Perché la resistenza superficiale dei prodotti in plastica diminuisce quando si utilizza resina riciclata?

L'uso di resina riciclata nelle parti in plastica presenta delle sfide per gli ingegneri. Aggiungere più materiale secondario può portare a una maggiore degradazione della plastica, riducendone la resistenza strutturale originale e aumentando il rischio di crepe, in particolare nelle aree ad alto stress come ganci e fori per viti. Nonostante questi problemi, l'incorporazione di materiali riciclati nelle plastiche è fondamentale per la sostenibilità ambientale.

Ma perché l'uso di materiali secondari riciclati riduce la resistenza delle plastiche? Questa domanda può essere esaminata su due livelli

1. Origine del materiale secondario riciclato

Innanzitutto, gli stampatori a iniezione di plastica dovrebbero usare materiali secondari? Mentre la tutela dell'ambiente è una preoccupazione, il risparmio sui costi è spesso una motivazione primaria, poiché i materiali secondari sono più economici. Ma queste fabbriche usano lo stesso tipo di materiali riciclati dei pellet di plastica originali? Ad esempio, se i pellet originali sono materiali Sabic (ex GE) PC, i produttori stanno effettivamente usando materiali riciclati Sabic PC, o stanno usando qualsiasi materiale riciclato PC disponibile, o addirittura mescolandolo in ABS? Più alto è il grado dei pellet di plastica, meno è appropriato per i produttori usare materiali riciclati, poiché ciò potrebbe comportare prodotti di qualità inferiore.

Un'altra incertezza con i materiali riciclati è lo stoccaggio. Questi materiali sono spesso immagazzinati in modo improprio, esposti a elementi come vento, sole e pioggia. Potresti aver notato che una sedia di plastica lasciata al sole alla fine sbiadirà e diventerà fragile. Allo stesso modo, i materiali riciclati esposti a condizioni difficili avranno proprietà fisiche degradate, con conseguente qualità imprevedibile.

2. La differenza nei valori MFI (Melt Flow Index) prima e dopo l'iniezione di plastica

In secondo luogo, anche se il tuo processo di iniezione di plastica utilizza materiali che corrispondono rigorosamente ai pellet di plastica originali o materiali riciclabili con le stesse specifiche dello stesso marchio, l'esperienza dimostra che il valore MFI (Melt Flow Index) della maggior parte delle plastiche aumenta di circa il 20-30% dopo l'iniezione. Questo aumento di MFI in genere si traduce in una ridotta resistenza strutturale della plastica, che può influire sulle prestazioni e sulla durata complessive del prodotto.

Le plastiche termoplastiche sono caratterizzate dalla formazione di cristalli polimerici che sono aggrovigliati, con conseguente elevata resistenza strutturale. Durante il processo di stampaggio a iniezione, la vite di comando taglia e rompe queste lunghe catene molecolari in segmenti più corti, riducendone il peso molecolare. Questo processo, noto come scissione della catena, porta a un indebolimento dell'aggrovigliamento molecolare e a una successiva diminuzione della resistenza. Per informazioni più dettagliate, fare riferimento all'articolo sulle proprietà reologiche della plastica.

Considerati i prezzi fluttuanti e la disponibilità di resine termoplastiche, è prudente ottimizzare l'uso della resina. Un metodo comune è quello di utilizzare il rimacinato. Una volta completato un progetto, qualsiasi materiale in eccesso e parti scartate possono essere recuperate e riutilizzate come rimacinato, che può quindi essere miscelato con nuova resina o utilizzato in modo indipendente.

Quando i termoplastici sono sottoposti a stress termico e meccanico, possono diventare deboli e fragili, una degradazione nota come "cronologia del calore". Sia il calore derivante dalla lavorazione che il processo di macinazione possono influenzare le proprietà fisiche, chimiche e di flusso della resina termoplastica, nonché di qualsiasi prodotto ricavato dalla macinazione. Mentre la cronologia della temperatura o del calore è spesso considerata la causa principale della degradazione del polimero, molte resine possono mantenere le loro proprietà fisiche attraverso un numero limitato di cicli di macinazione se gestite correttamente durante la lavorazione.

Qual è il rapporto ideale tra resina macinata e resina vergine?

In genere, l'industria dello stampaggio punta a una miscela di 20-25 percento o meno di rimacinato mescolato con resina vergine. Tuttavia, a seconda del processo di fabbricazione, il rapporto può variare dal 100 percento di resina vergine al 100 percento di rimacinato.

I fattori che influenzano questa variazione includono

• Formazione inadeguata degli addetti alla manipolazione della resina

• Calibrazione non corretta degli alimentatori vergini e/o macinati

• Miscelazione non uniforme dei materiali

• Disciplina in fabbrica insufficiente o aderenza alle procedure stabilite

• Per prevenire risultati potenzialmente disastrosi, sono essenziali procedure e disciplina adeguate in fabbrica.

Un'altra considerazione importante è che anche se la miscela iniziale contiene il 20 percento di macinato, i passaggi successivi conterranno sempre parte della precedente miscela di macinato. La resina del primo passaggio rimane nello stock. Verifica con il tuo fornitore di resina quante volte la tua plastica può passare attraverso il processo di stampaggio prima che le proprietà si degradino di oltre il 10 percento e per determinare quali proprietà sono interessate per prime.

Di quali potenziali problemi dovresti essere consapevole?

Assicurarsi che resine come nylon, policarbonato, poli(butadiene tereftalato) (PBT) e poli(etilene tereftalato) (PET) siano adeguatamente essiccate prima della lavorazione iniziale. Altrimenti, possono idrolizzare nel cilindro della macchina per stampaggio, accorciando le catene polimeriche e causando degradazione. L'incorporazione di macinato degradato in resina vergine a livelli del 25 percento può influenzare significativamente le prestazioni e la funzione delle parti finali. È della massima importanza monitorare i livelli di temperatura. La lavorazione di resina vergine a temperature superiori ai livelli raccomandati può accelerare la degradazione del polimero.

Anche la dimensione uniforme dei pellet è fondamentale. Senza una regolare manutenzione del macinatore, si può finire con un'ampia gamma di dimensioni dei granuli, da polvere fine a pezzi da ¼ di pollice o più grandi. Durante la plastificazione o la rotazione della vite, la vite potrebbe non fondere uniformemente questi granuli di dimensioni diverse, il che può potenzialmente influenzare le proprietà delle parti finite. La ripellettizzazione è una soluzione efficace per questo problema. Filtrando a fusione il macinato, è possibile rimuovere i contaminanti non plastici. Per mantenere una stabilità ottimale del processo, è essenziale una regolare manutenzione del macinatore. Ciò include l'affilatura delle lame, la pulizia della macchina e la verifica del corretto funzionamento dello schermo.

Quale ritieni sia la sfida più significativa associata alla riaffilatura? In base alla mia esperienza, la contaminazione da plastiche e materiali estranei rappresenta un ostacolo significativo. Spesso, la produzione viene interrotta a causa di punte calde intasate. Per ridurre i costi, è consigliabile utilizzare solo resina vergine negli utensili a canale caldo e riservare la riaffilatura per gli utensili a canale freddo. Sebbene questa possa non essere un'opzione praticabile per tutti, è una strategia efficace quando fattibile.

Quali soluzioni sono disponibili per affrontare questi problemi?

Invece di mescolare il rimacinato con la resina vergine, prendi in considerazione l'utilizzo del 100% di rimacinato. Questo approccio evita i problemi menzionati sopra. Con questo metodo, usi prima tutta la resina vergine e poi fai passare il rimacinato nelle macchine a piena capacità.