Vstřikování s PCR a PIR recykláty - konfigurace Tederic 2025

Úvod

Zpracování postspotřebitelských recyklátů (PCR) a průmyslových (PIR) na vstřikovacích lisech se stalo nejen otázkou environmentální odpovědnosti, ale právním požadavkem. Od 11. února 2025 platí nařízení EU o obalech a obalových odpadech (PPWR), které vyžaduje použití recyklátů v plastových obalech – od 10-35 % v roce 2030 do 25-65 % v roce 2040.

Pro výrobce vstřikovaných dílů to znamená nutnost přizpůsobit výrobní procesy práci s materiály proměnlivé kvality, vyšší abrazivity a nepředvídatelných reologických vlastností. Vstřikovací lisy Tederic, díky speciálním konfiguracím šneku, preciznímu řízení teploty a tlaku i filtračním systémům, jsou připraveny na zpracování recyklátů při zachování stability procesu a kvality dílů.

Regulace PPWR 2030: povinný obsah recyklátu

Nařízení PPWR (Packaging and Packaging Waste Regulation) vstoupilo v platnost 11. února 2025 a zavádí nejpřísnější požadavky v historii EU na recykláty v obalech.

Požadované minimum postspotřebitelského recyklátu (PCR):

Od roku 2030:

• 10 % PCR – v obalech přicházejících do kontaktu s potravinami (PET lahve, HDPE kontejnery)
• 35 % PCR – v ostatních plastových obalech (přepravní, technické, kosmetické obaly)
• Výjimky: obaly pro přepravu nebezpečného zboží

Od roku 2040:

• 25 % PCR – v obalech přicházejících do kontaktu s potravinami
• 65 % PCR – v ostatních plastových obalech

Aktuální stav v Polsku a EU:

• Průměrný podíl PCR v plastových produktech v EU: 7,2 % (data 2023)
• Recyklace plastových obalů v Polsku: 43 % (2022)
• Nutný nárůst recyklace o 12 procentních bodů do roku 2030
• Odvětví prémiových obalů deklaruje nárůst na 20 % PCR do roku 2025

Důsledky pro výrobce:

• Produkty nesplňující PPWR nebudou moci být uváděny na trh EU
• Finanční sankce za nesplnění požadavků
• Požadovaná dokumentace a certifikace zdrojů recyklátu
• Povinnost reportingu v rámci rozšířené odpovědnosti výrobce (EPR)

Technologické výzvy zpracování PCR a PIR

Zpracování recyklátů na vstřikovacích lisech je spojeno s řadou technických výzev nepřítomných při práci s primárním materiálem.

1. Proměnlivá viskozita a MFI

Index toku taveniny (MFI – Melt Flow Index) PCR recyklátů se může pohybovat od 30 do 70 v rámci jedné šarže, zatímco primární materiál udržuje MFI v rozsahu ±5. To znamená:

• Nepředvídatelné plnění formy – stejný materiál může plnit formu pomaleji nebo rychleji
• Proměnlivý tlak vstřikování – nutnost neustálé korekce parametrů
• Rozdíly mezi cykly – obtížnost udržení opakovatelnosti

Mechanismus degradace:

• HDPE a LLDPE – zesíťování polymerních řetězců zvyšuje viskozitu, způsobuje gely a nečistoty
• PP (polypropylen) – oxidační degradace způsobuje rozpad řetězců, snižuje viskozitu

2. Nečistoty a nehomogenity

Postspotřebitelské recykláty mají úroveň nečistot až 20krát vyšší než primární materiály:

• Mikroskopické kovové částice – z optických separátorů, třídiček
• Fragmenty papíru, kartonu – zbytky etiket
• Oxid křemičitý a prach – z procesů mletí a mytí
• Polymerní cizí příměsi – směsi různých plastů
• Uhlík a spálené částice – z předchozích cyklů zpracování

Důsledky: skvrny, zabarvení, riziko poškození forem, snížená mechanická pevnost.

3. Termická degradace

Každý cykl zpracování (granulace → extruze → vstřikování) zkracuje polymerní řetězce:

• Snížená pevnost v tahu – dokonce o 15-25 %
• Nižší odolnost proti nárazům – test Izod vykazuje poklesy 20-40 %
• Zvýšená křehkost – zejména při nízkých teplotách

4. Proměnlivost barvy

PCR má nepředvídatelný základní odstín (nažloutlý, šedý, hnědý), což ztěžuje dosažení konzistentní barvy, zejména ve světlých odstínech.

Konfigurace vstřikovacích lisů Tederic pro práci s recykláty

Vstřikovací lisy Tederic mohou být vybaveny speciálními konfiguracemi optimalizujícími zpracování PCR a PIR při zachování kvality a stability procesu.

Speciální šneky pro recykláty

Šnek pro abrazivní materiály se liší od standardního konstrukcí a materiálem:

Konstrukční charakteristiky:

• Šnek s bariérou – oddělená zóna odděluje pevnou fázi od kapalné fáze, zlepšuje homogenizaci
• Dodatečné míchací elementy – sekce disperzního míchání (Maddock) nebo rhomboid mixing section
• Zvýšený poměr L/D – 22:1 nebo 24:1 namísto standardních 20:1 pro lepší míchání
• Modifikovaná geometrie vstupů – zabraňuje ucpání nepravidelnými granulemi

Materiály odolné vůči opotřebení:

• PC-100 (slitina nikl-bor) – tvrdost Rockwell C 60-65, pro středně abrazivní materiály
• PC-700 (bimetalický karbid wolframu) – tvrdost Rockwell C70, >80 % karbidů wolframu
• Povlaky HVOF (karbid wolframu) – nanášené na závity šneku, prodlužují životnost 5-10x

Správná volba šneku může prodloužit jeho životnost ze dnů na měsíce u silně abrazivních materiálů.

Válec a filtrační systémy

Bimetalický válec s vnitřní vrstvou odolnou vůči opotřebení (analogické materiály jako šnek) je nutný při dlouhodobé práci s PCR.

Filtrační systémy ve vstřikovacích lisech Tederic:

• Dvojité odvětrávání – odstraňuje vlhkost a těkavé nečistoty
• Filtrační jednotky s dvojitým pístem – kontinuální filtrace bez zastavení výroby
• Filtrační sítka 80-120 mesh – zachycují částice >125-180 µm
• Výměna filtrů každých 2-8h – v závislosti na úrovni nečistot

Precizní řízení teploty

Tederic nabízí pokročilé topné zóny s přesností ±1°C, což je klíčové pro recykláty:

• Teplotní profil v 5-8 zónách – precizní kontrola tavení
• Nižší teplota plastifikace – o 10-20°C nižší než u primárního materiálu (minimalizace degradace)
• Chlazení zóny podávání – zabraňuje předčasnému tavení a ucpání

Příkladný teplotní profil pro PP PCR (vs primární materiál):

• Zóna 1 (podávání): 40°C (vs 50°C)
• Zóna 2-3 (komprese): 180-190°C (vs 200°C)
• Zóna 4-5 (dávkování): 200-210°C (vs 220°C)
• Tryska: 205°C (vs 220°C)

Systémy s horkými kanály

Pro PCR/PIR jsou obzvláště důležité horké kanály se snadným přístupem k čištění:

• Trysky s vyměnitelnými vložkami – rychlá výměna při ucpání
• Systémy easy-clean – možnost čištění bez demontáže formy
• Tlakové senzory v tryskách – detekce ucpání v reálném čase

Parametrizace procesu vstřikování s recykláty

Parametry vstřikování pro PCR a PIR vyžadují optimalizaci vzhledem k primárnímu materiálu.

Teplota a tlak

Snížená teplota zpracování (10-20°C):

• Minimalizuje další degradaci polymerních řetězců
• Snižuje tvorbu spálených částic a odplyňování
• Vyžaduje prodloužení doby cyklu o 5-15 %

Vyšší tlak vstřikování (10-25 %):

• Kompenzuje sníženou tekutost degradovaného materiálu
• Zajišťuje úplné naplnění formy při proměnlivém MFI
• Vyžaduje monitorování tlaku v dutině (in-cavity pressure sensors)

Časy a fáze procesu

Úpravy časů pro PCR/PIR:

• Doba vstřikování: +10-20 % (pomalejší plnění snižuje smyková napětí)
• Doba dotlaku: +15-25 % (kompenzace nepředvídatelného smrštění)
• Doba chlazení: +5-10 % (nehomogenní krystalizace vyžaduje delší dobu)

Automatická kompenzace proměnlivosti

Pokročilé řídící jednotky Tederic nabízejí funkce kompenzace proměnlivosti materiálu:

• Auto Viscosity Adjust (AVA) – automatické přizpůsobení tlaku aktuálnímu MFI
• In-cavity pressure control – uzavřená smyčka řízení na základě senzorů v dutině
• Adaptive injection – profily tlaku a rychlosti přizpůsobované v reálném čase

Tyto systémy mohou snížit zmetkovitost o 30-50 % při práci se šaržemi PCR s proměnlivým MFI.

Kontrola kvality při zpracování recyklátů

Stabilní kvalita dílů z recyklátů vyžaduje intenzivní kontrolu v každé fázi.

Kontrola vstupního materiálu

Testy před spuštěním výroby:

1. MFI (Melt Flow Index) – index toku taveniny:

• Test: 190°C / 2,16 kg (PP) nebo 190°C / 21,6 kg (HDPE)
• Přijatelná odchylka: ±15 % od deklarované hodnoty
• Frekvence: každá nová šarže

2. DSC (diferenční skenovací kalorimetrie):

• Teplota tání, krystalicita, přítomnost polymerních nečistot
• Detekce směsí různých plastů (PP + PE + PS)
• Frekvence: při proměnlivých dodavatelích

3. Pevnostní zkoušky:

• Test Izod (rázová houževnatost) – min. 80 % hodnoty primárního materiálu
• Pevnost v tahu – min. 85 % primární hodnoty
• Modul pružnosti – odchylka max. 10 %

Monitoring procesu

Parametry ke sledování v reálném čase:

• Tlak vstřikování – odchylka >10 % = signál ke korekci
• Teplota taveniny – měření pyrometrem v trysce
• Točivý moment šneku – detekuje nárůst viskozity/ucpání
• Doba cyklu – nárůst >5 % = možné problémy s materiálem
• Měrná energie – kWh/kg dílu (nárůst = degradace procesu)

Kontrola hotových dílů

100% vizuální nebo automatická kontrola:

• Vizuální systémy – detekce skvrn, zabarvení, nečistot
• Rozměrová kontrola – zvýšená frekvence (každých 50 dílů místo každých 200)
• Funkční testy – těsnost, pevnost spoje

Případová studie: kosmetický obal s 50 % PCR

Profil projektu:

• Zákazník: Výrobce prémiových kosmetických obalů (Polsko)
• Díl: Válcová nádoba 100 ml, stěna 2,5 mm
• Materiál: PP PCR 50 % + PP primární 50 %, požadavky: průhlednost, chemická odolnost
• Stroj: Tederic DE550 (elektrický vstřikovací lis, uzavírací síla 550 kN)
• Forma: 8-násobná, horké kanály s tryskámi game-changers

Výzvy:

• MFI recyklátu kolísalo 28-55 mezi šaržemi
• Zákazník vyžadoval konzistentní barvu (mléčný odstín)
• Těsnost nádoby >99,5 % (tlakový test 2 bar)
• Certifikace contact-safe pro kosmetiku

Technické řešení:

1. Konfigurace stroje:

• Bimetalický šnek 22:1 L/D se sekcí míchání Maddock
• HVOF povlak na závitech šneku (tvrdost RC70)
• Systém dvojité filtrace 100 mesh
• Tlakové senzory ve 4 dutinách (50% monitoring)

2. Parametry procesu (optimalizované):

• Teplota: 190-205°C (vs 210°C pro primární PP)
• Tlak vstřikování: 850-950 bar (vs 700 bar pro primární)
• Rychlost vstřikování: 45 mm/s (snížená z 60 mm/s)
• Doba dotlaku: 18 s (vs 12 s pro primární)
• Doba cyklu: 38 s

3. Kontrola kvality:

• Test MFI každých 4h (při každé výměně pytle s materiálem)
• Vizuální systém 100% kontroly zabarvení
• Test těsnosti co-injected vzorků (1 na 500 ks)

Výsledky po 6 měsících výroby:

• Stabilita procesu: <2 % zmetkovitost (vs 8 % v testovací fázi)
• Těsnost: 99,7 % dílů prošlo tlakovým testem
• Konzistence barvy: ΔE <1,5 (přijatelné zákazníkem)
• Úspora CO₂: 1,2 tuny/měsíc vs výroba z primárního materiálu
• Náklady na materiál: 15 % nižší (PCR levnější o 30 % než primární PP)
• Životnost šneku: Bez měřitelného opotřebení po 6 měsících (2,5 mil. cyklů)

Klíčové faktory úspěchu:

• Úzká spolupráce s dodavatelem recyklátu (kontrola kvality u zdroje)
• Adaptive pressure control (AVA) kompenzující proměnlivost MFI
• Pravidelná výměna filtrů (každých 6h)
• Školení operátorů v oblasti specifik PCR

Osvědčené postupy zpracování PCR a PIR

DOPORUČENÍ:

• Auditujte dodavatele recyklátu – navštivte závod, zkontrolujte proces třídění a mytí
• Požadujte certifikáty – dokumentace původu, specifikace, certifikáty contact-safe
• Testujte každou šarži – MFI, DSC, mechanické testy před spuštěním výroby
• Snižte teplotu – 10-20°C pod doporučeními pro primární materiál
• Investujte do speciálních šneků – návratnost investice za 6-12 měsíců díky prodloužené životnosti
• Používejte senzory in-cavity – jediný způsob stabilizace procesu při proměnlivém MFI
• Pravidelně čistěte systém – purging compounds každých 24-48h práce s PCR
• Dokumentujte vše – PPWR vyžaduje plnou sledovatelnost zdrojů recyklátu

CHYBY K VYHNUTÍ:

• Nemíchejte různé šarže PCR – i od stejného dodavatele mohou mít různé MFI
• Nepoužívejte standardní šnek – opotřebí se za 1-3 měsíce u PCR s mikro-kovem
• Nepřehřívejte materiál – každých +10°C znamená dodatečnou degradaci
• Neignorujte nárůst točivého momentu – signalizuje ucpání nebo nárůst nečistot
• Nešetřete na filtrech – levné síto 40 mesh propouští nečistoty >400 µm
• Nepředpokládejte stálé parametry – každá šarže PCR vyžaduje korekci

Shrnutí

Zpracování PCR a PIR recyklátů se stalo obchodní nutností ve světle požadavků PPWR 2030. Výrobci vstřikovaných dílů musí připravit své procesy na práci s materiály proměnlivé kvality, vyžadujícími speciální konfigurace strojů a precizní parametrizaci.

Klíčové závěry z průvodce:

• PPWR 2030 vyžaduje 10-35 % PCR v obalech od roku 2030, 25-65 % od roku 2040
• Proměnlivost MFI 30-70 v jedné šarži PCR – největší technická výzva
• Nečistoty až 20x vyšší než u primárního materiálu – nutná filtrace
• Speciální šneky prodlužují životnost 5-10x – HVOF povlaky, ocel PC-700
• Snížená teplota o 10-20°C minimalizuje termickou degradaci
• Systémy AVA a in-cavity sensors stabilizují proces při proměnlivém materiálu
• Případová studie ukazuje 99,7% kvalitu při 50 % PCR v prémiovém kosmetickém obalu
• Náklady na materiál 15 % nižší vs výroba z primárního materiálu

Vstřikovací lisy Tederic, díky flexibilní konfiguraci, preciznímu řízení a možnosti montáže specializovaných šneků a filtračních systémů, jsou připraveny na výzvy výroby s recykláty. Klíčem k úspěchu je vědomá volba konfigurace stroje, optimalizace parametrů procesu a přísná kontrola kvality vstupního materiálu.

Přechod na recykláty není jen regulační požadavek, ale příležitost ke snížení nákladů na materiály a zlepšení ekologického image firmy. Při správném technickém přístupu může kvalita dílů z PCR/PIR dosáhnout úrovně produktů z primárního materiálu.

Pokud plánujete zavedení výroby s PCR nebo PIR recykláty a potřebujete technickou podporu, kontaktujte experty TEDESolutions. Jako autorizovaný partner Tederic nabízíme komplexní poradenství v oblasti volby konfigurace strojů, optimalizace procesů, materiálové testy v aplikačním centru a školení pro výrobní týmy.

Podívejte se také na naše články o udržitelné výrobě, vstřikovacích lisech Tederic a optimalizaci výrobního cyklu.