uždarymo jėga 550 kN)
• Forma: 8 lizdų, karšti kanalai su game-changers antgaliais

Iššūkiai:

• Reciklato MFI svyravo 28-55 mtarp partijų
• Klientas reikalavo pastovios spalvos (pieniškas atspalvis)
• Indo sandarumas >99,5% (slėgio testas 2 bar)
• Sertifikavimas contact-safe kosmetikai

Techninis sprendimas:

1. Mašinos konfigūracija:

• Bimetalinis sraigė 22:1 L/D su Maddock maišymo sekcija
• HVOF danga ant sraigės sparnų (kietumas RC70)
• Dvigubos filtracijos sistema 100 mesh
• Slėgio jutikliai 4 lizduose (_50% monitoringas)

2. Parametrai (optimizuoti):

• Temperatūra: 190-205°C (palyginti su 210°C PP pirminiam)
• Įpurškimo slėgis: 850-950 bar (palyginti su 700 bar pirminiam)
• Įpurškimo greitis: 45 mm/s (sumažintas nuo 60 mm/s)
• Laikymo laikas: 18 s (palyginti su 12 s pirminiam)
• Ciklo laikas: 38 s

3. Kokybės kontrolė:

• MFI testas kas 4h (kiekvieną kartą pakeitus medžiagos maišą)
• Vaizdo sistema 100% spalvų defektų kontrolei
• Sandarumo testas ko-injekcinių mėginių (1 iš 500 svnt.)

Rezultatai po 6 mėnesių gamybos:

• Proceso stabilumas: <2% atmetimo (palyginti su 8% testavimo fazėje)
• Sandarumas: 99,7% detalių išlaikė slėgio testą
• Spalvos vienodumas: ΔE <1,5 (priimtina kliento)
• CO₂ taupymas: 1,2 tonos/mėn. palyginti su gamyba iš pirminės medžiagos
• Medžiagų kaina: 15% mažesnė (PCR pigesnis 30% nei pirminis PP)
• Sraigto tarnavimo laikas: Jokio matomo nusidėvėjimo po 6 mėnesių (2,5 m tūkst. ciklų)

Sėkmės veiksniai:

• Glaudus bendradarbiavimas su perdirbinių medžiagų tiekėju (kokybės kontrolė šaltinyje)
• Adaptyvus slėgio valdymas (AVA), kompensuojantis MFI kintamumą
• Reguliarus filtrų keitimas (kas 6h)
• Operatorių mokymai PCR specifikos klausimais

Geriausios PCR ir PIR perdirbimo praktikos

DARYKITE – Rekomendacijos:

• Audituokite perdirbinių medžiagų tiekėjus – apsilankykite įmonėje, patikrinkite rūšiavimo ir plovimo procesą
• Reikalaukite sertifikatų – kilmės dokumentacija, techniniai duomenų lapai, contact-safe sertifikatai
• Testuokite kiekvieną partiją – MFI, DSC, mechaniniai testai prieš paleidžiant gamybą
• Sumažinkite temperatūrą – 10-20°C žemiau rekomendacijų pirminiam materialui
• Investuokite į specialius sraigius – investicijos atsiperka per 6-12 mėnesius dėl ilgesnio tarnavimo laiko
• Naudokite in-cavity jutiklius – vienintelis būdas stabilizuoti procesą esant kintamam MFI
• Reguliariai valykite sistemą – valomieji mišiniai kas 24-48h darbo su PCR
• Viską dokumentuokite – PPWR reikalauja visiško perdirbinių medžiagų kilmės atsekamumo

NEDARYKITE – Klaidos, kurių reikia vengti:

• Nemaišykite skirtingų PCR partijų – net to paties tiekėjo jos gali turėti skirtingą MFI
• Nenaudokite standartinio sraigto – jis susidėvės per 1-3 mėnesius dirbant su PCR, turinčiu mikro-metalo
• Neperkaitinkite medžiagos – kiekvienas +10°C tai papildoma degradacija
• Neignoruokite sukimo momento didėjimo – signalizuoja apie užsikimšimą arba padidėjusį užterštumą
• Netaupykite ant filtrų – pigus tinklas 40 mesh praleidžia teršalus >400 µm
• Nespręskite, kad parametrai pastovūs – kiekviena PCR partija reikalauja korekcijos

Apibendrinimas

Perdirbinių medžiagų perdirbimas: PCR ir PIR tapo verslo būtinybe susidūrus su PPWR 2030 reikalavimais. Detalių įpurškimo gamintojai turi paruošti savo procesus darbui su medžiagomis, kurių kokybė kintama, reikalaujančiomis specialių mašinų konfigūracijų ir tikslaus parametrų nustatymo.

Pagrindinės išvados iš vadovo:

• PPWR 2030 reikalauja 10-35% PCR pakuotėse nuo 2030 m., 25-65% nuo 2040 m.
• MFI kintamumas 30-70 vienoje PCR partijoje – didžiausias techninis iššūkis
• Užterštumas iki 20 kartų didesnis nei pirminėje medžiagoje – būtina filtracija
• Specialūs sraigtai pailgina tarnavimo laiką 5-10 kartų – HVOF dangos, PC-700 plienas
• Sumažinta temperatūra 10-20°C minimalizuoja terminį skilimą
• AVA ir in-cavity sensorių sistemos stabilizuoja procesą esant kintamai medžiagai
• Case study rodo 99,7% kokybę esant 50% PCR kosmetikos pakuotės premium segmente
• Medžiagų kaina 15% mažesnė nei gamyba iš pirminės medžiagos

Įpurškimo mašinos Tederic dėl lanksčios konfigūracijos, tikslaus valdymo ir galimybės montuoti specializuotus sraigtus bei filtravimo sistemas, yra pasirengusios iššūkiams, kylančioms gaminant su perdirbinėmis medžiagomis. Sėkmės raktas – sąmoningas mašinos konfigūracijos parinkimas, proceso parametrų optimizavimas ir griežta įvedamos medžiagos kokybės kontrolė.

Perėjimas prie perdirbinių medžiagų yra ne tik reglamentų reikalavimas, bet ir galimybė sumažinti medžiagų kaštus bei pagerinti įmonės ekologinį įvaizdį. Esant teisingam techniniam požiūriui, detalių iš PCR/PIR kokybė gali prilygti produktams iš pirminės medžiagos.

Jei planuojate įgyvendinti gamybą su PCR arba PIR perdirbinėmis medžiagomis ir jums reikia techninės pagalbos, susisiekite su TEDESolutions ekspertais . Kaip autorizuotas Tederic partneris, siūlome kompleksines konsultacijas dėl mašinų konfigūracijos parinkimo, procesų optimizavimo, medžiagų testavimus aplikacijų centre bei mokymus gamybos komandoms.

Taip pat žiūrėkite mūsų straipsnius apie tvarią gamybą, Tederic įpurškimo mašinas ir gamybos ciklo optimizavimą.