31. března 2021 18:39

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Inovativní technologie pro oběhové hospodářství

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1-2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů ENGEL různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Procesní technologie pro výrobu vícevrstvých a vícesložkových výrobků, jako je nový proces skinmelt od společnosti ENGEL, umožňují stále více využívat zpracovaný plastový odpad i pro plastové díly, u kterých jsou kladeny obzvláště vysoké nároky na kvalitu povrchu, ochranu výrobků nebo bezpečnost spotřebitelů. Klíč: recyklát se nachází uvnitř výrobku, zatímco povrch je vyroben z nepoužitého materiálu. Na rozdíl od předchozích metod výroby takovýchto sendvičových výrobků dosahuje skinmelt vysoký podíl recyklátu i při složitém tvaru výrobku. Například první přepravní boxy vyrobené metodou skinmelt již mají podíl recyklátu kolem 50 procent. U obou zpracovávaných materiálů – recyklátu a nepoužitého materiálu – se jedná o polypropylen. Druhová čistota zajišťuje, že i sendvičové výrobky mohou být na konci své životnosti snadno recyklovány.

Vstřikovací stroj s malým půdorysem

Na rozdíl od klasického procesu coinjection se u metody skinmelt obě taveniny postupně vrství ještě před vstřikováním v hlavním vstřikovacím válci. Jako první se do dutiny formy dostává povrchový nepoužitý materiál. Ten je vytlačován následně přicházejícím recyklovaným PP a tlačen na stěny dutiny formy, zatímco se jádro plní recyklátem. Dosažitelný obsah recyklátu je v podstatě dán geometrií tvarového dílu a způsobem plnění dutiny formy. Významnou roli přitom hraje zvolená poloha uzávěru a poměr viskozit materiálu povrchu a jádra.

Pro zajištění stability a rozměrové přesnosti výrobku i při vysokém obsahu recyklátu je nutná velmi dobrá reprodukovatelnost procesu zpracování. Společnost ENGEL vyvinula obzvláště kompaktní výrobní řešení založené na dvoudeskovém vstřikovacím stroji duo. U typu duo 3660H/1560W/450 combi, který byl speciálně navržen pro výrobu přepravních boxů, se druhá plastifikační jednotka pro vrchní materiál nachází v ostrém úhlu nad horizontální vstřikovací jednotkou, ve které se recyklát taví. Toto provedení je obzvláště prostorově úsporné. Dalším jedinečným znakem řešení ENGEL je přehledná vizualizace a animace celého procesu v řízení CC300 vstřikovacího stroje. Směšovací poměr se velmi snadno upravuje, aby se optimalizoval obsah recyklátu.

Úspěšné absolvování testů stability

Pro potvrzení vhodnosti použití byly boxy skinmelt podrobeny tlakovým testům při stohování. Aby bylo možné vyhodnotit výsledky měření, byly pro srovnání testovány tvarově identické přepravní boxy bez sendvičové konstrukce, které byly vyrobeny jednak výhradně z nového materiálu a na druhé straně ze zcela recyklovaného materiálu.

Zajímavé je, že boxy vyrobené výhradně z recyklátu, dosahovaly s velkým odstupem nejvyšších hodnot síly a komprese. Ukázalo se však, že při používání recyklovaného plastového odpadu je třeba počítat s velkým rozptylem vlastností. Boxy skinmelt se sendvičovou strukturou vykazují ve srovnání s boxy vyrobenými výhradně z recyklovaného materiálu mírnou tendenci k většímu rozptylu, ale jejich stabilita je téměř totožná se stabilitou boxů vyrobených výhradně z nového materiálu. Důvodem je s vysokou pravděpodobností poměrně nízký obsah recyklátu v žebrech výztuže, které poskytují stabilitu. Představují konec dráhy toku, a proto jsou převážně vyplněny povrchovým materiálem. Naopak to znamená, že méně výkonný a odpovídajícím způsobem levnější recyklát lze také použít jako základní složku jádra pro výrobu testovaných stohovacích boxů, alespoň pokud jde o stohovatelnost.

Pro aplikace s obzvláště složitými zátěžovými profily je důležitá týmová práce ve vývojových konsorciích, podobně jako výběr a koordinace povrchové a jádrové složky. Díky individuální modifikovatelnosti povrchového materiálu je možné použít metodu sendvičového vstřikování skinmelt i v potravinářském odvětví.

Různě upravené regranuláty v zátěžovém testu

Aby bylo možné fundovaněji posoudit potenciál inteligentních asistenčních systémů pro oběhové hospodářství, společnost ENGEL spolu s odborníkem na recyklaci, společností EREMA, zkoumaly podrobněji účinnost iQ weight control při zpracování recyklovaného polypropylenu. Výchozím materiálem pro recykláty byly geotextilie, které byly používány jako netkané materiály na staveništích, a které díky tomu vykazovaly silné znečištění. Textilie byly vyčištěny, upraveny a regranulovány.

Pro simulaci reálných podmínek a provádění změny šarže byly použity čtyři různé kombinace recyklačních technologií a parametrů zpracování. Výsledné regranuláty měly různý index toku taveniny (MFI, angl. Melt Flow Index) a vykazovaly při zpracování příslušně rozdílné vlastnosti.

Mimo jiné byly stupňovité schodové desky vyrobeny ze dvou různých recyklátů. Tloušťka stěny se pohybovala od 0,5 mm do 3 mm, přičemž nejtenčí oblasti se nacházely na konci dráhy toku. Jeden z materiálů byl určen jako referenční. Při změně referenčního materiálu na jiný recyklát se ukázalo, že bez inteligentní regulace procesu značně klesá hmotnost vstřiku a dutina formy již není kompletně vyplněna. Při aktivování iQ weight control se hmotnost vstřiku zvýšila do oblasti hodnot dosažených s referenčním materiálem a průběžně byly vyráběny dobré díly.

Tento výsledek byl podpořen analýzou zaznamenaných průběhů tlaků uvnitř formy. Ukázalo se, že přizpůsobení bodu přepnutí a velikosti dotlaku vede k přibližně stejnému průběhu tlaků uvnitř formy pro referenční i srovnávaný materiál.

iQ weight control v praktickém testu

Inteligentní asistenční systém ENGEL iQ weight control se již používá při výrobě boxů a kontejnerů ze zpracovaného odpadu z vysloužilých výrobků. Výzvou v praxi je silné kolísání vlastností recyklátu. Jak druh a velikost znečištění odpadních plastů, tak proces čištění, zpracování a regranulace odpadu má nepřímý nebo přímý vliv. Kromě toho většina výrobců odebírá suroviny od více dodavatelů z různých regionů, což může také vést k regionálním i sezónním rozdílům ve složení.

Ve srovnání s novým materiálem je třeba počítat při použití recyklátů z vysloužilých výrobků se silnějšími výkyvy viskozity plastové taveniny. Pomocí iQ weight control jsou detekovány i závažné odchylky suroviny. Profil vstřikování, bod přepnutí a dotlak pro každý vstřik jsou samostatně přizpůsobeny aktuálním výrobním podmínkám. Tímto způsobem je dosahováno konstantního vstřikovaného množství a je zajištěna maximální produktivita.

Tím, že společnost ENGEL vyrábí vzorové díly ze 100% recyklovaného ABS (grafika), je zvládání této výzvy transparentní. Pro demonstraci se v krátkých intervalech střídají materiálové šarže různého původu. Na displeji vstřikovacího stroje CC300 můžete sledovat, jak iQ weight control přizpůsobuje parametry zpracování měnící se viskozitě taveniny. Pomocí iQ weight control se vyrábějí dobré díly od prvního vstřiku po změně šarže. Pokud je iQ weight control deaktivováno, nejsou výrobky po změně materiálu již dokonale plněny. Teprve iQ weight control zajišťuje průběžně dobré díly.

Zvýšením stability procesů přispívají inteligentní asistenční systémy významně k rozvoji oběhového hospodářství pro plasty. Umožňují použití recyklátů i pro náročné aplikace, které dosud vyžadovaly nové zboží.

Autor

Günther Klammer, viceprezident pro plastifikační systémy a recyklaci, ENGEL AUSTRIA, Schwertberg, Rakousko, guenther.klammer@engel.at, www.engelglobal.com

Literatura

1. COM (2018) 28 final, A European Strategy for Plastics in a Circular Economy, Europäische Kommission, 16.01.2018, https://ec.europa.eu/environment/circular-economy/pdf/plastics-strategy-brochure.pdf
2. COM (2020) 98 final, A new Circular Economy Action Plan – For a cleaner and more competitive Europe, Europäische Kommission, 11.03.2020, https://ec.europa.eu/environment/circular-economy/pdf/new_circular_economy_action_plan.pdf

Technologie skinmelt skrývá recyklát pod povrchem z nového materiálu – například u přepravních boxů.

Proces skinmelt je přehledně vizualizován a animován v řízení CC300 vstřikovacího stroje. Tímto způsobem lze obzvláště snadno nastavit směšovací poměr pro optimalizaci obsahu recyklátu.

Série testů se vzorovými díly ukazuje velký potenciál inteligentní asistence při zpracování recyklátu. Bez iQ weight control není dutina formy po změně šarže již zcela vyplněna. Naproti tomu s iQ weight control jsou průběžně vyráběny dobré díly.

Zelená je více než jen barva: oběhové hospodářství předpokládá nejen závazek firem působících na trhu, ale především nové technologie pro zpracování recyklátů.

Obrázky: ENGEL

www.engelglobal.com