Инжекционно формоване с PCR и PIR рециклати - Tederic 2025

Въведение

Преработката на следпотребителски рециклати (PCR) и промишлени (PIR) на инжекционни машини се превърна не само въпрос на екологична отговорност, но и правно изискване. От 11 февруари 2025 година влиза в сила Регламентът на ЕС за опаковките и отпадъците от опаковки (PPWR), който налага използването на рециклати в пластмасовите опаковки – от 10-35% през 2030 година до 25-65% през 2040 година.

За производителите на инжекционни детайли това означава необходимост от адаптиране на производствените процеси към работа с материали с променливо качество, по-висока абразивност и непредвидими реологични свойства. Инжекционните машини Tederic, благодарение на специални конфигурации на шнека, прецизно управление на температурата и налягането, както и системи за филтрация, са подготвени за преработка на рециклати при запазване на стабилността на процеса и качеството на детайлите.

Регулации PPWR 2030: задължително съдържание на рециклат

Регламентът PPWR (Packaging and Packaging Waste Regulation) влезе в сила на 11 февруари 2025 година и въвежда най-рестриктивните в историята на ЕС изисквания относно рециклата в опаковките.

Минимално изискване за следпотребителски рециклат (PCR):

От 2030 година:

• 10% PCR – в опаковки за контакт с храни (PET бутилки, HDPE контейнери)
• 35% PCR – в останалите пластмасови опаковки (транспортни, технически, козметични опаковки)
• Изключения: опаковки за транспорт на опасни стоки

От 2040 година:

• 25% PCR – в опаковки за контакт с храни
• 65% PCR – в останалите пластмасови опаковки

Текущо състояние в Полша и ЕС:

• Среден дял на PCR в пластмасовите продукти в ЕС: 7,2% (данни 2023)
• Рециклиране на пластмасови опаковки в Полша: 43% (2022)
• Необходимо увеличение на рециклирането с 12 процентни пункта до 2030 година
• Индустрията за премиум опаковки декларира увеличение до 20% PCR до 2025 година

Последици за производителите:

• Продукти, несъответстващи на PPWR няма да могат да бъдат пускани на пазара на ЕС
• Финансови санкции за несъответствие
• Изискване за документация и сертифициране на източниците на рециклат
• Задължение за отчитане в рамките на разширената отговорност на производителя (EPR)

Технологични предизвикателства при преработка на PCR и PIR

Преработката на рециклати на инжекционни машини е свързана с редица технически предизвикателства, отсъстващи при работа с първичен материал.

1. Променлив вискозитет и MFI

Индексът на текучест (MFI – Melt Flow Index) на PCR рециклатите може да варира от 30 до 70 в рамките на една партида, докато първичният материал поддържа MFI в диапазон ±5. Това означава:

• Непредвидима запълняемост на формата – един и същи материал може да запълва формата по-бавно или по-бързо
• Променливо налягане на инжектиране – необходимост от постоянна корекция на параметрите
• Разлики между циклите – трудност в поддържането на повторяемостта

Механизъм на деградация:

• HDPE и LLDPE – омрежване на полимерни вериги увеличава вискозитета, причинява гелове и замърсявания
• PP (полипропилен) – окислителна деградация причинява разпадане на веригите, намалява вискозитета

2. Замърсявания и нееднородности

Следпотребителските рециклати имат ниво на замърсявания до 20 пъти по-високо от първичните материали:

• Микроскопични метални частици – от оптични сепаратори, сита
• Фрагменти от хартия, картон – остатъци от етикети
• Силициев диоксид и прах – от процесите на смилане и миене
• Полимерни чужди примеси – смеси от различни пластмаси
• Въглерод и обгорели частици – от предишни цикли на преработка

Последици: петна, оцветявания, риск от повреда на формите, намалена механична якост.

3. Термична деградация

Всеки цикъл на преработка (грануliране → екструзия → инжекция) скъсява полимерните вериги:

• Намалена якост на опън – дори с 15-25%
• По-ниска ударна якост – тестът Izod показва спадове 20-40%
• Повишена чуплививост – особено при ниски температури

4. Променливост на цвета

PCR има непредвидим базов нюанс (жълтеникав, сив, кафяв), което затруднява постигането на консистентен цвят, особено при светли нюанси.

Конфигурация на инжекционни машини Tederic за работа с рециклати

Инжекционните машини Tederic могат да бъдат оборудвани със специални конфигурации, оптимизиращи преработката на PCR и PIR при запазване на качеството и стабилността на процеса.

Специални шнекове за рециклати

Шнекът за абразивни материали се различава от стандартния по конструкция и материал:

Конструктивни характеристики:

• Шнек с бариера – отделна зона разделя твърдата фаза от течната фаза, подобрявайки хомогенизацията
• Допълнителни смесващи елементи – секция за дисперсионно смесване (Maddock) или rhomboid mixing section
• Увеличено съотношение L/D – 22:1 или 24:1 вместо стандартните 20:1 за по-добро смесване
• Модифицирана геометрия на входовете – предотвратява блокиране от неправилни гранули

Материали устойчиви на абразия:

• PC-100 (никел-борна сплав) – твърдост по Rockwell C 60-65, за средно абразивни материали
• PC-700 (биметален волфрамов карбид) – твърдост по Rockwell C70, >80% волфрамови карбиди
• HVOF покрития (волфрамов карбид) – нанасяни на витките на шнека, удължават живота 5-10 пъти

Правилният избор на шнек може да удължи живота му от дни на месеци при силно абразивни материали.

Цилиндър и системи за филтрация

Биметален цилиндър с вътрешен слой устойчив на абразия (аналогични материали като шнека) е необходим при дългосрочна работа с PCR.

Системи за филтрация в инжекционни машини Tederic:

• Двойно отвеждане на въздух – отстранява влага и летливи замърсявания
• Филтърни единици с двоен бутало – непрекъсната филтрация без спиране на производството
• Филтърни сита 80-120 mesh – задържат частици >125-180 µm
• Смяна на филтрите на всеки 2-8ч – в зависимост от нивото на замърсяванията

Прецизно управление на температурата

Tederic предлага усъвършенствани нагревателни зони с точност ±1°C, което е ключово за рециклатите:

• Температурен профил в 5-8 зони – прецизен контрол на топенето
• По-ниска температура на пластификация – с 10-20°C по-ниска от тази за първичен материал (минимизиране на деградацията)
• Охлаждане на зоната на подаване – предотвратява преждевременно топене и блокиране

Примерен температурен профил за PP PCR (спрямо първичен материал):

• Зона 1 (подаване): 40°C (срещу 50°C)
• Зона 2-3 (компресия): 180-190°C (срещу 200°C)
• Зона 4-5 (дозиране): 200-210°C (срещу 220°C)
• Дюза: 205°C (срещу 220°C)

Системи с горещи канали

За PCR/PIR особено важни са горещи канали с лесен достъп за почистване:

• Дюзи със сменяеми вложки – бърза смяна при блокиране
• Системи easy-clean – възможност за почистване без демонтаж на формата
• Сензори за налягане в дюзите – откриване на блокировки в реално време

Параметризация на процеса на инжектиране с рециклати

Параметрите на инжектиране за PCR и PIR изискват оптимизация спрямо първичния материал.

Температура и налягане

Намалена температура на преработка (10-20°C):

• Минимизира допълнителна деградация на полимерните вериги
• Намалява образуването на обгорени частици и отгазяване
• Изисква удължаване на времето на цикъла с 5-15%

По-високо налягане на инжектиране (10-25%):

• Компенсира намалената текучест на деградирал материал
• Осигурява пълно запълване на формата при променлив MFI
• Изисква мониторинг на налягането в кухината (in-cavity pressure sensors)

Времена и фази на процеса

Корекции на времената за PCR/PIR:

• Време на инжектиране: +10-20% (по-бавно запълване намалява срязващите напрежения)
• Време на дожимане: +15-25% (компенсация на непредвидимо свиване)
• Време на охлаждане: +5-10% (нееднородна кристализация изисква по-дълго време)

Автоматична компенсация на променливостта

Усъвършенстваните контролери Tederic предлагат функции за компенсация на променливостта на материала:

• Auto Viscosity Adjust (AVA) – автоматично регулиране на налягането според текущия MFI
• In-cavity pressure control – затворена верига на управление на база сензори в кухината
• Adaptive injection – профили на налягане и скорост, адаптиращи се в реално време

Тези системи могат да намалят брака с 30-50% при работа с партиди PCR с променлив MFI.

Контрол на качеството при преработка на рециклати

Стабилното качество на детайлите от рециклати изисква интензифициран контрол на всеки етап.

Контрол на входящия материал

Тестове преди стартиране на производството:

1. MFI (Melt Flow Index) – индекс на текучест:

• Тест: 190°C / 2,16 kg (PP) или 190°C / 21,6 kg (HDPE)
• Допустимо отклонение: ±15% от декларираната стойност
• Честота: всяка нова партида

2. DSC (диференциална сканираща калориметрия):

• Температура на топене, кристалност, наличие на полимерни замърсявания
• Откриване на смеси от различни пластмаси (PP + PE + PS)
• Честота: при променливи доставчици

3. Изпитвания на якост:

• Тест Izod (ударна якост) – мин. 80% от стойността на първичния материал
• Якост на опън – мин. 85% от първичната стойност
• Модул на еластичност – отклонение макс. 10%

Мониторинг на процеса

Параметри за наблюдение в реално време:

• Налягане на инжектиране – отклонение >10% = сигнал за корекция
• Температура на стопилката – измерване с пирометър в дюзата
• Въртящ момент на шнека – открива увеличение на вискозитета/блокировки
• Време на цикъла – увеличение >5% = възможни проблеми с материала
• Специфична енергия – kWh/kg детайл (увеличение = деградация на процеса)

Контрол на готовите детайли

100% визуален или автоматичен контрол:

• Визийни системи – откриване на петна, оцветявания, замърсявания
• Размерен контрол – увеличена честота (на всеки 50 детайла вместо на всеки 200)
• Функционални тестове – херметичност, монтажна якост

Казус: козметична опаковка с 50% PCR

Профил на проекта:

• Клиент: Производител на премиум козметични опаковки (Полша)
• Детайл: Цилиндричен контейнер 100 ml, стена 2,5 mm
• Материал: PP PCR 50% + PP първичен 50%, изисквания: прозрачност, химическа устойчивост
• Машина: Tederic DE550 (електрическа инжекционна машина, затваряща сила 550 kN)
• Форма: 8-гнездна, горещи канали с game-changers дюзи

Предизвикателства:

• MFI на рециклата варира 28-55 между партидите
• Клиентът изисква консистентен цвят (млечен нюанс)
• Херметичност на контейнера >99,5% (тест на налягане 2 bar)
• Сертификация contact-safe за козметика

Техническо решение:

1. Конфигурация на машината:

• Биметален шнек 22:1 L/D със секция за смесване Maddock
• HVOF покритие на витките на шнека (твърдост RC70)
• Система за двойна филтрация 100 mesh
• Сензори за налягане в 4 гнезда (50% мониторинг)

2. Параметри на процеса (оптимизирани):

• Температура: 190-205°C (срещу 210°C за първичен PP)
• Налягане на инжектиране: 850-950 bar (срещу 700 bar за първичен)
• Скорост на инжектиране: 45 mm/s (намалена от 60 mm/s)
• Време на дожимане: 18 s (срещу 12 s за първичен)
• Време на цикъла: 38 s

3. Контрол на качеството:

• Тест MFI на всеки 4ч (при всяка смяна на чувал с материал)
• Визийна система 100% контрол на оцветявания
• Тест на херметичност на co-injected проби (1 на 500 бр.)

Резултати след 6 месеца производство:

• Стабилност на процеса: <2% брак (срещу 8% във фаза на тестване)
• Херметичност: 99,7% от детайлите преминаха теста на налягане
• Консистентност на цвета: ΔE <1,5 (приемливо от клиента)
• Спестяване на CO₂: 1,2 тона/месец срещу производство с първичен материал
• Разходи за материал: 15% по-ниски (PCR по-евтин с 30% от първичен PP)
• Живот на шнека: Без измеримо износване след 6 месеца (2,5 млн цикъла)

Ключови фактори за успех:

• Тясно сътрудничество с доставчика на рециклат (контрол на качеството при източника)
• Adaptive pressure control (AVA) компенсиращ променливостта на MFI
• Редовна смяна на филтрите (на всеки 6ч)
• Обучение на операторите относно спецификата на PCR

Най-добри практики за преработка на PCR и PIR

ПРЕПОРЪКИ:

• Одитирайте доставчиците на рециклат – посетете завода, проверете процеса на сортиране и миене
• Изисквайте сертификати – документация за произход, спецификации, сертификати contact-safe
• Тествайте всяка партида – MFI, DSC, механични тестове преди стартиране на производството
• Намалете температурата – 10-20°C под препоръките за първичен материал
• Инвестирайте в специални шнекове – възвръщаемост на инвестицията за 6-12 месеца чрез удължен живот
• Използвайте сензори in-cavity – единственият начин за стабилизиране на процеса при променлив MFI
• Редовно почиствайте системата – purging compounds на всеки 24-48ч работа с PCR
• Документирайте всичко – PPWR изисква пълна проследимост на източниците на рециклат

ГРЕШКИ ЗА ИЗБЯГВАНЕ:

• Не смесвайте различни партиди PCR – дори от един доставчик могат да имат различен MFI
• Не използвайте стандартен шнек – ще се износи за 1-3 месеца при PCR с микро-метал
• Не прегрявайте материала – всеки +10°C означава допълнителна деградация
• Не игнорирайте увеличаването на въртящия момент – сигнализира блокировка или увеличение на замърсяванията
• Не спестявайте от филтрите – евтиното сито 40 mesh пропуска замърсявания >400 µm
• Не предполагайте постоянни параметри – всяка партида PCR изисква корекция

Резюме

Преработката на PCR и PIR рециклати се превърна в бизнес необходимост в светлината на изискванията на PPWR 2030. Производителите на инжекционни детайли трябва да подготвят своите процеси за работа с материали с променливо качество, изискващи специални конфигурации на машините и прецизна параметризация.

Ключови изводи от ръководството:

• PPWR 2030 налага 10-35% PCR в опаковките от 2030 година, 25-65% от 2040
• Променливост на MFI 30-70 в една партида PCR – най-голямото техническо предизвикателство
• Замърсявания до 20 пъти по-високи от първичния материал – необходима филтрация
• Специалните шнекове удължават живота 5-10 пъти – HVOF покрития, стомана PC-700
• Намалена температура с 10-20°C минимизира термичната деградация
• Системите AVA и in-cavity sensors стабилизират процеса при променлив материал
• Казусът показва 99,7% качество при 50% PCR в премиум козметична опаковка
• Разходи за материал 15% по-ниски срещу производство с първичен материал

Инжекционните машини Tederic, благодарение на гъвкавата конфигурация, прецизното управление и възможността за монтаж на специализирани шнекове и системи за филтрация, са подготвени за предизвикателствата на производството с рециклати. Ключът към успеха е съзнателният избор на конфигурация на машината, оптимизация на параметрите на процеса и стриктен контрол на качеството на входящия материал.

Преходът към рециклати не е само регулаторно изискване, но и възможност за намаляване на разходите за материали и подобряване на екологичния имидж на компанията. При правилния технически подход качеството на детайлите от PCR/PIR може да се изравни с продуктите от първичен материал.

Ако планирате внедряване на производство с PCR или PIR рециклати и се нуждаете от техническа подкрепа, свържете се с експертите на TEDESolutions. Като оторизиран партньор на Tederic, предлагаме цялостно консултиране относно избора на конфигурация на машините, оптимизация на процесите, материални тестове в приложен център и обучения за производствените екипи.

Вижте също нашите статии за устойчиво производство, инжекционни машини Tederic и оптимизация на производствения цикъл.