Dlaczego wytrzymałość powierzchniowa wyrobów z tworzyw sztucznych maleje w przypadku stosowania żywicy pochodzącej z recyklingu?

Zastosowanie żywicy pochodzącej z recyklingu w częściach z tworzyw sztucznych stanowi wyzwanie dla inżynierów. Dodanie większej ilości materiału wtórnego może prowadzić do większej degradacji tworzywa sztucznego, zmniejszając jego pierwotną wytrzymałość strukturalną i zwiększając ryzyko pękania, szczególnie w obszarach o dużym naprężeniu, takich jak haki i otwory na śruby. Pomimo tych problemów włączanie materiałów pochodzących z recyklingu do tworzyw sztucznych ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego rozwoju środowiska.

Ale dlaczego wykorzystanie materiałów wtórnych pochodzących z recyklingu zmniejsza wytrzymałość tworzyw sztucznych? To pytanie można zbadać na dwóch poziomach

1. Pochodzenie materiałów wtórnych pochodzących z recyklingu

Po pierwsze, czy firmy zajmujące się formowaniem wtryskowym tworzyw sztucznych powinny używać materiałów wtórnych? Podczas gdy ochrona środowiska jest kwestią priorytetową, oszczędności kosztów są często głównym powodem, ponieważ materiały wtórne są tańsze. Ale czy te fabryki używają tego samego rodzaju materiałów pochodzących z recyklingu, co oryginalne granulki plastikowe? Na przykład, jeśli oryginalne granulki to materiały Sabic (dawniej GE) PC, czy producenci faktycznie używają materiałów pochodzących z recyklingu Sabic PC, czy też używają dowolnych dostępnych materiałów pochodzących z recyklingu PC, a nawet mieszają je z ABS? Im wyższa klasa granulek plastikowych, tym mniej właściwe jest dla producentów używanie materiałów pochodzących z recyklingu, ponieważ może to skutkować niższą jakością produktów.

Inną niepewnością związaną z materiałami pochodzącymi z recyklingu jest przechowywanie. Materiały te są często przechowywane nieprawidłowo, narażone na działanie czynników takich jak wiatr, słońce i deszcz. Być może zauważyłeś, że plastikowe krzesło pozostawione na słońcu z czasem wyblaknie i stanie się kruche. Podobnie materiały pochodzące z recyklingu wystawione na trudne warunki będą miały pogorszone właściwości fizyczne, co doprowadzi do nieprzewidywalnej jakości.

2. Różnica wartości MFI (wskaźnika płynięcia) przed i po wtrysku tworzywa sztucznego

Po drugie, nawet jeśli w procesie wtrysku tworzyw sztucznych używane są materiały, które ściśle odpowiadają oryginalnym granulatom tworzyw sztucznych lub materiałom nadającym się do recyklingu o tych samych specyfikacjach tej samej marki, doświadczenie pokazuje, że wartość MFI (Melt Flow Index) większości tworzyw sztucznych wzrasta o około 20-30% po wtrysku. Ten wzrost MFI zazwyczaj skutkuje zmniejszeniem wytrzymałości strukturalnej tworzywa sztucznego, co może mieć wpływ na ogólną wydajność i trwałość produktu.

Tworzywa termoplastyczne charakteryzują się tworzeniem kryształów polimerowych, które są splątane, co skutkuje wysoką wytrzymałością strukturalną. Podczas procesu formowania wtryskowego śruba pociągowa ścina i rozbija te długie łańcuchy cząsteczkowe na krótsze segmenty, zmniejszając ich masę cząsteczkową. Proces ten, znany jako rozszczepienie łańcucha, prowadzi do osłabienia splątania cząsteczkowego i późniejszego zmniejszenia wytrzymałości. Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje, zapoznaj się z artykułem na temat właściwości reologicznych tworzyw sztucznych.

Biorąc pod uwagę wahania cen i dostępność żywic termoplastycznych, rozsądnie jest zoptymalizować wykorzystanie żywicy. Jedną z powszechnych metod jest użycie przemiału. Po zakończeniu projektu nadmiar materiału i odrzucone części można odzyskać i ponownie wykorzystać jako przemiał, który następnie można zmieszać z nową żywicą lub użyć niezależnie.

Gdy tworzywa termoplastyczne są poddawane naprężeniom termicznym i mechanicznym, mogą stać się słabe i kruche, degradacja znana jako „historia cieplna”. Zarówno ciepło z przetwarzania, jak i proces mielenia mogą wpływać na właściwości fizyczne, chemiczne i przepływowe żywicy termoplastycznej, a także wszelkich produktów wykonanych z przemiału. Podczas gdy temperatura lub historia cieplna są często uważane za główną przyczynę degradacji polimeru, wiele żywic może zachować swoje właściwości fizyczne przez ograniczoną liczbę cykli przemiału, jeśli są odpowiednio zarządzane podczas przetwarzania.

Jaki jest idealny stosunek przemiału do żywicy pierwotnej?

Zazwyczaj przemysł formowania dąży do mieszanki 20 do 25 procent lub mniej przemiału zmieszanego z żywicą dziewiczą. Jednak w zależności od procesu produkcyjnego stosunek ten może się wahać od 100 procent żywicy dziewiczej do 100 procent przemiału.

Czynniki wpływające na tę zmienność obejmują

:

• Niewystarczające przeszkolenie pracowników zajmujących się żywicą

• Nieprawidłowa kalibracja podajników surowca pierwotnego i/lub przemiału

• Nierównomierne mieszanie materiałów

• Niewystarczająca dyscyplina na hali produkcyjnej lub przestrzeganie ustalonych procedur

• Aby zapobiec potencjalnie katastrofalnym skutkom, niezbędne jest przestrzeganie właściwych procedur i dyscypliny na hali produkcyjnej.

Innym ważnym czynnikiem jest to, że nawet jeśli początkowa mieszanka zawiera 20 procent przemiału, kolejne przejścia zawsze będą zawierać część poprzedniej mieszanki przemiału. Żywica z pierwszego przejścia pozostaje w magazynie. Skontaktuj się z dostawcą żywicy, aby dowiedzieć się, ile razy Twój plastik może przejść przez proces formowania, zanim jego właściwości ulegną pogorszeniu o ponad 10 procent, i aby ustalić, które właściwości zostaną zmienione w pierwszej kolejności.

O jakich potencjalnych problemach powinieneś wiedzieć?

Upewnij się, że żywice takie jak nylon, poliwęglan, poli(tereftalan butadienu) (PBT) i poli(tereftalan etylenu) (PET) są odpowiednio wysuszone przed wstępnym przetwarzaniem. W przeciwnym razie mogą one hydrolizować w cylindrze maszyny do formowania, skracając łańcuchy polimerowe i powodując degradację. Włączenie zdegradowanego przemiału do żywicy pierwotnej w ilości 25 procent może znacząco wpłynąć na wydajność i funkcję końcowych części. Monitorowanie poziomów temperatury ma ogromne znaczenie. Przetwarzanie żywicy pierwotnej w temperaturach powyżej zalecanych poziomów może przyspieszyć degradację polimeru.

Równie istotny jest stały rozmiar granulek. Bez regularnej konserwacji młynka możesz skończyć z szerokim zakresem rozmiarów granulek, od drobnego pyłu do kawałków o wielkości ¼ cala lub większych. Podczas uplastyczniania lub obracania ślimaka ślimak może nie topić tych granulek o różnych rozmiarach równomiernie, co może potencjalnie wpłynąć na właściwości gotowych części. Repelletyzacja jest skutecznym rozwiązaniem tego problemu. Poprzez filtrowanie przemiału w stanie stopionym można usunąć zanieczyszczenia nieplastikowe. Aby utrzymać optymalną stabilność procesu, niezbędna jest regularna konserwacja młynka. Obejmuje to ostrzenie ostrzy, czyszczenie maszyny i zapewnienie prawidłowego działania sita.

Jakie jest Twoim zdaniem największe wyzwanie związane z ponownym szlifowaniem? Na podstawie mojego doświadczenia, zanieczyszczenie obcymi tworzywami sztucznymi i materiałami stanowi znaczną przeszkodę. Często produkcja jest przerywana z powodu zatkanych gorących końcówek. Aby obniżyć koszty, zaleca się stosowanie wyłącznie żywicy pierwotnej w narzędziach z gorącymi kanałami i rezerwowanie przeszlifowania dla narzędzi z zimnymi kanałami. Chociaż może to nie być wykonalne dla wszystkich, jest to skuteczna strategia, gdy jest wykonalna.

Jakie są rozwiązania tych problemów?

Zamiast mieszać przemiał z żywicą dziewiczą, rozważ użycie 100% przemiału. To podejście pozwala uniknąć problemów wymienionych powyżej. W tej metodzie najpierw używasz całej żywicy dziewiczej, a następnie wrzucasz przemiał do maszyn z pełną wydajnością.