Polecam Przemiał!

Andrzeju, Andrzeju!

Rety, rety, jeju, jeju!

Tak zazwyczaj kończyło się stosowanie przemiału i efekty wdrażania szczytnej idei recyclingu na wtryskowni, gdzie pracowałem. Główny Zasypowy miał na imię Andrzej. 😉

Pamiętam, jak podczas rozmowy o pracę na stanowisko ustawiacza w tym zakładzie zapytano mnie czy umiem rozróżniać tworzywa po zapachu, bo to bardzo ważna umiejętność. Chodziło oczywiście o identyfikację płomieniową i rzeczywiście bardzo często musiałem wąchać palące się wlewki z cykli, w których nic oprócz wlewka nie dało się wtrysnąć.

Wypraski w branży samochodowej są zazwyczaj w jednym słusznym kolorze – czarnym. Przy produkcji mniej wymagających elementów (czytaj, tam gdzie się dało) dodawano do granulatu około 20% przemiału. A w przemiale, jak to w przemiale “shit happens”. Czarny granulat PP, czarny przemiał, w nim kawałki czarnego PA lub PBT, które znajdywały się oczywiście dopiero po wtrysku, zatkaniu przewężki i wąchaniu wlewka.

Wtedy wchodził Andrzej (nie – nie mógł być “cały na biało”, zazwyczaj był “na czarno” od pyłu po przemiale) i zabierał czasami pół oktabiny, czyli kilkaset kilogramów “przeklętej” mieszanki na ostateczne potępienie.

Czy wobec tego przemiał i cały ten recycling to totalne “G”? Nawet jeśli, to kiedyś mój kolega, wówczas student wydziału Inżynierii Sanitarnej i Wodnej Politechniki Warszawskiej, podczas przedłużających się obrad samorządu studentów powiedział: “Ja już się gówna nie boję! Umiem je neutralizować.” – koniec cytatu 😉

Wszyscy jesteśmy przemiałami

Na skutek zbyt wysokich naprężeń termicznych i mechanicznych, spada udarność i wytrzymałość na rozciąganie przetwarzanego tworzywa. Zarówno przetwórstwo, jak i proces mielenia mogą generować takie naprężenia w materiale i pogorszyć właściwości fizyczne, chemiczne i płynięcie tworzywa, oraz wszystkiego, co zostało z niego wykonane.

Przemiał to materiał, który został wcześniej przetworzony przynajmniej raz, a następnie zmielony. Należy zauważyć, że nawet to, co większość uważa za „pierwotny” granulat, może mieć jeden lub więcej cykli przetwarzania za sobą. Tworzywo zostało przecież zmieszane i zgranulowane po syntezie polimeru. Pierwotne materiały mogą mieć naprawdę solidna przeszłość, ponieważ dodatki, takie jak barwnik, wypełniacze, stabilizatory, środki smarne itp. wymagają drugiego etapu mieszania składników. To „mieszanie” może być wykonane przez dostawcę tworzywa lub w oddzielnym zakładzie.

Czyli w pewnym sensie każdy, nawet pierwotny surowiec jest “mężczyzną po przejściach i kobietą z przeszłością”.

Ile przemiału można dodać?

W zastosowaniach medycznych typowa odpowiedź brzmi “w ogóle nie można”. W pozostałych gałęziach przemysłu zakres ma od 0 do 100%. Ponadto deklarowana zawartość może być jedną, a faktyczny poziom zupełnie inną liczbą. Nawet stosowanie nowoczesnych dozowników grawimetrycznych nie gwarantuje, że wynikowy poziom przemiału jest poziomem docelowym.

Przy dodawaniu przemiału, ważna jest znajomość związanych z tym komplikacji. Lista tych problemów jest dość długa.

  1. Śledzenie faktycznego udziału przemiału w wyrobie końcowym
  2. Możliwa zawartość zdegradowanego tworzywa w recyklacie
  3. Bardzo zróżnicowana wielkość cząstek w przemiale = problem z dozowaniem i uplastycznianiem tworzywa na wtryskarce
  4. Zanieczyszczenia (inne tworzywa, metale, drewno, karton itd.)
  5. Zawartość pyłu, powodującego smużenie na wypraskach
  6. Niestabilność procesu w główniej mierze związana z niestabilną zawartością przemiału

Jeśli mieszasz przemiał z “oryginałem”, musisz zmierzyć się ze wszystkimi tymi problemami. W teorii można sobie z nimi poradzić, ale w praktyce jest to prawie niemożliwe na hali produkcyjnej. Na przykład, jak sprawdzić czy przemiał nie jest z niedosuszonego i przetworzonego tworzywa? Hydroliza znacznie skraca długość łańcuchów polimerowych i powoduje degradację. Dodawanie zdegradowanego tworzywa znacząco zmienia wytrzymałość produkowanych wyprasek.

Jak sobie z tym wszystkim poradzić? Recepta jest bardzo prosta – nie dodawać przemiału.

Wszystko albo nic

Jeśli przemiał jest wątpliwej jakości, to po co go dodawać? Jeśli przemiał jest dobrej jakości, to też po co go dodawać? Nie lepiej produkować po prostu ze 100% recyklatu?

Magazynuj przemiał, aż cały pierwotny surowiec zostanie zużyty. Następnie zastosuj 100% przemiału. Lista korzyści jest znacząca.

  1. Brak pytań o faktyczną zawartość przemiału w częściach
  2. Identyfikacja degradacji na podstawie parametrów procesu wtrysku (spadek ciśnienia oznacza spadek lepkości – czyli degradację tworzywa, np. na skutek wcześniejszej hydrolizy)
  3. Poprawienie problemów z plastyfikacją i dozowaniem poprzez zastosowanie specjalizowanych ślimaków. Teraz opłaca się przystosowanie wtryskarki do przemiałów, a może nawet kupno regranulatora.
  4. Nadal istnieje ryzyko zanieczyszczeń, ale ta zanieczyszczenie nigdy nie zostanie zmieszane z pierwotnym materiałem. Ponadto można teraz wdrażać strategie, takie jak używanie tylko “oryginałów” z gorącymi kanałami, aby zapobiec zatykaniu się końcówek dysz, a przemiał używać tylko do form zimnokanałowych.
  5. Śledzenie wyprasek z przemiału staje się proste. Części są oznaczone numerem partii surowca i liczbą cykli przetwórstwa. Jeśli części wykonane z przemiału są wadliwe lub zanieczyszczone, można je łatwo zidentyfikować za pomocą numeru cyklu przetwórstwa, wycofać i zezłomować.
  6. Możliwe jest sprawdzenie najgorszego przypadku. Wykonaj części z materiału pierwotnego, a następnie wykonaj kolejną partię części z pięciokrotnego przemiału. Przetestuj ich właściwości i porównaj. Jeśli wyniki są dobre, użyj maksymalnie trzykrotnego przemiału, aby zapewnić margines bezpieczeństwa.
  7. Nie trzeba kupować sprzętu do dozowania przemiału.
ślimak do przemiału
Ślimak barierowy z końcówką mieszającą do przemiału oferowany przez Engel

Czyli, jeśli przetwarzasz 1000 kg pierwotnego tworzywa z brakowością 20%, to w pierwszym cyklu wygenerujesz 200 kg złomu. Przy drugim przejściu zrobisz 160 kg dobrych części i 40 kg odpadu, a za trzecim razem dostaniesz 32 kg wyprasek i 8 kg braków. W przypadku identyfikacji zanieczyszczenia wyrzucasz tylko zanieczyszczoną partię, a nie tonę tworzywa zmieszaną z przemiałem.

Ile razy można mielić?

Tutaj opinie są podzielone. Najlepiej by było dyplomatycznie odpowiedzieć, że to zależy, a rzeczywiście zależy na przykład od tworzywa. Bardzo ładnie to widać na wykresach poniżej. Na niektórych materiałach nawet pięciokrotnie przetwórstwo nie robi wrażenia, podczas gdy dla innych już po pierwszym razie mamy 100% wzrostu wartości współczynnika szybkości płynięcia.

Wpływ krotności przetwarzania na MFI dla PP
Wpływ krotności przetwarzania na MFI dla PP (źródło)
Wpływ krotności przetwarzania na MFI dla LDPE
Wpływ krotności przetwarzania na MFI dla LDPE (źródło)

Niektóre barwniki mogą powodować problemy z powtórnym przetwarzaniem, w szczególności tworzywa z włóknami szklanymi. Wiadomo, że wielokrotne przetwórstwo materiałów napełnionych włóknem szklanym zmniejsza długość włókien, co skutkuje pogorszeniem właściwości mechanicznych wyprasek.

Na szczęście są już prowadzone prace nad symulowaniem wpływu wielokrotnego przetwórstwa na właściwości tworzywa. Możliwe, że całkiem niedługo będzie można zrobić symulację wtryskiwania z przemiału w Moldex3D i już na etapie projektowania wypraski założyć wykorzystanie materiałów z recyclingu. Do tego czasu patrz punkt 6. z poprzedniej sekcji artykułu.

Wnioski

Obowiązujący już nas Europejski Zielony Ład (nie ma nic wspólnego z naszym Polskim Ładem 😉 ) zakłada wykorzystanie recyklatu tworzyw polimerowych na poziomie 10 milionów ton rocznie do roku 2025 w Unii Europejskiej. Obecnie jest to około 3,5 miliona ton rocznie. Oznacza to, że pytaniem już nie jest czy stosować przemiał, ale jak go stosować i jak stosować go jak najwięcej.