Afwijkend vloeigedrag van recyclaat: In kaart brengen en mee leren werken

Heb je ooit geprobeerd om recyclaat te gebruiken, maar produceerde je vooral afgekeurde producten? Kan het zijn dat recyclaat met dezelfde MFI (Melt Flow Index) toch anders vloeit tijdens verwerking dan virgin kunststof? In dit kennisblog gaan we in op de oorzaken van afwijkend vloeigedrag van recyclaat, hoe je dit kunt meten en, belangrijker nog, wat je kan doen tijdens verwerking.

 

Het vloeigedrag van recyclaat kan een grote uitdaging vormen in productieprocessen zoals spuitgieten en extruderen. Waar virgin kunststoffen een consistent en voorspelbaar vloeigedrag vertonen, kan dit bij recyclaat variëren en voor verrassingen zorgen.

 

Oorzaken van afwijkend vloeigedrag bij recyclaat

De belangrijkste oorzaak van afwijkend vloeigedrag bij recyclaat, is de vervuiling van andere grades. Neem bijvoorbeeld High Density Polyethyleen (HDPE). Een HDPE grade die ontwikkeld is voor een shampoofles, heeft andere vloei-eigenschappen dan een HDPE gebruikt voor een krat. Polymeer ketens in virgin kunststoffen zijn meestal mooi gelijkmatig verdeeld in lengte. Bij recyclaat kunnen deze ketens onregelmatiger zijn, omdat er verschillende bronnen (grades) gemengd met elkaar zijn. Daarnaast zijn de ketens van recyclaat gemiddeld gezien iets korter, omdat ze tijdens het recyclingproces af kunnen afbreken. Ook dit zorgt ervoor dat recyclaat zich anders gedraagt dan virgin, de ketenlengte heeft namelijk invloed op het vloeigedrag.

 

Afwijkende vloei herkennen

Afwijkingen in vloeigedrag kunnen bij het produceren met recyclaat tot de volgende uitdagingen leiden:

 

1. Wisselende matrijsvulling

De hoeveelheid materiaal die in de mal gespoten wordt (het shotvolume) kan wisselen wanneer het vloeigedrag fluctueert. Hierdoor kunnen producten soms ongevuld of juist overvol (risico vliesvorming) zijn.  

 

2. Verschil in druk

Wisselend vloeigedrag kan leiden tot een verhoging of verlaging van je druk in het spuitgietproces.

Door het herkennen van een afwijkende viscositeit ten opzichte van virgin, kan je tijdens het proces bij proberen te sturen. Een aantal parameters waarmee bijgesteld kan worden zijn inspuitsnelheid, shotvolume of verwerkingstemperatuur. Bedrijven die hun procesvenster duidelijk hebben, weten hoe veel ze kunnen bijsturen met deze parameters tijdens het proces.

 

Voorkomen van problemen; meet vloeigedrag!

Problemen in productie veroorzaakt door vloeigedrag kan je het beste voorkomen door vooraf het materiaal te analyseren. Daarvoor zijn verschillende methoden beschikbaar. We hebben de meest gebruikte technieken voor je op een rij gezet en het meetbereik in de onderstaande grafiek verwerkt:

 

MFI (Melt Flow Index)

 

De MFI staat toch al in de datasheet? Dat klopt. MFI is de meest voorkomende opgegeven indicatie van je vloeigedrag. Wanneer er op een datasheet een bereik weergegeven is, kan het waardevol zijn dit na te meten. Bij deze meting wordt er onder een verhoogde temperatuur een gewicht, (voorgeschreven in ISO-normen) op het materiaal gedrukt. Er wordt vervolgens gewogen hoeveel materiaal er in 10 minuten uit vloeit. Omdat dit bij lage afschuifspanning (zie kader) is, kan het zijn dat een recyclaat dezelfde MFI heeft, maar zich toch nog anders gedraagt in productie, onder hoge afschuifspanning.

 

Voordeel:

• Deze test geeft in de basis een snelle indicatie van de viscositeit.

Nadelen:

• Deze test houdt geen rekening met de hoge afschuifsnelheden in productie.
• Het geeft slechts een indicatie van het vloeigedrag onder specifieke omstandigheden.

 

Capillaire reometrie

Deze geavanceerde methode wordt uitgevoerd op een speciale reometer. Het monstermateriaal wordt in een verwarmde cilinder gebracht waarin met een plunjer verschillende snelheden worden aangebracht. Afhankelijk daarvan meet je de druk en daarmee de viscositeit bij wisselende afschuifsnelheden. Hierdoor krijg je een volledige viscositeitscurve, een voorbeeld daarvan vind je hieronder. Je kunt dit op meerdere temperaturen herhalen.

Voordelen:

• Deze test meet de viscositeit bij verschillende afschuifsnelheden en temperaturen
• Ideaal als je weinig testmateriaal beschikbaar hebt
• Geeft een volledige viscositeitscurve

Nadeel:

De test wordt uitgevoerd op een testapparaat en is redelijk bewerkelijk en duur vergelijken met MFI. Tevens moet je de uitkomsten kunnen interpreteren. Je krijgt met de uitkomsten nog geen inzichten waarmee je je machines goed in kan stellen.

 

Spiral flow

Dit is vergelijkbaar met de capillaire reometrie. Deze techniek voer je uit op een spuitgietmachine. Met deze techniek spuit je het monstermateriaal, met verschillende inspuitsnelheden, in een spiraalmatrijs. Vervolgens meet je hoe ver de spiraalmatrijs gevuld is. Hoe beter het materiaal vloeit, des te verder zal de spiraal gevuld zijn. Zo kun je verschillende materialen met elkaar vergelijken.

 

Overige voordelen:

• Vergelijkt materialen onder praktijkomstandigheden
• Meet de vloeilengte in relatie tot de in spuitsnelheid
• Simuleert het werkelijke productieproces

Nadeel:

Relatief kostbaar, tijdsintensief en je moet de machine ombouwen na de test om weer normale producten te maken.

 

Viscositeitsproef PSP

Deze methode combineert elementen van capillaire reologie en spiral flow.Net als bij de spiral flow, varieer je de inspuitsnelheid. Je meet echter niet hoeveelheid materiaal die er uitkomt, maar de druk. Hiermee krijg je een relatieve viscositeitscurve, vergelijkbaar met capillaire rheologie. Omdat je dit op je eigen machines en matrijs kunt uitvoeren, kun je de gemeten parameters meteen toepassen in productie.

 

Voordelen:

• Uitgevoerd op je eigen machines
• Meet relatieve viscositeit in verhouding tot je specifieke machine, matrijs en instellingen
• Toont bij welke inspuitsnelheid en druk de viscositeit stabiel is
• Geen ombouw van de machine nodig na de test

Nadelen:

• Kan meer tijd en materiaal kosten
• Resultaten zijn matrijs en machine afhankelijk, je meet niet de absolute afschuifsnelheid en viscositeit, maar een relatieve waarde

 

Ons advies

Door deze verschillende methoden te combineren, krijg je een compleet beeld van het vloeigedrag van recyclaat. Begin met een MFI-test voor een snelle indicatie of selectie van materiaal. Vervolgens is het aan te raden om vloeigedrag van recyclaat en virgin te vergelijken met diepgaandere analyse methode.

 

Stel je machines zorgvuldig in

Recyclaat kan wisselend vloeigedrag vertonen, wat betekent dat je misschien het shotvolume en de inspuitsnelheid moet aanpassen om te voorkomen dat producten halfgevuld of overvol raken. Het is belangrijk om te weten bij welke instellingen de vloei stabiel en betrouwbaar blijft. Gebruik daarom de resultaten uit de eerdere proeven (als de viscositeitsproef) om je machines optimaal in te stellen.

 

Train je productieteam

Zelfs met de juiste materiaalkeuze en machine-instellingen kunnen er tijdens de productie nog verschillen in vloeigedrag ontstaan. Door je operators goed op te leiden kunnen ze het proces bij sturen op de eerder genoemde parameters.

 

Ervaar je nog steeds problemen?

Als je na deze stappen nog steeds problemen ondervindt, dan kun je overwegen om samen met recyclers het vloeigedrag aan te passen. Bijvoorbeeld door het toevoegen van peroxiden tijdens het extruderen of door recyclaat te mengen met virgin materiaal. Hierover meer in ons volgende blog.

Nu je de oorzaak van het afwijkende gedrag kent, weet welke meetmethoden toe kunt passen én de oplossingen kent, heb je alle handvatten om recyclaat succesvol te integreren in je product. Veel succes!

 

Meer weten

Heb je vragen over het vloeigedrag van recyclaat of wil je advies over de beste aanpak voor jouw product en proces? Neem dan contact met ons op, we helpen je graag verder.