PCR和PIR再生料注塑成型 - Tederic配置2025

引言

在注塑机上加工消费后再生料(PCR)和工业再生料(PIR)不仅是环境责任问题,而且已成为法律要求。自2025年2月11日起,欧盟包装和包装废弃物法规(PPWR)生效,强制要求在塑料包装中使用再生料——从2030年的10-35%到2040年的25-65%。

对于注塑零件制造商来说,这意味着需要调整生产流程,以适应质量可变、磨损性更高和流变特性不可预测的材料。Tederic注塑机凭借特殊的螺杆配置、精确的温度和压力控制以及过滤系统,已准备好在保持工艺稳定性和零件质量的同时加工再生料。

PPWR 2030法规:强制再生料含量

PPWR(包装和包装废弃物法规)于2025年2月11日生效,引入了欧盟历史上关于包装中再生料最严格的要求。

消费后再生料(PCR)的最低要求:

从2030年起:

• 10% PCR – 食品接触包装(PET瓶、HDPE容器)
• 35% PCR – 其他塑料包装(运输、技术、化妆品包装)
• 例外:危险品运输包装

从2040年起:

• 25% PCR – 食品接触包装
• 65% PCR – 其他塑料包装

波兰和欧盟的现状:

• 欧盟塑料产品中PCR的平均份额:7.2%(2023年数据)
• 波兰塑料包装回收率:43%(2022年)
• 到2030年需要提高12个百分点的回收率
• 高端包装行业宣布到2025年增至20% PCR

对制造商的影响:

• 不符合PPWR的产品将不能在欧盟市场销售
• 不合规的经济处罚
• 需要再生料来源的文档和认证
• 生产者延伸责任(EPR)框架下的报告义务

PCR和PIR加工的技术挑战

在注塑机上加工再生料涉及一系列在使用原料时不存在的技术挑战。

1. 可变粘度和MFI

PCR再生料的熔融指数(MFI – Melt Flow Index)在单批次内可能在30到70之间波动,而原料将MFI保持在±5范围内。这意味着:

• 不可预测的模具填充 – 相同材料可能填充模具更慢或更快
• 可变注射压力 – 需要持续修正参数
• 周期之间的差异 – 难以保持重复性

降解机制:

• HDPE和LLDPE – 聚合物链交联增加粘度,导致凝胶和杂质
• PP(聚丙烯) – 氧化降解导致链断裂,降低粘度

2. 污染物和不均匀性

消费后再生料的污染水平比原料高出20倍:

• 微观金属颗粒 – 来自光学分选机、筛选机
• 纸、纸板碎片 – 标签残留物
• 二氧化硅和粉尘 – 来自研磨和清洗过程
• 聚合物异物 – 不同塑料的混合物
• 碳和焦炭 – 来自先前的加工循环

后果:斑点、变色、模具损坏风险,机械强度降低。

3. 热降解

每个加工循环(造粒→挤出→注射)都会缩短聚合物链:

• 拉伸强度降低 – 甚至达15-25%
• 冲击强度降低 – Izod测试显示下降20-40%
• 脆性增加 – 特别是在低温下

4. 颜色可变性

PCR具有不可预测的基础色调(黄色、灰色、棕色),这使得难以获得一致的颜色,特别是在浅色调中。

用于再生料加工的Tederic注塑机配置

Tederic注塑机可配备特殊配置,在保持质量和工艺稳定性的同时优化PCR和PIR加工。

用于再生料的特殊螺杆

用于磨损材料的螺杆在结构和材料上与标准螺杆不同:

设计特点:

• 屏障螺杆 – 单独的区域将固相与液相分离,改善均质化
• 额外的混合元件 – 分散混合部分(Maddock)或菱形混合部分
• 增加的L/D比率 – 22:1或24:1而不是标准的20:1以获得更好的混合
• 改进的进料几何形状 – 防止不规则颗粒堵塞

耐磨材料:

• PC-100(镍硼合金) – 洛氏硬度C 60-65,用于中等磨损材料
• PC-700(双金属碳化钨) – 洛氏硬度C70,>80%碳化钨
• HVOF涂层(碳化钨) – 应用于螺纹,将使用寿命延长5-10倍

正确选择螺杆可以将使用寿命从几天延长到几个月,适用于高磨损材料。

料筒和过滤系统

在长期PCR加工中需要带有耐磨内层的双金属料筒(与螺杆类似的材料)。

Tederic注塑机中的过滤系统:

• 双重排气 – 去除水分和挥发性污染物
• 双活塞过滤单元 – 连续过滤而不停止生产
• 80-120目过滤网 – 捕获>125-180µm的颗粒
• 每2-8小时更换过滤器 – 取决于污染水平

精确温度控制

Tederic提供精度为±1°C的先进加热区,这对再生料至关重要:

• 5-8区温度曲线 – 精确熔化控制
• 较低的塑化温度 – 比原料低10-20°C(最大限度减少降解)
• 进料区冷却 – 防止过早熔化和堵塞

PP PCR的示例温度曲线(与原料相比):

• 区1(进料):40°C(与50°C相比)
• 区2-3(压缩):180-190°C(与200°C相比)
• 区4-5(计量):200-210°C(与220°C相比)
• 喷嘴:205°C(与220°C相比)

热流道系统

对于PCR/PIR,特别重要的是易于清洁的热流道:

• 带可更换插件的喷嘴 – 堵塞时快速更换
• 易清洁系统 – 无需拆卸模具即可清洁
• 喷嘴中的压力传感器 – 实时检测堵塞

使用再生料的注射工艺参数化

PCR和PIR的注射参数需要相对于原料进行优化。

温度和压力

降低加工温度(10-20°C):

• 最大限度减少聚合物链的进一步降解
• 减少焦炭形成和放气
• 需要延长周期时间5-15%

较高的注射压力(10-25%):

• 补偿降解材料的流动性降低
• 确保在MFI可变的情况下完全填充模具
• 需要腔压监测(腔内压力传感器)

时间和工艺阶段

PCR/PIR的时间调整:

• 注射时间:+10-20%(较慢填充减少剪切应力)
• 保压时间:+15-25%(补偿不可预测的收缩)
• 冷却时间:+5-10%(不均匀结晶需要更长时间)

自动变化补偿

先进的Tederic控制器提供材料变化补偿功能:

• 自动粘度调节(AVA) – 根据当前MFI自动调整压力
• 腔内压力控制 – 基于腔内传感器的闭环控制
• 自适应注射 – 实时调整的压力和速度曲线

这些系统在处理MFI可变的PCR批次时可以将废品减少30-50%。

再生料加工中的质量控制

来自再生料的零件的稳定质量需要在每个阶段进行强化控制。

输入材料控制

生产启动前的测试:

1. MFI(熔融指数) – 流动指数:

• 测试:190°C / 2.16 kg(PP)或190°C / 21.6 kg(HDPE)
• 可接受偏差:与申报值±15%
• 频率:每批新料

2. DSC(差示扫描量热法):

• 熔化温度、结晶度、聚合物杂质的存在
• 检测不同塑料的混合物(PP + PE + PS)
• 频率:在供应商变更时

3. 强度测试:

• Izod测试(冲击强度) – 最低为原料值的80%
• 拉伸强度 – 最低为原始值的85%
• 弹性模量 – 偏差最大10%

工艺监控

实时监控参数:

• 注射压力 – 偏差>10% = 修正信号
• 熔体温度 – 喷嘴中的高温计测量
• 螺杆扭矩 – 检测粘度增加/堵塞
• 周期时间 – 增加>5% = 可能的材料问题
• 单位能耗 – kWh/kg零件(增加 = 工艺降解)

成品零件控制

100%视觉或自动控制:

• 视觉系统 – 检测斑点、变色、污染物
• 尺寸控制 – 增加频率(每50个零件而不是每200个)
• 功能测试 – 密封性、装配强度

案例研究:含50% PCR的化妆品包装

项目概况:

• 客户:高端化妆品包装制造商(波兰)
• 零件:100毫升圆柱形容器,壁厚2.5毫米
• 材料:PP PCR 50% + PP原料50%,要求:透明度、化学抗性
• 设备:Tederic DE550(电动注塑机,锁模力550 kN)
• 模具:8腔,带game-changers喷嘴的热流道

挑战:

• 再生料MFI在批次间波动28-55
• 客户要求颜色一致(乳白色调)
• 容器密封性>99.5%(2 bar压力测试)
• 化妆品接触安全认证

技术解决方案:

1. 设备配置:

• 带Maddock混合部分的22:1 L/D双金属螺杆
• 螺纹上的HVOF涂层(硬度RC70)
• 100目双过滤系统
• 4个腔中的压力传感器(50%监控)

2. 工艺参数(优化后):

• 温度:190-205°C(与原料PP的210°C相比)
• 注射压力:850-950 bar(与原料的700 bar相比)
• 注射速度:45 mm/s(从60 mm/s降低)
• 保压时间:18 s(与原料的12 s相比)
• 周期时间:38 s

3. 质量控制:

• 每4小时进行MFI测试(每次更换材料袋时)
• 视觉系统100%变色控制
• 共注样品的密封性测试(500件中1件)

6个月生产后的结果:

• 工艺稳定性:<2%废品(与测试阶段的8%相比)
• 密封性:99.7%的零件通过压力测试
• 颜色一致性:ΔE <1.5(客户可接受)
• CO₂节约:与原料生产相比每月节约1.2吨
• 材料成本:降低15%(PCR比原料PP便宜30%)
• 螺杆使用寿命:6个月后无可测量磨损(250万次循环)

成功的关键因素:

• 与再生料供应商密切合作(源头质量控制)
• 自适应压力控制(AVA)补偿MFI变化
• 定期更换过滤器(每6小时)
• 关于PCR特性的操作员培训

PCR和PIR加工的最佳实践

建议:

• 审核再生料供应商 – 访问工厂,检查分类和清洗过程
• 要求证书 – 来源文档、规格、接触安全证书
• 测试每批料 – 生产启动前进行MFI、DSC、机械测试
• 降低温度 – 比原料建议低10-20°C
• 投资特殊螺杆 – 通过延长使用寿命在6-12个月内收回投资
• 使用腔内传感器 – 稳定MFI可变工艺的唯一方法
• 定期清洁系统 – 每24-48小时PCR工作时使用清洗化合物
• 记录一切 – PPWR要求再生料来源的完全可追溯性

要避免的错误:

• 不要混合不同的PCR批次 – 即使来自同一供应商也可能有不同的MFI
• 不要使用标准螺杆 – 在含有微金属的PCR中1-3个月内就会磨损
• 不要过热材料 – 每+10°C意味着额外的降解
• 不要忽视扭矩增加 – 表示堵塞或污染增加
• 不要在过滤器上节省 – 便宜的40目网让>400µm的污染物通过
• 不要假设恒定参数 – 每批PCR都需要校正

总结

PCR和PIR再生料的加工在PPWR 2030要求下已成为商业必需。注塑零件制造商必须准备好其工艺以处理质量可变的材料,这需要特殊的设备配置和精确的参数化。

指南的关键要点:

• PPWR 2030要求从2030年起包装中含10-35% PCR,从2040年起含25-65%
• 单批PCR中的MFI变化30-70 – 最大的技术挑战
• 污染比原料高20倍 – 需要过滤
• 特殊螺杆将使用寿命延长5-10倍 – HVOF涂层、PC-700钢
• 降低温度10-20°C最大限度减少热降解
• AVA和腔内传感器系统在材料可变时稳定工艺
• 案例研究显示高端化妆品包装中50% PCR时质量达99.7%
• 材料成本比原料生产低15%

Tederic注塑机凭借灵活的配置、精确的控制以及安装专用螺杆和过滤系统的能力,已准备好应对再生料生产的挑战。成功的关键是有意识地选择设备配置、优化工艺参数和严格控制输入材料质量。

转向再生料不仅是监管要求,也是降低材料成本和改善公司生态形象的机会。采用正确的技术方法,PCR/PIR零件的质量可以达到原料产品的水平。

如果您计划实施PCR或PIR再生料生产并需要技术支持,请联系TEDESolutions专家。作为Tederic的授权合作伙伴,我们提供设备配置选择、工艺优化、应用中心材料测试以及生产团队培训方面的全面咨询。

另请参阅我们关于可持续生产、Tederic注塑机和生产周期优化的文章。