Nel mondo odierno, la sostenibilità sta rapidamente passando dall'essere un vantaggio di marketing a un vero e proprio requisito. A causa di questi cambiamenti, i produttori stanno cercando sempre più di includere la plastica riciclata post-consumo (PCR) nei loro flussi di materiali. Mescolare un po' di plastica riciclata con resina vergine è semplice. Tuttavia, lavorare con la PCR 100% è più complesso. Influisce sulle prestazioni della vite e del cilindro.
Il materiale riciclato si comporta in modo diverso dalla resina vergine. Non solo si introducono variabilità e contaminazioni nel processo, ma si deve anche affrontare un flusso di fusione instabile e un'inaspettata sensibilità al taglio. Per eseguire con successo la PCR 100%, non solo è necessario adattare il processo, ma anche comprendere come la vite e il cilindro interagiscono con tale materiale.
Questo articolo illustrerà come eseguire la PCR 100% e come superare le relative difficoltà.
Cose da considerare durante l'elaborazione del PCR 100%
La differenza principale quando si elabora un campione tramite PCR è che non si sa cosa si otterrà.
La plastica riciclata proviene da innumerevoli fonti, il che significa che il materiale che si sta lavorando può presentare un peso molecolare, un contenuto di umidità e un grado di contaminazione molto variabili. Queste differenze influiscono sul modo in cui il materiale scorre quando viene fuso e sul suo comportamento sotto sforzo di taglio.
Tale variabilità crea un paio di problemi fondamentali.
1- Instabilità della fusione
Il problema principale è l'instabilità della resina fusa. La resina riciclata post-consumo (PCR) si degrada più velocemente rispetto alla resina nuova, causando una viscosità non uniforme e scarse proprietà di flusso. Un'altra difficoltà è rappresentata dai contaminanti. Spesso, nel materiale si possono trovare frammenti di carta, particelle metalliche o polimeri degradati. Questi contaminanti possono creare difetti superficiali nei pezzi e danneggiare le apparecchiature.
2- Sensibilità all'umidità
È inoltre importante notare che l'umidità è un fattore cruciale nella lavorazione del PCR 100%. La maggior parte dei materiali riciclati è soggetta all'assorbimento di umidità. Quando il materiale si scioglie, l'umidità genera vapore e crea bolle, vuoti e difetti superficiali nei pezzi. Si può avere il miglior design di vite al mondo, ma se il materiale non viene asciugato correttamente, il risultato sarà compromesso.
Affrontare questi problemi è in parte un processo, in parte progettazione della vite e del cilindro. Analizziamo ora alcuni degli aspetti cruciali da tenere in considerazione durante l'elaborazione del test PCR 100%.
Perché la progettazione della vite e del cilindro è più importante nella PCR
Il kit 100% per PCR non può essere processato utilizzando una vite di estrusione generica. La fluidità di fusione del PCR può variare a causa dell'indice di fluidità, della contaminazione, della degradazione, ecc. Una vite progettata per stabilizzare la fusione può essere vantaggiosa per il processo di PCR.
Le viti a barriera possono contribuire ad alleviare l'instabilità del fuso grazie alla loro progettazione, forzando la separazione del polimero solido da quello fuso durante il processo. Le viti a barriera sono dotate di una spira di barriera che, anziché consentire al materiale parzialmente fuso di avanzare nella sezione successiva della vite, lo convoglia in due canali distinti.
Per i materiali PCR, questa separazione diventa fondamentale. Le plastiche riciclate spesso contengono particelle che fondono a velocità diverse. Durante la lavorazione dei materiali PCR, questo è importante perché le plastiche riciclate possono contenere particelle che fondono a velocità diverse rispetto alla maggior parte del materiale.
Senza separare la fase fusa da quella solida, possono verificarsi instabilità del flusso, granuli non fusi e difetti sulla superficie del fuso. Le sezioni di miscelazione distributiva e dispersiva, come i miscelatori Maddock o gli elementi di miscelazione a spirale, migliorano notevolmente la miscelazione di additivi, coloranti e flussi di fuso, producendo un fuso più uniforme, meno difetti visivi e migliori prestazioni dei pezzi.
La lavorazione dei materiali per PCR richiede particolare attenzione alla miscelazione per contrastare contaminanti, variazioni di colore, frazioni di polimero degradato, ecc. È importante notare che le viti utilizzate per la PCR non devono esercitare una pressione eccessiva sul materiale. Sebbene la miscelazione contribuisca all'omogeneità, può anche aumentare la degradazione del polimero. Una vite a barriera con una miscelazione leggera sarebbe l'ideale.
Ruolo della progettazione ottimizzata delle viti
Avere la vite di eluizione corretta può fare la differenza tra un processo stabile e continue fluttuazioni. La vite può contribuire a contrastare alcune delle incongruenze del materiale che si riscontrano durante la PCR. Una vite configurata correttamente può contribuire a fondere il materiale in modo più uniforme e a miscelarlo in modo più omogeneo.
Quando si esegue la PCR, di solito si desidera una vite con un qualche tipo di barriera o sezione di miscelazione. Le sezioni di barriera e miscelazione aiutano a separare il materiale solido dal materiale fuso. Ciò consente una fusione più completa prima di iniezione/estrusione. Una migliore miscelazione migliora anche la dispersione del colore e limita la quantità di particelle non fuse.
Il rapporto di compressione si riferisce alla quantità di materiale compresso durante le fasi di fusione, pressurizzazione e trasporto della vite. È un confronto tra la profondità del canale nella sezione di alimentazione e quella nella sezione di dosaggio. Molti progettisti di viti utilizzano un elevato rapporto di compressione per creare maggiore sforzo di taglio e tentare di fondere forzatamente il materiale 100% PCR.
Il problema è che la maggior parte del materiale riciclato è degradato e sensibile al calore a causa della sua storia termica. Elevati rapporti di compressione sottopongono il materiale a una sollecitazione di taglio sempre maggiore mentre scorre lungo la vite, generando ulteriore calore da taglio. Il calore da taglio, a sua volta, degrada ulteriormente il polimero.
Una volta che il fuso inizia a degradarsi, la situazione in genere peggiora. Visivamente, il fuso apparirà più scuro. La viscosità diminuirà a un ritmo incontrollabile. Le proprietà meccaniche del prodotto finale inizieranno a deteriorarsi. Si potrebbero persino generare gas e particelle bruciate, che si traducono in macchie nere e difetti superficiali.
Utilizzando una vite con un rapporto di compressione inferiore, si riduce la forza di taglio esercitata sul materiale. Ciò consente una fusione più stabile, poiché il materiale non viene fuso in modo aggressivo dal calore generato dal taglio, ma gradualmente.
Anche in questo caso, la maggior parte delle applicazioni PCR funzionerà meglio con un rapporto di compressione inferiore, compreso tra 2:1 e 2,5:1. Questo intervallo può variare in base al polimero da processare e alla contaminazione del materiale.
Il rapporto di compressione è solo una delle variabili che devono lavorare in armonia con la barriera, la miscelazione e le altre caratteristiche della vite. Una vite ben progettata fonde, miscela e trasporta il materiale senza sottoporlo a un'eccessiva degradazione termica e meccanica. Collaborare con Deer Machine vi aiuterà a ottimizzare la geometria della vostra vite per il vostro specifico materiale PCR.
Come regolare i profili di temperatura per la stabilità
Uno degli aspetti più complessi del processo PCR è il controllo della temperatura.
A differenza della resina vergine, la resina PCR non tollera le alte temperature. Temperature troppo elevate possono causare la degradazione del polimero, con conseguente scolorimento, odore e riduzione della resistenza. Temperature troppo basse possono invece causare una fusione incompleta, con conseguenti problemi di fluidità e difetti superficiali.
Idealmente, è consigliabile aumentare gradualmente le temperature lungo il cilindro. È inoltre importante assicurarsi di monitorare la temperatura di fusione effettiva e non solo i punti impostati. In alcuni casi, l'utilizzo di temperature più basse con un migliore progettazione della vite produrrà risultati migliori rispetto a un funzionamento a temperature più elevate.
L'installazione di sistemi di filtrazione e il monitoraggio del contenuto di umidità saranno di grande aiuto anche durante l'elaborazione dei campioni PCR.
Controllo della contaminazione, filtrazione e come affrontare l'umidità e la preparazione dei materiali.
La filtrazione è un altro fattore cruciale da considerare quando si esegue la PCR. Qualsiasi quantità di contaminazione può causare gravi problemi durante il processo di PCR 100%. Piccole quantità di metallo o carta possono causare difetti nei campioni e provocare notevoli difficoltà nella pulizia della macchina.
Assicurati di selezionare il filtro a rete o il filtro di fusione appropriato in base al livello di contaminazione del materiale. È inoltre consigliabile sostituire regolarmente i filtri. Un filtro di fusione intasato può causare un notevole aumento di pressione e problemi di flusso.
Controllo dell'umidità dei materiali
L'umidità può essere una delle principali cause di difetti durante l'esecuzione della PCR. Qualsiasi materiale riciclato può assorbire umidità dall'aria, soprattutto se conservato in un fusto o in un magazzino non climatizzato.
Il materiale verrebbe essiccato prima ancora di raggiungere la tramoggia. Ogni tipo di materiale richiede tempi e temperature di essiccazione diversi. Spesso, per ottenere un livello di umidità costante, si utilizzano essiccatori a deumidificazione. Sebbene sia possibile eseguire il processo PCR nell'essiccatore, qualsiasi traccia di umidità creerà problemi a valle.
Un'altra cosa che puoi fare è miscelare i tuoi lotti di PCR. Anche se stai eseguendo una PCR 100%, miscelare il materiale può aiutare a ottenere proprietà del materiale più uniformi e a mantenere un processo più stabile.
Regola i parametri di elaborazione
Durante la lavorazione del PCR, l'utilizzo di velocità della vite inferiori riduce le sollecitazioni di taglio, limitando così la degradazione del materiale. È inoltre consigliabile ridurre la contropressione, poiché una pressione eccessiva può causare problemi di miscelazione. Potrebbe anche essere necessario regolare la pressione di iniezione/estrusione per compensare la viscosità variabile del fuso.
Quando si esegue la PCR, è importante procedere per piccoli passi nella regolazione dei parametri di processo. La PCR è estremamente sensibile alle variazioni e anche piccole modifiche possono avere un impatto significativo.
Il ruolo della qualità delle apparecchiature nel processo PCR
La lavorazione del materiale 100% PCR può sottoporre la vite e il cilindro a stress aggiuntivo a causa di processi meccanici e chimici. I riempitivi/additivi e i contaminanti degradano la vite e il cilindro più rapidamente rispetto alla lavorazione di materiale vergine.
Una delle prime cose che si incontrano durante la lavorazione del PCR è l'usura abrasiva. Molti riempitivi/additivi e contaminanti sono molto abrasivi, tra cui fibre di vetro, riempitivi minerali, sporco, sabbia e altri materiali che vengono macinati durante il processo di riciclaggio. I riempitivi/additivi e i contaminanti del PCR si insinuano nella massa fusa e finiscono per risalire e avvolgere la vite.
Queste particelle abrasive si fanno strada lentamente attraverso la vite e il cilindro, consumando essenzialmente il metallo e causando erosione superficiale. Questa erosione superficiale riduce gradualmente l'altezza della spira della vite e aumenta il gioco tra vite e cilindro. Con l'usura della vite, la stabilità del processo viene compromessa, il che potrebbe portare a riflusso del fuso, materiale non miscelato, picchi di pressione, ecc.
A seconda del/dei polimero/i che si lavora, si potrebbe anche riscontrare usura corrosiva durante la lavorazione del PCR. Gli additivi/materiali degradati rimasti dai prodotti riciclati possono causare usura corrosiva. Come forse saprete, alcuni materiali si corrodono ad alte temperature quando entrano in contatto con i metalli. L'usura corrosiva può causare vaiolatura e indebolire la superficie di entrambi i vostri vite e barilotto, causando danni a lungo termine.
L'usura delle tolleranze riduce la stabilità del processo e la qualità del prodotto. Per ridurre l'usura durante il processo PCR, è necessario utilizzare materiali resistenti all'usura. Questi materiali sono disponibili in diverse forme, tra cui cilindri bimetallici, leghe temprate per le viti e opzioni di rivestimento. Questi materiali contribuiscono a contrastare le particelle abrasive, mantenendo al contempo la tenuta originale della vite e del cilindro più a lungo.
Anche la manutenzione e l'ispezione regolari sono importanti quando si lavora con materiali PCR. Cercate i segni comuni di usura e mettete fuori servizio la vite e il cilindro prima che diventino evidenti durante la produzione. Controllate le pressioni di fusione, monitorate il carico del motore, osservate la consistenza della fusione e controllate la produzione per individuare eventuali variazioni lente. Tutti questi accorgimenti possono aiutare a identificare l'usura prima che diventi un problema serio.
Collaborando con Deer Machine, avrete a disposizione una varietà di opzioni resistenti all'usura e potrete progettare soluzioni specifiche per le vostre esigenze. Vi aiuteremo a scegliere l'applicazione migliore in base ai materiali e al budget a vostra disposizione, garantendo al contempo una maggiore durata di viti e canne.
Errori comuni da evitare
Ci sono molti aspetti da considerare nel processo di PCR, ma l'errore più grande che le persone commettono è quello di utilizzare la PCR con il kit 100% come se fosse una resina vergine.
Si cerca di forzare il passaggio del materiale attraverso la macchina aumentando le temperature, il che finisce solo per degradare il materiale ancora più rapidamente.
Altri trascurano di controllare l'usura di viti e cilindri. Viti e cilindri usurati accentuano qualsiasi imperfezione del materiale. Valuta dove puoi migliorare, poiché anche piccoli cambiamenti possono fare una grande differenza.
Conclusione
Con l'aumento della disponibilità di materiale riciclato, l'esecuzione della PCR 100% diventerà sempre più comune. Sebbene l'esecuzione della PCR presenti delle difficoltà, queste possono essere superate con un'attenta pianificazione.
Cerca di capire come la vite e il cilindro interagiscono con il materiale e apporta le modifiche necessarie. Assicurati di controllare le impostazioni di temperatura, di gestire la contaminazione e di asciugare correttamente il materiale. Questi sono solo alcuni degli accorgimenti che puoi adottare per processare con successo il kit 100% PCR.
