Лиття з PCR і PIR рециклатів - налаштування Tederic 2025

Вступ

Переробка постспоживчих рециклатів (PCR) та промислових (PIR) на термопластавтоматах стала не лише питанням екологічної відповідальності, а й юридичною вимогою. З 11 лютого 2025 року діє Регламент ЄС про упаковку та відходи упаковки (PPWR), який вимагає використання рециклатів у пластикових упаковках – від 10-35% у 2030 році до 25-65% у 2040 році.

Для виробників литих деталей це означає необхідність адаптації виробничих процесів до роботи з матеріалами змінної якості, вищою абразивністю та непередбачуваними реологічними властивостями. Термопластавтомати Tederic, завдяки спеціальним конфігураціям шнека, точному контролю температури та тиску, а також системам фільтрації, готові до переробки рециклатів зі збереженням стабільності процесу та якості деталей.

Регламент PPWR 2030: обов'язковий вміст рециклату

Регламент PPWR (Packaging and Packaging Waste Regulation) набув чинності 11 лютого 2025 року і вводить найбільш жорсткі в історії ЄС вимоги щодо рециклатів в упаковці.

Необхідний мінімум постспоживчого рециклату (PCR):

Від 2030 року:

• 10% PCR – в упаковках для контакту з харчами (пляшки PET, контейнери HDPE)
• 35% PCR – в інших пластикових упаковках (транспортні, технічні, косметичні упаковки)
• Винятки: упаковки для транспортування небезпечних товарів

Від 2040 року:

• 25% PCR – в упаковках для контакту з харчами
• 65% PCR – в інших пластикових упаковках

Поточний стан в Польщі та ЄС:

• Середня частка PCR у пластикових продуктах в ЄС: 7,2% (дані 2023)
• Рециклінг пластикових упаковок в Польщі: 43% (2022)
• Необхідне зростання рециклінгу на 12 процентних пунктів до 2030 року
• Індустрія преміум-упаковок декларує зростання до 20% PCR до 2025 року

Наслідки для виробників:

• Продукти, що не відповідають PPWR, не зможуть бути представлені на ринку ЄС
• Фінансові санкції за невідповідність
• Необхідна документація та сертифікація джерел рециклату
• Обов'язок звітності в рамках розширеної відповідальності виробника (EPR)

Технологічні виклики переробки PCR і PIR

Переробка рециклатів на термопластавтоматах пов'язана з низкою технічних викликів, відсутніх при роботі з первинним матеріалом.

1. Змінна в'язкість і MFI

Показник текучості розплаву (MFI – Melt Flow Index) рециклатів PCR може коливатися від 30 до 70 в межах однієї партії, тоді як первинний матеріал підтримує MFI в діапазоні ±5. Це означає:

• Непередбачуване заповнення форми – один і той же матеріал може заповнювати форму повільніше або швидше
• Змінний тиск лиття – необхідність постійної корекції параметрів
• Різниця між циклами – складність підтримки повторюваності

Механізм деградації:

• HDPE і LLDPE – зшивання полімерних ланцюгів збільшує в'язкість, спричиняє гелі та забруднення
• PP (поліпропілен) – окислювальна деградація викликає розпад ланцюгів, зменшує в'язкість

2. Забруднення та неоднорідності

Постспоживчі рециклати мають рівень забруднення до 20 разів вищий за первинні матеріали:

• Мікроскопічні металеві частки – з оптичних сепараторів, сит
• Фрагменти паперу, картону – залишки етикеток
• Діоксид кремнію і пил – з процесів подрібнення та миття
• Полімерні сторонні домішки – суміші різних пластиків
• Вуглець і нагар – з попередніх циклів переробки

Наслідки: плями, знебарвлення, ризик пошкодження форм, знижена механічна міцність.

3. Термічна деградація

Кожен цикл переробки (гранулювання → екструзія → лиття) скорочує полімерні ланцюги:

• Знижена міцність на розтяг – навіть на 15-25%
• Менша ударна в'язкість – тест Izod показує падіння 20-40%
• Підвищена крихкість – особливо при низьких температурах

4. Мінливість кольору

PCR має непередбачуваний базовий відтінок (жовтуватий, сірий, коричневий), що ускладнює отримання консистентного кольору, особливо в світлих відтінках.

Налаштування термопластавтоматів Tederic для роботи з рециклатами

Термопластавтомати Tederic можуть бути обладнані спеціальними конфігураціями, що оптимізують переробку PCR і PIR зі збереженням якості та стабільності процесу.

Спеціальні шнеки для рециклатів

Шнек для абразивних матеріалів відрізняється від стандартного конструкцією та матеріалом:

Конструктивні характеристики:

• Шнек з бар'єром – окрема зона розділяє тверду фазу від рідкої фази, покращуючи гомогенізацію
• Додаткові змішувальні елементи – секція дисперсного змішування (Maddock) або rhomboid mixing section
• Збільшене співвідношення L/D – 22:1 або 24:1 замість стандартних 20:1 для кращого змішування
• Модифікована геометрія входів – запобігає блокуванню нерівномірними гранулами

Матеріали стійкі до зносу:

• PC-100 (нікель-борний сплав) – твердість Rockwell C 60-65, для середньоабразивних матеріалів
• PC-700 (біметалічний карбід вольфраму) – твердість Rockwell C70, >80% карбідів вольфраму
• Покриття HVOF (карбід вольфраму) – наносяться на витки шнека, подовжують термін служби в 5-10 разів

Правильний вибір шнека може подовжити термін служби з днів до місяців при сильно абразивних матеріалах.

Циліндр і системи фільтрації

Біметалічний циліндр з внутрішнім шаром стійким до зносу (аналогічні матеріали як шнек) необхідний при довгостроковій роботі з PCR.

Системи фільтрації в термопластавтоматах Tederic:

• Подвійне відведення повітря – видаляє вологу та летючі забруднення
• Фільтрувальні блоки з подвійним поршнем – безперервна фільтрація без зупинки виробництва
• Фільтрувальні сітки 80-120 mesh – затримують частки >125-180 µm
• Заміна фільтрів кожні 2-8год – залежно від рівня забруднення

Точний контроль температури

Tederic пропонує вдосконалені зони нагріву з точністю ±1°C, що є ключовим для рециклатів:

• Температурний профіль в 5-8 зонах – точний контроль плавлення
• Нижча температура пластифікації – на 10-20°C нижче ніж для первинного матеріалу (мінімізація деградації)
• Охолодження зони подачі – запобігає передчасному плавленню та блокуванню

Приклад температурного профілю для PP PCR (проти первинного матеріалу):

• Зона 1 (подача): 40°C (проти 50°C)
• Зона 2-3 (стиснення): 180-190°C (проти 200°C)
• Зона 4-5 (дозування): 200-210°C (проти 220°C)
• Сопло: 205°C (проти 220°C)

Системи гарячих каналів

Для PCR/PIR особливо важливі гарячі канали з легким доступом до очищення:

• Сопла зі змінними вкладками – швидка заміна при блокуванні
• Системи easy-clean – можливість очищення без демонтажу форми
• Датчики тиску в соплах – виявлення блокувань у реальному часі

Параметризація процесу лиття з рециклатами

Параметри лиття для PCR і PIR вимагають оптимізації відносно первинного матеріалу.

Температура і тиск

Знижена температура переробки (10-20°C):

• Мінімізує подальшу деградацію полімерних ланцюгів
• Зменшує утворення нагару та виділення газів
• Вимагає подовження часу циклу на 5-15%

Вищий тиск лиття (10-25%):

• Компенсує знижену текучість деградованого матеріалу
• Забезпечує повне заповнення форми при змінному MFI
• Вимагає моніторингу тиску в порожнині (датчики in-cavity)

Час і фази процесу

Коригування часу для PCR/PIR:

• Час лиття: +10-20% (повільніше заповнення зменшує зсувні напруження)
• Час витримки: +15-25% (компенсація непередбачуваної усадки)
• Час охолодження: +5-10% (неоднорідна кристалізація вимагає довшого часу)

Автоматична компенсація мінливості

Вдосконалені контролери Tederic пропонують функції компенсації мінливості матеріалу:

• Auto Viscosity Adjust (AVA) – автоматичне налаштування тиску до поточного MFI
• In-cavity pressure control – замкнутий цикл керування на основі датчиків у порожнині
• Adaptive injection – профілі тиску та швидкості, що налаштовуються в реальному часі

Ці системи можуть зменшити брак на 30-50% при роботі з партіями PCR зі змінним MFI.

Контроль якості при переробці рециклатів

Стабільна якість деталей з рециклатів вимагає інтенсифікованого контролю на кожному етапі.

Контроль вхідного матеріалу

Тести перед запуском виробництва:

1. MFI (Melt Flow Index) – показник текучості:

• Тест: 190°C / 2,16 kg (PP) або 190°C / 21,6 kg (HDPE)
• Допустиме відхилення: ±15% від заявленого значення
• Частота: кожна нова партія

2. DSC (диференціальна скануюча калориметрія):

• Температура плавлення, кристалічність, наявність полімерних забруднень
• Виявлення сумішей різних пластиків (PP + PE + PS)
• Частота: при змінних постачальниках

3. Випробування на міцність:

• Тест Izod (ударна в'язкість) – мін. 80% від значення первинного матеріалу
• Міцність на розтяг – мін. 85% від первинного значення
• Модуль пружності – відхилення макс. 10%

Моніторинг процесу

Параметри для моніторингу в реальному часі:

• Тиск лиття – відхилення >10% = сигнал до корекції
• Температура розплаву – вимірювання пірометром у соплі
• Крутний момент шнека – виявляє зростання в'язкості/блокування
• Час циклу – зростання >5% = можливі проблеми з матеріалом
• Питома енергія – кВт·год/кг деталі (зростання = деградація процесу)

Контроль готових деталей

100% візуальний або автоматичний контроль:

• Системи технічного зору – виявлення плям, знебарвлення, забруднень
• Розмірний контроль – підвищена частота (кожні 50 деталей замість кожних 200)
• Функціональні тести – герметичність, міцність збірки

Кейс: косметична упаковка з 50% PCR

Профіль проекту:

• Клієнт: Виробник преміум косметичних упаковок (Польща)
• Деталь: Циліндричний контейнер 100 мл, стінка 2,5 мм
• Матеріал: PP PCR 50% + PP первинний 50%, вимоги: прозорість, хімічна стійкість
• Обладнання: Tederic DE550 (електричний термопластавтомат, зусилля змикання 550 кН)
• Форма: 8-гніздна, гарячі канали з соплами game-changers

Виклики:

• MFI рециклату коливався 28-55 між партіями
• Клієнт вимагав консистентного кольору (молочний відтінок)
• Герметичність контейнера >99,5% (тест тиском 2 bar)
• Сертифікація contact-safe для косметики

Технічне рішення:

1. Налаштування обладнання:

• Біметалічний шнек 22:1 L/D з секцією змішування Maddock
• Покриття HVOF на витках шнека (твердість RC70)
• Система подвійної фільтрації 100 mesh
• Датчики тиску в 4 гніздах (50% моніторинг)

2. Параметри процесу (оптимізовані):

• Температура: 190-205°C (проти 210°C для первинного PP)
• Тиск лиття: 850-950 bar (проти 700 bar для первинного)
• Швидкість лиття: 45 мм/с (знижена з 60 мм/с)
• Час витримки: 18 с (проти 12 с для первинного)
• Час циклу: 38 с

3. Контроль якості:

• Тест MFI кожні 4год (при кожній зміні мішка матеріалу)
• Система технічного зору 100% контроль знебарвлення
• Тест герметичності co-injected зразків (1 на 500 шт.)

Результати після 6 місяців виробництва:

• Стабільність процесу: <2% браку (проти 8% у тестовій фазі)
• Герметичність: 99,7% деталей пройшли тест тиском
• Консистентність кольору: ΔE <1,5 (прийнятно для клієнта)
• Економія CO₂: 1,2 тонни/місяць проти виробництва з первинного матеріалу
• Витрати на матеріал: 15% нижчі (PCR дешевший на 30% ніж первинний PP)
• Термін служби шнека: Без вимірного зносу після 6 місяців (2,5 млн циклів)

Ключові фактори успіху:

• Тісна співпраця з постачальником рециклату (контроль якості у джерела)
• Adaptive pressure control (AVA) компенсуючий мінливість MFI
• Регулярна заміна фільтрів (кожні 6год)
• Навчання операторів щодо специфіки PCR

Найкращі практики переробки PCR і PIR

РЕКОМЕНДАЦІЇ:

• Проводьте аудит постачальників рециклату – відвідайте завод, перевірте процес сортування та миття
• Вимагайте сертифікати – документація походження, специфікації, сертифікати contact-safe
• Тестуйте кожну партію – MFI, DSC, механічні тести перед запуском виробництва
• Знижуйте температуру – 10-20°C нижче рекомендацій для первинного матеріалу
• Інвестуйте в спеціальні шнеки – окупність за 6-12 місяців через подовжений термін служби
• Використовуйте датчики in-cavity – єдиний спосіб стабілізації процесу при змінному MFI
• Регулярно очищайте систему – purging compounds кожні 24-48год роботи з PCR
• Документуйте все – PPWR вимагає повної простежуваності джерел рециклату

ПОМИЛКИ, ЯКИХ СЛІД УНИКАТИ:

• Не змішуйте різні партії PCR – навіть від одного постачальника можуть мати різний MFI
• Не використовуйте стандартний шнек – зноситься за 1-3 місяці при PCR з мікро-металом
• Не перегрівайте матеріал – кожні +10°C означають додаткову деградацію
• Не ігноруйте зростання крутного моменту – сигналізує блокування або зростання забруднень
• Не економте на фільтрах – дешева сітка 40 mesh пропускає забруднення >400 µm
• Не припускайте сталих параметрів – кожна партія PCR вимагає корекції

Підсумок

Переробка PCR і PIR рециклатів стала бізнес-необхідністю в світлі вимог PPWR 2030. Виробники литих деталей повинні підготувати свої процеси до роботи з матеріалами змінної якості, що вимагають спеціальних конфігурацій обладнання та точної параметризації.

Ключові висновки з посібника:

• PPWR 2030 вимагає 10-35% PCR в упаковках від 2030 року, 25-65% від 2040
• Мінливість MFI 30-70 в одній партії PCR – найбільший технічний виклик
• Забруднення до 20 разів вищі ніж у первинного матеріалу – необхідна фільтрація
• Спеціальні шнеки подовжують термін служби в 5-10 разів – покриття HVOF, сталь PC-700
• Знижена температура на 10-20°C мінімізує термічну деградацію
• Системи AVA та датчики in-cavity стабілізують процес при змінному матеріалі
• Кейс показує 99,7% якості при 50% PCR в преміум косметичній упаковці
• Витрати на матеріал на 15% нижчі проти виробництва з первинного матеріалу

Термопластавтомати Tederic, завдяки гнучкій конфігурації, точному контролю та можливості монтажу спеціалізованих шнеків і систем фільтрації, готові до викликів виробництва з рециклатами. Ключем до успіху є свідомий вибір конфігурації обладнання, оптимізація параметрів процесу та суворий контроль якості вхідного матеріалу.

Перехід на рециклати – це не лише регуляторна вимога, а й можливість зниження витрат на матеріали та покращення екологічного іміджу компанії. При правильному технічному підході якість деталей з PCR/PIR може дорівнювати продуктам з первинного матеріалу.

Якщо ви плануєте впровадження виробництва з PCR або PIR рециклатами і потребуєте технічної підтримки, зв'яжіться з експертами TEDESolutions. Як авторизований партнер Tederic, ми пропонуємо комплексне консультування щодо вибору конфігурації обладнання, оптимізації процесів, матеріальні тести в центрі застосувань та навчання для виробничих команд.

Дивіться також наші статті про стійке виробництво, термопластавтомати Tederic та оптимізацію виробничого циклу.