En el mundo actual, la sostenibilidad está pasando rápidamente de ser una ventaja de marketing a un requisito indispensable. Debido a estos cambios, los procesadores buscan cada vez más incluir plásticos reciclados posconsumo (PCR) en sus flujos de materiales. Mezclar un poco de plástico reciclado con resina virgen es sencillo. Sin embargo, procesar 100% PCR es más complejo, ya que afecta el rendimiento del husillo y el cilindro.
El material reciclado se comporta de manera diferente a la resina virgen. No solo se introduce variabilidad y contaminación en el proceso, sino que también se presenta un flujo de fusión inestable y una sensibilidad al corte inesperada. Para lograr un buen resultado con la PCR 100%, no solo es necesario ajustar el proceso, sino también comprender cómo interactúan el husillo y el cilindro con dicho material.
En este artículo se explicará cómo procesar la PCR 100% y cómo superar sus dificultades.
Aspectos a tener en cuenta al procesar la PCR 100%
La principal diferencia al procesar PCR es que no sabes qué vas a obtener.
El plástico reciclado proviene de innumerables fuentes, lo que significa que el material que se procesa puede tener pesos moleculares, contenidos de humedad y niveles de contaminación muy variables. Estas diferencias afectarán la fluidez del material al fundirse y su comportamiento bajo cizallamiento.
Dicha variabilidad genera un par de problemas clave.
1- Inestabilidad de fusión
El principal problema es la inestabilidad de la fusión. El PCR se degrada más rápido que la resina nueva, lo que genera una viscosidad inconsistente y propiedades de flujo deficientes. Otro desafío son los contaminantes. Con frecuencia, se encuentran restos de papel, partículas metálicas o polímero degradado mezclados con el material. Estos contaminantes pueden crear defectos superficiales en las piezas y dañar el equipo.
2- Sensibilidad a la humedad
También es importante tener en cuenta que la humedad es un factor crucial en el procesamiento del PCR 100%. La mayoría de los materiales reciclados son susceptibles a la absorción de humedad. Al fundirse el material, la humedad genera vapor y crea burbujas, huecos y defectos superficiales en las piezas. Puedes tener el mejor diseño de tornillo del mundo, pero si el material no se seca correctamente, el resultado será desastroso.
Abordar estos problemas es en parte un proceso, en parte... Diseño de tornillo y cañón. Analicemos algunos de los aspectos críticos a tener en cuenta al procesar la PCR 100%.
Por qué el diseño del tornillo y del cañón es más importante en PCR
La PCR 100% no se puede procesar con un tornillo de uso general. El índice de fluidez de la PCR puede variar debido a la contaminación, la degradación, etc. Un tornillo diseñado para estabilizar la fusión puede ser beneficioso para el procesamiento de la PCR.
Los tornillos de barrera pueden ayudar a mitigar la inestabilidad de la fusión gracias a su diseño, ya que obligan a separar el polímero sólido del fundido durante el procesamiento. Estos tornillos cuentan con una aleta de barrera que, en lugar de permitir que el material parcialmente fundido avance rápidamente hacia la siguiente sección del tornillo, lo dirige hacia dos canales distintos.
Para los materiales PCR, esta separación resulta fundamental. Los plásticos reciclados suelen contener partículas que se funden a diferentes velocidades. Al procesar materiales PCR, esto es importante porque los plásticos reciclados pueden tener partículas que se funden a velocidades distintas a las del resto del material.
Sin separar el material fundido de los sólidos, pueden producirse inestabilidad en el flujo, gránulos sin fundir y defectos en la superficie del material fundido. Las secciones de mezcla distributiva y dispersiva, como las mezcladoras Maddock o los elementos de mezcla en espiral, mejoran notablemente la mezcla de aditivos, colorantes y corrientes de material fundido para obtener un material fundido más uniforme, menos defectos visuales y un mejor rendimiento de la pieza.
El procesamiento de materiales para PCR requiere especial atención a la mezcla para controlar contaminantes, variaciones de color, fracciones de polímeros degradados, etc. Es importante tener en cuenta que el diseño del tornillo para PCR no debe someter el material a un esfuerzo excesivo de cizallamiento. Si bien la mezcla favorece la homogeneidad, también puede aumentar la degradación del polímero. Un tornillo de barrera con una ligera capacidad de mezcla sería ideal.
Función del diseño optimizado de tornillos
Un diseño de husillo adecuado puede marcar la diferencia entre un procesamiento estable y fluctuaciones constantes. El husillo puede ayudar a contrarrestar algunas de las inconsistencias del material que se observan durante la PCR. Un husillo bien configurado puede ayudar a fundir el material de manera más uniforme y a mezclarlo de forma más homogénea.
Cuando ejecute PCR, normalmente querrá un tornillo con algún tipo de sección de barrera o mezcla. Las secciones de barrera y mezcla ayudan a separar el material sólido del material fundido. Esto permite una fusión más completa antes de inyección/extrusión. Una mejor mezcla también mejora la dispersión del color y limita la cantidad de partículas sin fundir.
La relación de compresión se refiere a la compresión del material durante el proceso de fusión, presurización y transporte del tornillo. Compara la profundidad del canal en la sección de alimentación con la de la sección de dosificación. Muchos diseñadores de tornillos utilizan una alta relación de compresión para generar mayor cizallamiento e intentar forzar la fusión del 100% PCR.
El problema radica en que la mayor parte del material reciclado está degradado y es sensible al calor debido a su historial térmico. Las altas relaciones de compresión someten al material a una tensión de cizallamiento cada vez mayor a medida que avanza por el tornillo, generando más calor por cizallamiento. Este calor, a su vez, degrada aún más el polímero.
Una vez que comienza la degradación del material fundido, la situación suele empeorar. Visualmente, el material fundido se oscurecerá. La viscosidad disminuirá de forma incontrolable. Las propiedades mecánicas del producto final comenzarán a deteriorarse. Incluso pueden generarse gases y partículas quemadas, lo que se traduce en manchas negras y defectos superficiales.
Al utilizar un tornillo con una menor relación de compresión, se reduce la fuerza de cizallamiento aplicada al material. Esto permite una fusión más estable, ya que no se funde el material de forma agresiva mediante calor de cizallamiento, sino gradualmente.
Nuevamente, la mayoría de las aplicaciones de PCR funcionarán mejor con una relación de compresión más baja, en el rango de 2:1 a 2,5:1. Este rango puede variar según el polímero que se procese y la contaminación del material.
La relación de compresión es solo una variable que debe funcionar en armonía con la barrera, la mezcla y otras características del tornillo. Un tornillo bien diseñado fundirá, mezclará y transportará el material sin someterlo a una degradación térmica y mecánica excesiva. Trabajar con Deer Machine le ayudará a optimizar la geometría del tornillo para su material PCR específico.
Cómo ajustar los perfiles de temperatura para lograr estabilidad
Una de las partes más complicadas del procesamiento de la PCR es el control de la temperatura.
A diferencia de la resina virgen, el PCR no tolera altas temperaturas. Un calentamiento excesivo puede provocar la degradación del polímero, lo que resulta en decoloración, mal olor y disminución de la resistencia. Un calentamiento demasiado frío puede causar una fusión deficiente, lo que resulta en problemas de flujo y defectos en la superficie.
Lo ideal es aumentar gradualmente la temperatura a lo largo del cañón. También debe asegurarse de monitorear la temperatura real de fusión y no solo los puntos de ajuste. En algunos casos, trabajar con temperaturas más bajas con un mejor diseño de tornillo dará mejores resultados que hacerlo funcionar a mayor temperatura.
Instalar sistemas de filtración y controlar el contenido de humedad también será de gran ayuda al procesar PCR.
Control de la contaminación, filtración y cómo abordar la humedad y la preparación de materiales.
La filtración es otro factor crucial a considerar al realizar PCR. Cualquier contaminación, por mínima que sea, puede causar grandes problemas durante el procesamiento de la PCR 100%. Pequeñas cantidades de metal o papel pueden provocar defectos en los componentes y generar importantes dificultades a la hora de limpiar el material de la máquina.
Asegúrese de seleccionar el paquete de filtros o el filtro de fusión adecuados según el nivel de contaminación de su material. Además, es importante cambiar los filtros periódicamente. Un filtro de fusión obstruido puede provocar una acumulación importante de presión y problemas de flujo.
Control de la humedad del material
La humedad puede ser una causa importante de defectos al realizar PCR. Cualquier material reciclado puede absorber la humedad del aire, especialmente si se almacena en un bidón o almacén sin control de temperatura.
El material se secará antes de llegar a la tolva. Cada tipo de material requiere tiempos y temperaturas de secado diferentes. A menudo, se utilizan secadores deshumidificadores para lograr un nivel de humedad constante. Si bien se puede procesar PCR en el secador, cualquier rastro de humedad generará problemas en las etapas posteriores del proceso.
Otra opción es mezclar los lotes de PCR. Incluso si utilizas la técnica 100% PCR, mezclar el material puede contribuir a lograr propiedades más uniformes y a mantener un proceso más estable.
Ajustar parámetros de procesamiento
Al procesar PCR, reducir la velocidad del tornillo disminuye la cizalladura, lo que limita la degradación del material. También conviene disminuir la contrapresión, ya que una presión excesiva puede causar problemas de mezclado. Incluso podría ser necesario ajustar la presión de inyección/extrusión para compensar la viscosidad inconsistente del material fundido.
Al procesar la PCR, asegúrese de realizar ajustes graduales en los parámetros de procesamiento. La PCR es extremadamente sensible a los cambios, y pequeños ajustes pueden tener consecuencias importantes.
El papel de la calidad de los equipos en el procesamiento de PCR
El procesamiento del material 100% PCR puede ejercer una presión adicional sobre el husillo y el cilindro debido a los procesos mecánicos y químicos. Los rellenos, aditivos y contaminantes degradan el husillo y el cilindro más rápidamente que el procesamiento de material virgen.
Una de las primeras cosas que encontrará al procesar PCR es el desgaste abrasivo. Muchos rellenos, aditivos y contaminantes son muy abrasivos, incluyendo fibras de vidrio, rellenos minerales, tierra, arena y otros que se trituran durante el proceso de reciclaje. Los rellenos, aditivos y contaminantes del PCR se introducen en la masa fundida y, con el tiempo, se acumulan alrededor del husillo.
Estas partículas abrasivas se abren paso lentamente a través del husillo y el cilindro, desgastando el metal y provocando erosión por rebabas. Esta erosión reduce gradualmente la altura de las espiras del husillo y aumenta la holgura entre el husillo y el cilindro. A medida que el husillo se desgasta, la estabilidad del proceso se ve comprometida, lo que puede provocar reflujo de material fundido, material sin mezclar, fluctuaciones, etc.
Dependiendo del polímero o polímeros que procese, también puede encontrar desgaste corrosivo al procesar PCR. Los aditivos/materiales degradados que quedan de los productos reciclados pueden causar desgaste corrosivo. Como sabrá, ciertos materiales se corroen a altas temperaturas cuando entran en contacto con metales. El desgaste corrosivo puede causar picaduras y debilitar la superficie de ambos. tornillo y barril, causando daños a largo plazo.
El desgaste de las tolerancias reduce la estabilidad del proceso y la calidad del producto. Para minimizar el desgaste durante el procesamiento PCR, se deben utilizar materiales resistentes al desgaste. Estos materiales se presentan en diversas formas, como cilindros bimetálicos, aleaciones endurecidas para husillos y recubrimientos. Estos materiales ayudan a combatir las partículas abrasivas, manteniendo el husillo y el cilindro originales ajustados durante más tiempo.
El mantenimiento y la inspección regulares también son importantes al trabajar con materiales PCR. Busque signos comunes de desgaste y retire el husillo y el cilindro antes de que se hagan evidentes durante la producción. Verifique las presiones de fusión, controle la carga del motor, observe la consistencia de la fusión y observe la producción para detectar cualquier cambio gradual. Todo esto puede ayudar a identificar el desgaste antes de que se convierta en un problema grave.
Al trabajar con Deer Machine, disponemos de una variedad de opciones resistentes al desgaste y podemos ayudarle a diseñar aplicaciones que se ajusten a sus necesidades. Le ayudaremos a elegir la mejor aplicación según sus materiales y presupuesto, prolongando así la vida útil de sus husillos y cilindros.
Errores comunes que se deben evitar
Hay muchos factores que influyen en el procesamiento de la PCR, pero el mayor error que comete la gente es utilizar la resina 100% como si fuera resina virgen.
La gente intenta forzar el paso del material a través de la máquina aumentando la temperatura, lo que solo consigue degradar el material aún más rápido.
Otros descuidan el mantenimiento de sus tornillos y cilindros. El desgaste excesivo de estos elementos acentúa cualquier irregularidad en el material. Evalúe dónde puede mejorar, ya que pequeños cambios pueden marcar una gran diferencia.
Conclusión
A medida que aumenta la disponibilidad de material reciclado, la realización de PCR con el reactivo 100% será cada vez más común. Si bien la realización de PCR presenta algunos desafíos, todos pueden superarse con una planificación cuidadosa.
Intente comprender cómo interactúan el husillo y el cilindro con el material y realice los ajustes necesarios. Asegúrese de controlar la temperatura, gestionar la contaminación y secar el material correctamente. Estas son solo algunas de las medidas que puede tomar para procesar con éxito la PCR 100%.
