Warum verringert sich die Oberflächenfestigkeit von Kunststoffprodukten bei Verwendung von Recyclingharz?

Die Verwendung von recyceltem Harz in Kunststoffteilen stellt Ingenieure vor Herausforderungen. Die Zugabe von mehr Sekundärmaterial kann zu einer stärkeren Verschlechterung des Kunststoffs führen, seine ursprüngliche strukturelle Festigkeit verringern und das Risiko von Rissen erhöhen, insbesondere in stark beanspruchten Bereichen wie Haken und Schraubenlöchern. Trotz dieser Probleme ist die Einarbeitung von recycelten Materialien in Kunststoffe für die ökologische Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung.

Aber warum verringert der Einsatz recycelter Sekundärmaterialien die Festigkeit von Kunststoffen? Diese Frage kann auf zwei Ebenen untersucht werden

1. Herkunft des recycelten Sekundärmaterials

Erstens: Sollten Hersteller von Kunststoffspritzgussteilen Sekundärmaterialien verwenden? Umweltschutz ist zwar ein Anliegen, aber Kosteneinsparungen sind oft ein Hauptmotiv, da Sekundärmaterialien billiger sind. Aber verwenden diese Fabriken die gleiche Art von Recyclingmaterialien wie die ursprünglichen Kunststoffpellets? Wenn die ursprünglichen Pellets beispielsweise PC-Materialien von Sabic (ehemals GE) sind, verwenden die Hersteller dann tatsächlich recycelte PC-Materialien von Sabic oder verwenden sie alle verfügbaren recycelten PC-Materialien oder mischen sie sogar ABS bei? Je höher die Qualität der Kunststoffpellets, desto weniger geeignet ist es für Hersteller, Recyclingmaterialien zu verwenden, da dies zu Produkten von geringerer Qualität führen kann.

Eine weitere Unsicherheit bei recycelten Materialien ist die Lagerung. Diese Materialien werden oft unsachgemäß gelagert und den Elementen wie Wind, Sonne und Regen ausgesetzt. Sie haben vielleicht bemerkt, dass ein Plastikstuhl, der in der Sonne liegt, irgendwann ausbleicht und brüchig wird. Ebenso verschlechtern sich die physikalischen Eigenschaften von recycelten Materialien, wenn sie rauen Bedingungen ausgesetzt werden, was zu einer unberechenbaren Qualität führt.

2. Der Unterschied in den MFI-Werten (Melt Flow Index) vor und nach der Kunststoffeinspritzung

Zweitens: Selbst wenn Sie bei Ihrem Kunststoffspritzverfahren Materialien verwenden, die genau den ursprünglichen Kunststoffpellets entsprechen, oder recycelbare Materialien mit denselben Spezifikationen derselben Marke, zeigt die Erfahrung, dass der MFI-Wert (Melt Flow Index) der meisten Kunststoffe nach dem Spritzgießen um etwa 20-30 % steigt. Dieser Anstieg des MFI führt in der Regel zu einer verringerten strukturellen Festigkeit des Kunststoffs, was sich auf die Gesamtleistung und Haltbarkeit des Produkts auswirken kann.

Thermoplastische Kunststoffe zeichnen sich durch die Bildung von Polymerkristallen aus, die miteinander verflochten sind, was zu einer hohen strukturellen Festigkeit führt. Während des Spritzgussverfahrens scheren die Leitspindeln diese langen Molekülketten und brechen sie in kürzere Segmente auf, wodurch ihr Molekulargewicht reduziert wird. Dieser als Kettenspaltung bezeichnete Vorgang führt zu einer Schwächung der Molekülverflechtung und einer daraus folgenden Festigkeitsabnahme. Ausführlichere Informationen finden Sie im Artikel über die rheologischen Eigenschaften von Kunststoffen.

Angesichts der schwankenden Preise und Verfügbarkeit von thermoplastischen Harzen ist es ratsam, die Verwendung Ihres Harzes zu optimieren. Eine gängige Methode ist die Verwendung von Regenerat. Sobald ein Projekt abgeschlossen ist, können überschüssiges Material und Ausschussteile zurückgewonnen und als Regenerat wiederverwendet werden, das dann mit neuem Harz gemischt oder unabhängig davon verwendet werden kann.

Wenn Thermoplaste thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, können sie schwach und spröde werden. Dieser Abbau wird als „Wärmeverlauf“ bezeichnet. Sowohl die Hitze aus der Verarbeitung als auch der Mahlprozess können die physikalischen, chemischen und Fließeigenschaften des thermoplastischen Harzes sowie aller aus Regenerat hergestellten Produkte beeinträchtigen. Obwohl Temperatur oder Wärmeverlauf häufig als Hauptursache für den Abbau von Polymeren angesehen werden, können viele Harze ihre physikalischen Eigenschaften über eine begrenzte Anzahl von Regeneratzyklen hinweg beibehalten, wenn sie während der Verarbeitung richtig gehandhabt werden.

Was ist das ideale Verhältnis von Regenerat zu Neuharz?

Normalerweise strebt die Formindustrie eine Mischung aus 20 bis 25 Prozent oder weniger Regenerat und Neuharz an. Je nach Herstellungsverfahren kann das Verhältnis jedoch zwischen 100 Prozent Neuharz und 100 Prozent Regenerat variieren.

Zu den Faktoren, die diese Variation beeinflussen, gehören

• Unzureichende Ausbildung der Harzverarbeiter

• Falsche Kalibrierung von Neuware- und/oder Mahlgutzuführungen

• Ungleichmäßiges Mischen der Materialien

• Unzureichende Disziplin in der Werkstatt oder Einhaltung etablierter Verfahren

• Um potenziell katastrophale Ergebnisse zu verhindern, sind ordnungsgemäße Verfahren und Disziplin in der Werkstatt unerlässlich.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass selbst wenn die erste Mischung 20 Prozent Regenerat enthält, nachfolgende Durchgänge immer etwas von der vorherigen Regeneratmischung enthalten. Harz aus dem ersten Durchgang verbleibt im Vorrat. Erkundigen Sie sich bei Ihrem Harzlieferanten, wie oft Ihr Kunststoff den Formprozess durchlaufen kann, bevor sich seine Eigenschaften um mehr als 10 Prozent verschlechtern, und um festzustellen, welche Eigenschaften zuerst beeinträchtigt werden.

Welche potenziellen Probleme sollten Sie kennen?

Stellen Sie sicher, dass Harze wie Nylon, Polycarbonat, Polybutadienterephthalat (PBT) und Polyethylenterephthalat (PET) vor der ersten Verarbeitung richtig getrocknet werden. Andernfalls können sie im Zylinder der Formmaschine hydrolysieren, wodurch die Polymerketten verkürzt und eine Zersetzung verursacht wird. Die Einarbeitung von 25 % zersetztem Regenerat in Neuharz kann die Leistung und Funktion der Endteile erheblich beeinträchtigen. Es ist äußerst wichtig, die Temperaturwerte zu überwachen. Die Verarbeitung von Neuharz bei Temperaturen über den empfohlenen Werten kann die Polymerzersetzung beschleunigen.

Eine gleichbleibende Pelletgröße ist ebenfalls entscheidend. Ohne regelmäßige Wartung der Mühle können Sie am Ende eine große Bandbreite an Granulatgrößen erhalten, von feinem Staub bis hin zu ¼-Zoll- oder größeren Brocken. Während der Plastifizierung oder Schneckenrotation schmilzt die Schnecke diese unterschiedlich großen Granulate möglicherweise nicht gleichmäßig, was möglicherweise die Eigenschaften der fertigen Teile beeinträchtigen kann. Eine erneute Pelletierung ist eine effektive Lösung für dieses Problem. Durch Schmelzfilterung des Mahlguts können nicht-plastische Verunreinigungen entfernt werden. Um eine optimale Prozessstabilität aufrechtzuerhalten, ist eine regelmäßige Wartung der Mühle unerlässlich. Dazu gehört das Schärfen der Klingen, das Reinigen der Maschine und die Sicherstellung, dass das Sieb ordnungsgemäß funktioniert.

Was ist Ihrer Meinung nach die größte Herausforderung beim Nachschleifen? Meiner Erfahrung nach stellen Verunreinigungen durch Fremdkunststoffe und -materialien eine erhebliche Hürde dar. Häufig kommt es aufgrund verstopfter Heißkanäle zu Produktionsunterbrechungen. Um Kosten zu senken, ist es ratsam, in Heißkanalwerkzeugen nur Neuharz zu verwenden und das Nachschleifen für Kaltkanalwerkzeuge aufzubewahren. Dies ist zwar möglicherweise nicht für alle eine praktikable Option, aber wenn möglich, ist es eine effektive Strategie.

Welche Lösungen gibt es, um diese Probleme zu beheben?

Anstatt Regenerat mit Neuharz zu mischen, sollten Sie 100 % Regenerat verwenden. Mit diesem Ansatz vermeiden Sie die oben genannten Probleme. Bei dieser Methode verwenden Sie zunächst das gesamte Neuharz und lassen das Regenerat dann mit voller Kapazität in die Maschinen laufen.