Genstøbning af plast i støbeprocesser

Udfordring

Ved produktion af plastemner ved sprøjtestøbning udgør indløbet ofte en betydelig del af hvert materialeskud. Jo mindre emnerne er, desto større procentdel af skuddet vil indløbet udgøre. Denne del betragtes som spild, og det er derfor ønskeligt at kunne genanvende det. Genanvendelse sker typisk ved at indløbet neddeles i en kværn for derefter at blive opblandet med ny (virgin) plast, hvor blandingen sker inline før materialet føres til sprøjtestøbemaskinen.

Under genanvendelse, nedkværning og gensmeltning vil plastmaterialet dog gradvist blive nedbrudt. Udfordringen består i at bestemme, hvor mange gange dette kan gentages, før kvaliteten af de færdige emner bliver forringet. Den væsentligste årsag til kvalitetsforringelse er nedbrydning af polymerkæder under støbeprocessen, især når materialet udsættes for høje temperaturer i længere tid.

Løsning af problem, studering af nedbrydning

Nedbrydning af plastmateriale undersøges traditionelt ved at støbe et emne, neddele det og derefter støbe emnet igen med dette materiale. Herefter analyseres det færdige produkt. Resultaterne sammenlignes med egenskaberne for det oprindelige, jomfruelige materiale. Den konkrete analyse afhænger af anvendelses-området, men kunne eksempelvis inkludere måling af mekaniske egenskaber som brudforlængelse eller hårdhedsmodul.

Fremgangsmåden kan gentages i flere cykler, hvor materiale nedkværnes, genstøbes og analyseres, indtil der ses en signifikant ændring i de målte egenskaber - såsom brudforlængelse. På den måde kan man fastlægge, hvor mange gange materialet kan genstøbes uden væsentlig forringelse.

Udfordringen ved denne metode er, at det er tidskrævende at gennemføre mange cyklusser, og samtidig kræver det, at man reserverer sprøjtestøbemaskiner, der ellers kunne bruges ifb. med kommerciel produktion.

Som alternativ til gentagen støbning og neddeling kan materialets nedbrydning undersøges ved opvarmning til maksimal procestemperatur - hvilket typisk er temperaturen i snekken - og efterfølgende analyse i et rotationsreometer. I reometeret udsættes materialet for hurtige, oscillerende deformationer, og appa-ratet måler de mekaniske egenskaber. Disse målinger udføres over tid ved konstant temperatur, hvor især det mekaniske smeltemodul følges. Egenskaberne forbliver stabile i en periode, men efter for eksempel 10 minutter ses typisk et fald i smeltemodulet, hvilket indikerer nedbrydning af polymerkæderne. Den målte nedbrydningstid kan sammenholdes med plastens opholdstid ved høj temperatur under støbning, hvilket gør det muligt at estimere, hvor mange gange materialet kan genanvendes. Det er også vigtigt at tage i betragtning, hvor stor en andel af genanvendt materiale der blandes med ny plast. 

Fordelen ved reometertest sammenlignet med støbning og nedkværning er, at reometermetoden er langt hurtigere og mere ressourceeffektiv. Den gør det muligt at måle materialets nedbrydning direkte under kontrollerede forhold og dermed hurtigt vurdere, hvor mange genanvendelsescyklusser plastmaterialet tåler, uden at beslaglægge produktionsudstyr til omfattende gentagne støbeforsøg.

Teknologisk Institut kan hjælpe dig med at forstå samspillet mellem produkt, emne og støbeproces. Derudover kan vi identificere de kritiske parametre, som er nødvendige for, at emnet opfylder relevante kvalitetskrav, for eksempel styrke eller farve. Endelig tilbyder vi laboratorietests, der kan fastlægge de optimale proces-indstillinger for netop din produktion.
 

Arkivfoto: AdobeStock