Spritzguss mit PCR- und PIR-Rezyklaten - Tederic Setup 2025

Einführung

Die Verarbeitung von Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) und Post-Industrial-Rezyklaten (PIR) auf Spritzgießmaschinen ist nicht mehr nur eine Frage der Umweltverantwortung, sondern eine rechtliche Anforderung. Seit dem 11. Februar 2025 gilt die EU-Verordnung über Verpackungen und Verpackungsabfälle (PPWR), die den Einsatz von Rezyklaten in Kunststoffverpackungen vorschreibt – von 10-35% im Jahr 2030 bis zu 25-65% im Jahr 2040.

Für Hersteller von Spritzgussteilen bedeutet dies die Notwendigkeit, Produktionsprozesse an Materialien mit variabler Qualität, höherer Abrasivität und unvorhersehbaren rheologischen Eigenschaften anzupassen. Tederic-Spritzgießmaschinen sind dank spezieller Schneckenkonfigurationen, präziser Temperatur- und Drucksteuerung sowie Filtrationssystemen für die Verarbeitung von Rezyklaten unter Beibehaltung der Prozessstabilität und Teilequalität vorbereitet.

PPWR 2030-Verordnung: Obligatorischer Rezyklatgehalt

Die PPWR-Verordnung (Packaging and Packaging Waste Regulation) trat am 11. Februar 2025 in Kraft und führt die strengsten Anforderungen in der EU-Geschichte bezüglich Rezyklaten in Verpackungen ein.

Erforderlicher Mindestgehalt an Post-Consumer-Rezyklat (PCR):

Ab 2030:

• 10% PCR – in lebensmittelkontaktfähigen Verpackungen (PET-Flaschen, HDPE-Behälter)
• 35% PCR – in sonstigen Kunststoffverpackungen (Transport-, Technik-, Kosmetikverpackungen)
• Ausnahmen: Verpackungen für den Transport gefährlicher Güter

Ab 2040:

• 25% PCR – in lebensmittelkontaktfähigen Verpackungen
• 65% PCR – in sonstigen Kunststoffverpackungen

Aktueller Stand in Polen und der EU:

• Durchschnittlicher PCR-Anteil in Kunststoffprodukten in der EU: 7,2% (Stand 2023)
• Recycling von Kunststoffverpackungen in Polen: 43% (2022)
• Erforderliche Steigerung des Recyclings um 12 Prozentpunkte bis 2030
• Premium-Verpackungsindustrie strebt 20% PCR bis 2025 an

Konsequenzen für Hersteller:

• PPWR-nicht-konforme Produkte dürfen nicht auf dem EU-Markt in Verkehr gebracht werden
• Finanzielle Sanktionen bei Nichteinhaltung
• Erforderliche Dokumentation und Zertifizierung von Rezyklatquellen
• Berichtspflicht im Rahmen der erweiterten Herstellerverantwortung (EPR)

Technologische Herausforderungen bei der PCR- und PIR-Verarbeitung

Die Verarbeitung von Rezyklaten auf Spritzgießmaschinen ist mit einer Reihe technischer Herausforderungen verbunden, die bei der Arbeit mit Neumaterial nicht auftreten.

1. Variable Viskosität und MFI

Der Schmelzflussindex (MFI – Melt Flow Index) von PCR-Rezyklaten kann innerhalb einer Charge zwischen 30 und 70 schwanken, während Neumaterial einen MFI im Bereich von ±5 hält. Das bedeutet:

• Unvorhersehbare Formfüllung – dasselbe Material kann die Form langsamer oder schneller füllen
• Variabler Einspritzdruck – ständige Parameterkorrektur erforderlich
• Unterschiede zwischen Zyklen – Schwierigkeit, Wiederholbarkeit zu gewährleisten

Degradationsmechanismus:

• HDPE und LLDPE – Vernetzung von Polymerketten erhöht die Viskosität, verursacht Gele und Verunreinigungen
• PP (Polypropylen) – oxidative Degradation führt zu Kettenabbau, verringert die Viskosität

2. Verunreinigungen und Inhomogenitäten

Post-Consumer-Rezyklate weisen eine bis zu 20-fach höhere Verunreinigung auf als Neumaterialien:

• Mikroskopische Metallpartikel – von optischen Sortierern, Sieben
• Papier-, Kartonfragmente – Etikettenreste
• Siliziumdioxid und Staub – aus Mahl- und Waschprozessen
• Polymerfremdstoffe – Mischungen verschiedener Kunststoffe
• Kohlenstoff und Verbrennungsrückstände – aus früheren Verarbeitungszyklen

Folgen: Flecken, Verfärbungen, Risiko von Formschäden, reduzierte mechanische Festigkeit.

3. Thermische Degradation

Jeder Verarbeitungszyklus (Granulierung → Extrusion → Spritzguss) verkürzt die Polymerketten:

• Reduzierte Zugfestigkeit – bis zu 15-25%
• Geringere Schlagzähigkeit – Izod-Test zeigt Rückgänge von 20-40%
• Erhöhte Sprödigkeit – besonders bei niedrigen Temperaturen

4. Farbvariabilität

PCR hat einen unvorhersehbaren Grundton (gelblich, grau, braun), was das Erreichen einer konsistenten Farbe erschwert, insbesondere bei hellen Tönen.

Konfiguration von Tederic-Spritzgießmaschinen für die Arbeit mit Rezyklaten

Tederic-Spritzgießmaschinen können mit speziellen Konfigurationen ausgestattet werden, die die PCR- und PIR-Verarbeitung unter Beibehaltung von Qualität und Prozessstabilität optimieren.

Spezialschnecken für Rezyklate

Schnecken für abrasive Materialien unterscheiden sich von Standardschnecken in Konstruktion und Material:

Konstruktionsmerkmale:

• Barriereschnecke – separate Zone trennt feste Phase von flüssiger Phase, verbessert Homogenisierung
• Zusätzliche Mischelemente – dispersive Mischsektion (Maddock) oder Rhomboid Mixing Section
• Erhöhtes L/D-Verhältnis – 22:1 oder 24:1 statt Standard 20:1 für besseres Mischen
• Modifizierte Einzugsgeometrie – verhindert Verstopfung durch unregelmäßige Granulate

Verschleißfeste Materialien:

• PC-100 (Nickel-Bor-Legierung) – Rockwell-Härte C 60-65, für mittel-abrasive Materialien
• PC-700 (bimetallisches Wolframkarbid) – Rockwell-Härte C70, >80% Wolframkarbide
• HVOF-Beschichtungen (Wolframkarbid) – auf Schneckengänge aufgetragen, verlängern Lebensdauer um das 5-10-fache

Die richtige Schneckenwahl kann die Lebensdauer von Tagen auf Monate verlängern bei stark abrasiven Materialien.

Zylinder und Filtrationssysteme

Bimetallzylinder mit verschleißfester Innenschicht (analoge Materialien wie Schnecke) sind bei langfristiger PCR-Verarbeitung erforderlich.

Filtrationssysteme in Tederic-Spritzgießmaschinen:

• Doppelte Entgasung – entfernt Feuchtigkeit und flüchtige Verunreinigungen
• Filtereinheiten mit Doppelkolben – kontinuierliche Filtration ohne Produktionsstillstand
• Filtersiebe 80-120 Mesh – halten Partikel >125-180 µm zurück
• Filterwechsel alle 2-8h – abhängig vom Verunreinigungsgrad

Präzise Temperatursteuerung

Tederic bietet fortschrittliche Heizzonen mit einer Genauigkeit von ±1°C, was für Rezyklate entscheidend ist:

• Temperaturprofil in 5-8 Zonen – präzise Schmelzkontrolle
• Niedrigere Plastifiziertemperatur – 10-20°C niedriger als bei Neumaterial (Minimierung der Degradation)
• Kühlung der Einzugszone – verhindert vorzeitiges Schmelzen und Verstopfung

Beispiel-Temperaturprofil für PP PCR (vs. Neumaterial):

• Zone 1 (Einzug): 40°C (vs. 50°C)
• Zone 2-3 (Kompression): 180-190°C (vs. 200°C)
• Zone 4-5 (Dosierung): 200-210°C (vs. 220°C)
• Düse: 205°C (vs. 220°C)

Heißkanalsysteme

Für PCR/PIR sind besonders Heißkanäle mit einfachem Reinigungszugang wichtig:

• Düsen mit austauschbaren Einsätzen – schneller Wechsel bei Verstopfung
• Easy-Clean-Systeme – Reinigung ohne Formdemontage möglich
• Drucksensoren in Düsen – Echtzeit-Erkennung von Verstopfungen

Prozessparametrisierung beim Spritzguss mit Rezyklaten

Spritzgussparameter für PCR und PIR erfordern Optimierung gegenüber Neumaterial.

Temperatur und Druck

Reduzierte Verarbeitungstemperatur (10-20°C):

• Minimiert weitere Degradation der Polymerketten
• Reduziert Bildung von Verbrennungsrückständen und Ausgasungen
• Erfordert Verlängerung der Zykluszeit um 5-15%

Höherer Einspritzdruck (10-25%):

• Kompensiert reduzierte Fließfähigkeit von degradiertem Material
• Gewährleistet vollständige Formfüllung bei variablem MFI
• Erfordert Drucküberwachung im Formhohlraum (In-Cavity-Drucksensoren)

Zeiten und Prozessphasen

Zeitanpassungen für PCR/PIR:

• Einspritzzeit: +10-20% (langsameres Füllen reduziert Scherspannungen)
• Nachdruck: +15-25% (Kompensation unvorhersehbarer Schwindung)
• Kühlzeit: +5-10% (inhomogene Kristallisation erfordert längere Zeit)

Automatische Variabilitätskompensation

Fortschrittliche Tederic-Steuerungen bieten Funktionen zur Kompensation von Materialvariabilität:

• Auto Viscosity Adjust (AVA) – automatische Druckanpassung an aktuellen MFI
• In-Cavity Pressure Control – geschlossener Regelkreis basierend auf Hohlraumsensoren
• Adaptive Injection – Druck- und Geschwindigkeitsprofile, die sich in Echtzeit anpassen

Diese Systeme können den Ausschuss bei Chargen mit variablem MFI um 30-50% reduzieren.

Qualitätskontrolle bei der Rezyklatverarbeitung

Stabile Teilequalität aus Rezyklaten erfordert intensivierte Kontrolle in jeder Phase.

Eingangsmaterialkontrolle

Tests vor Produktionsstart:

1. MFI (Melt Flow Index) – Schmelzflussindex:

• Test: 190°C / 2,16 kg (PP) oder 190°C / 21,6 kg (HDPE)
• Akzeptable Abweichung: ±15% vom deklarierten Wert
• Häufigkeit: jede neue Charge

2. DSC (Dynamische Differenzkalorimetrie):

• Schmelztemperatur, Kristallinität, Vorhandensein polymerer Verunreinigungen
• Erkennung von Mischungen verschiedener Kunststoffe (PP + PE + PS)
• Häufigkeit: bei wechselnden Lieferanten

3. Festigkeitsprüfungen:

• Izod-Test (Schlagzähigkeit) – min. 80% des Neumaterialwerts
• Zugfestigkeit – min. 85% des Ursprungswerts
• E-Modul – Abweichung max. 10%

Prozessüberwachung

Echtzeit-Überwachungsparameter:

• Einspritzdruck – Abweichung >10% = Korrektursignal
• Schmelzetemperatur – pyrometrische Messung in der Düse
• Schneckendrehmoment – erkennt Viskositätsanstieg/Verstopfungen
• Zykluszeit – Anstieg >5% = mögliche Materialprobleme
• Spezifische Energie – kWh/kg Teil (Anstieg = Prozessdegradation)

Fertigteilkontrolle

100% visuelle oder automatische Kontrolle:

• Bildverarbeitungssysteme – Erkennung von Flecken, Verfärbungen, Verunreinigungen
• Maßkontrolle – erhöhte Frequenz (alle 50 Teile statt alle 200)
• Funktionstests – Dichtheit, Montagefestigkeit

Fallstudie: Kosmetikverpackung mit 50% PCR

Projektprofil:

• Kunde: Hersteller von Premium-Kosmetikverpackungen (Polen)
• Teil: Zylindrischer Behälter 100 ml, Wandstärke 2,5 mm
• Material: PP PCR 50% + PP neu 50%, Anforderungen: Transparenz, chemische Beständigkeit
• Maschine: Tederic DE550 (elektrische Spritzgießmaschine, Schließkraft 550 kN)
• Form: 8-fach, Heißkanal mit Game-Changer-Düsen

Herausforderungen:

• Rezyklat-MFI schwankte zwischen Chargen von 28-55
• Kunde verlangte konsistente Farbe (milchiger Ton)
• Behälterdichtheit >99,5% (Drucktest 2 bar)
• Contact-Safe-Zertifizierung für Kosmetik

Technische Lösung:

1. Maschinenkonfiguration:

• Bimetallschnecke 22:1 L/D mit Maddock-Mischsektion
• HVOF-Beschichtung auf Schneckengängen (Härte RC70)
• Doppelfiltrationssystem 100 Mesh
• Drucksensoren in 4 Kavitäten (50% Überwachung)

2. Prozessparameter (optimiert):

• Temperatur: 190-205°C (vs. 210°C für Neu-PP)
• Einspritzdruck: 850-950 bar (vs. 700 bar für Neumaterial)
• Einspritzgeschwindigkeit: 45 mm/s (reduziert von 60 mm/s)
• Nachdruckzeit: 18 s (vs. 12 s für Neumaterial)
• Zykluszeit: 38 s

3. Qualitätskontrolle:

• MFI-Test alle 4h (bei jedem Materialwechsel)
• Bildverarbeitungssystem 100% Verfärbungskontrolle
• Dichtheitstest co-injected Proben (1 von 500 Stk.)

Ergebnisse nach 6 Monaten Produktion:

• Prozessstabilität: <2% Ausschuss (vs. 8% in Testphase)
• Dichtheit: 99,7% der Teile bestanden Drucktest
• Farbkonsistenz: ΔE <1,5 (vom Kunden akzeptiert)
• CO₂-Einsparung: 1,2 Tonnen/Monat vs. Neumaterialproduktion
• Materialkosten: 15% niedriger (PCR 30% günstiger als Neu-PP)
• Schneckenlebensdauer: Kein messbarer Verschleiß nach 6 Monaten (2,5 Mio. Zyklen)

Schlüsselfaktoren für den Erfolg:

• Enge Zusammenarbeit mit Rezyklatlieferant (Qualitätskontrolle an der Quelle)
• Adaptive Pressure Control (AVA) kompensiert MFI-Variabilität
• Regelmäßiger Filterwechsel (alle 6h)
• Schulung der Bediener zu PCR-Besonderheiten

Best Practices für PCR- und PIR-Verarbeitung

EMPFEHLUNGEN:

• Rezyklatlieferanten auditieren – Werk besuchen, Sortier- und Waschprozess prüfen
• Zertifikate verlangen – Herkunftsdokumentation, Spezifikationen, Contact-Safe-Zertifikate
• Jede Charge testen – MFI, DSC, mechanische Tests vor Produktionsstart
• Temperatur senken – 10-20°C unter Empfehlungen für Neumaterial
• In Spezialschnecken investieren – ROI in 6-12 Monaten durch verlängerte Lebensdauer
• In-Cavity-Sensoren verwenden – einzige Möglichkeit zur Prozessstabilisierung bei variablem MFI
• System regelmäßig reinigen – Purging Compounds alle 24-48h PCR-Arbeit
• Alles dokumentieren – PPWR erfordert vollständige Rückverfolgbarkeit der Rezyklatquellen

ZU VERMEIDENDE FEHLER:

• Keine verschiedenen PCR-Chargen mischen – selbst vom selben Lieferanten können unterschiedliche MFI haben
• Keine Standardschnecke verwenden – verschleißt in 1-3 Monaten bei PCR mit Mikro-Metall
• Material nicht überhitzen – jede +10°C bedeutet zusätzliche Degradation
• Drehmomentanstieg nicht ignorieren – signalisiert Verstopfung oder Verunreinigungszunahme
• Nicht an Filtern sparen – billiges 40-Mesh-Sieb lässt Verunreinigungen >400 µm durch
• Keine konstanten Parameter annehmen – jede PCR-Charge erfordert Korrektur

Zusammenfassung

Die Verarbeitung von PCR- und PIR-Rezyklaten ist angesichts der PPWR 2030-Anforderungen zu einer geschäftlichen Notwendigkeit geworden. Hersteller von Spritzgussteilen müssen ihre Prozesse auf die Arbeit mit Materialien variabler Qualität vorbereiten, die spezielle Maschinenkonfigurationen und präzise Parametrisierung erfordern.

Wichtigste Erkenntnisse aus dem Leitfaden:

• PPWR 2030 erzwingt 10-35% PCR in Verpackungen ab 2030, 25-65% ab 2040
• MFI-Variabilität 30-70 in einer PCR-Charge – größte technische Herausforderung
• Verunreinigungen bis 20x höher als bei Neumaterial – Filtration erforderlich
• Spezialschnecken verlängern Lebensdauer um das 5-10-fache – HVOF-Beschichtungen, PC-700-Stahl
• Temperaturreduzierung um 10-20°C minimiert thermische Degradation
• AVA- und In-Cavity-Sensor-Systeme stabilisieren Prozess bei variablem Material
• Fallstudie zeigt 99,7% Qualität bei 50% PCR in Premium-Kosmetikverpackung
• Materialkosten 15% niedriger vs. Neumaterialproduktion

Tederic-Spritzgießmaschinen sind dank flexibler Konfiguration, präziser Steuerung und der Möglichkeit zur Montage spezialisierter Schnecken und Filtrationssysteme für die Herausforderungen der Rezyklatproduktion vorbereitet. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der bewussten Wahl der Maschinenkonfiguration, Optimierung der Prozessparameter und strikter Kontrolle der Eingangsmaterialqualität.

Der Übergang zu Rezyklaten ist nicht nur eine regulatorische Anforderung, sondern auch eine Chance zur Reduzierung der Materialkosten und Verbesserung des ökologischen Firmenimages. Bei richtigem technischen Ansatz kann die Qualität von Teilen aus PCR/PIR die Qualität von Neumaterialprodukten erreichen.

Wenn Sie die Einführung der Produktion mit PCR- oder PIR-Rezyklaten planen und technische Unterstützung benötigen, kontaktieren Sie die TEDESolutions-Experten. Als autorisierter Partner von Tederic bieten wir umfassende Beratung zur Maschinenkonfigurationswahl, Prozessoptimierung, Materialtests im Applikationszentrum und Schulungen für Produktionsteams.

Siehe auch unsere Artikel über nachhaltige Produktion, Tederic-Spritzgießmaschinen und Optimierung des Produktionszyklus.