Materiały pochodzące z recyklingu w praktyce  Kiedy tworzywo sztuczne z recyklingu staje się zaletą

Firma Formary opracowała dla producenta systemów magazynowania energii element wykonany z recyklingowanego tworzywa ABS. Przykład ten pokazuje, że gdy zastosowanie, projekt i proces są ze sobą zgodne, materiały pochodzące z recyklingu mogą być czymś znacznie więcej niż tylko zrównoważonym zamiennikiem. 

W branży przetwórstwa tworzyw sztucznych materiały pochodzące z recyklingu są przedmiotem dyskusji przede wszystkim ze względu na ich cenę. Uważa się je za zrównoważoną alternatywę dla surowców pierwotnych, jednak w procesie zaopatrzenia często są droższe, ich dostępność jest bardziej zmienna lub wymagają one bardziej skomplikowanego przetwarzania. Dla wielu przedsiębiorstw rodzi to konflikt celów: udział materiałów pochodzących z recyklingu powinien wzrosnąć, ale musi to być opłacalne.

Z punktu widzenia produkcji takie podejście jest jednak zbyt wąskie. Decydujące znaczenie ma nie tylko cena kilograma tworzywa sztucznego pochodzącego z recyklingu. Należy raczej wziąć pod uwagę wydajność gotowego elementu, sposób jego wytworzenia oraz koszty związane z projektowaniem, produkcją, montażem, obsługą i eksploatacją.

Właśnie w tym zakresie tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu mogą w pełni wykorzystać swoje atuty. Materiały z recyklingu to bowiem nie tylko substytut. Prawidłowo zastosowane stanowią one okazję do całościowego przemyślenia elementów konstrukcyjnych – a tym samym do krytycznej analizy materiałów, procesów i konstrukcji. Wynikiem tego mogą być rozwiązania, które są lżejsze, bardziej funkcjonalne, bardziej opłacalne i bardziej zrównoważone.

O czym muszą pamiętać przetwórcy przy stosowaniu materiałów pochodzących z recyklingu

Materiały pochodzące z recyklingu różnią się od surowców pierwotnych pod względem przetwarzania. W zależności od pochodzenia, partii i sposobu przygotowania mogą występować wahania w zakresie koloru, płynności, właściwości mechanicznych lub jakości powierzchni. Szczególnie w przypadku termoformowania, czyli głębokiego tłoczenia tworzyw sztucznych, ma to bezpośredni wpływ na jakość elementów.

Jeśli właściwości materiału ulegają wahaniom, należy odpowiednio dostosować konstrukcję, narzędzie i proces. Na przykład zbyt małe promienie, wysoki stopień odkształcenia lub bardzo wymagające powierzchnie widoczne w przypadku materiałów pochodzących z recyklingu mogą szybciej prowadzić do powstania przerzedzeń, pęcherzy, wad powierzchniowych lub większej ilości odpadów.

Pęcherzyki i wady powierzchniowe w elementach wykonanych z tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu powstają najczęściej w wyniku uwięzienia wilgoci, zanieczyszczeń materiałowych (plamek) lub lotnych produktów rozkładu. Wady te znacznie pogarszają wygląd i wytrzymałość.

Nie oznacza to jednak, że recyklaty tworzyw sztucznych są nieodpowiednie. Oznacza to jedynie, że należy uwzględnić je już na wczesnym etapie projektowania.

Cena za kilogram nie decyduje o opłacalności

Kto porównuje materiały pochodzące z recyklingu wyłącznie z materiałami nowymi, często opiera się na niewłaściwym kryterium. Cena materiału jest ważna, ale nie decyduje sama w sobie o tym, czy dany element konstrukcyjny jest opłacalny. 

W produkcji istotne są również inne kwestie:

• Czy ten element można uczynić lżejszym?
• Czy da się to wyprodukować w prostszy sposób?
• Czy można obniżyć koszty narzędzi?
• Czy montaż będzie łatwiejszy?
• Czy poprawiają się parametry techniczne, takie jak izolacja, waga czy obsługa?
• Czy można skrócić terminy dostaw dzięki zastosowaniu odpowiedniej metody lub współpracy z regionalnym partnerem produkcyjnym?

Kto postrzega materiały pochodzące z recyklingu wyłącznie jako bezpośredni zamiennik nowych surowców, traci szanse. Mogą one bowiem stanowić punkt wyjścia do ponownej oceny materiałów, procesów i konstrukcji – a tym samym do opracowania rozwiązań nie tylko bardziej zrównoważonych, ale często także bardziej opłacalnych.

Obudowa baterii wykonana w 100 procentach z recyklingowanego tworzywa ABS

Jak duży może być ten potencjał, pokazuje projekt firmy Formary realizowany wspólnie z Naext, niemieckim producentem zrównoważonych systemów magazynowania energii. Firma wykorzystuje akumulatory z pojazdów elektrycznych, które zakończyły swój pierwotny cykl życia, poddaje je regeneracji technicznej i ponownie stosuje w stacjonarnych systemach magazynowania energii. Jej celem jest dłuższe wykorzystywanie istniejących zasobów oraz wniesienie wkładu w transformację energetyczną.

W projekcie ujawniła się jednak zasadnicza niespójność: zastosowane osłony zabezpieczające systemów akumulatorowych były pierwotnie wykonane z aluminium pierwotnego. Pod względem funkcjonalnym materiał ten spełniał swoje zadanie, był jednak ciężki, stosunkowo drogi, a jego produkcja wymagała dużego nakładu energii. W ten sposób istotny element systemu stał w sprzeczności z dążeniem do zrównoważonego rozwoju produktu.

Zadaniem było opracowanie rozwiązania, które spełniałoby jednocześnie kilka wymagań:

• Ochrona przed kontaktem z elementami pod napięciem
• Ochrona przed pyłem i czynnikami środowiskowymi
• wysokie właściwości izolacyjne
• niewielka waga
• krótkie czasy opracowania
• oraz zastosowanie bardziej ekologicznego materiału

Rozwiązanie: dwuczęściowe opakowanie formowane na gorąco, wykonane w 100 procentach z recyklowanego ABS.

Od elementu aluminiowego do rozwiązania opartego na tworzywach sztucznych z recyklingu

Powodem powstania projektu była chęć wykorzystania materiałów pochodzących z recyklingu i tym samym konsekwentnej realizacji zasad zrównoważonego rozwoju. Doprowadziło to do gruntownej rewizji: czy aluminium jest w ogóle odpowiednim materiałem? Odpowiedź brzmiała jednoznacznie: nie. Zmiana materiału z aluminium na tworzywo sztuczne stanowiła przy tym jedynie część zadania.

Firma Formary we współpracy z Naext opracowała całkowicie nowe rozwiązanie w zakresie obudowy i konsekwentnie zastąpiła aluminium (po lewej) tworzywem ABS pochodzącym z recyklingu (po prawej). Konstrukcja została specjalnie zaprojektowana tak, aby:

• Pokrywę i część dolną można wykonać za pomocą jednego narzędzia kombinowanego

• potrzebne jest tylko jedno narzędzie

• można skrócić czas produkcji i obniżyć koszty inwestycyjne

Źródło: www.formary.de

Kluczowe znaczenie miało nowe podejście do produkcji tego elementu. We współpracy z firmą Naext firma Formary opracowała rozwiązanie w postaci obudowy tłoczonej z recyklingowanego tworzywa ABS, w którym pokrywa i część dolna mogą być wytwarzane za pomocą narzędzia kombinowanego, zwanego również narzędziem wielokrotnego użytku. Dzięki temu potrzebne było tylko jedno narzędzie, co pozwoliło obniżyć koszty inwestycyjne i nakłady produkcyjne.

W rezultacie powstało rozwiązanie nadające się do produkcji seryjnej, wykonane z tworzywa sztucznego pochodzącego z recyklingu, charakteryzujące się wieloma zaletami: mniejszą masą, lepszymi właściwościami izolacyjnymi, łatwiejszą obsługą, mniejszym zużyciem energii podczas produkcji oraz niższymi kosztami. Jednocześnie projekt udało się szybko zrealizować pomimo napiętych terminów, między innymi dzięki regionalnemu partnerowi produkcyjnemu z sieci Formary.

Recyklat nie oznacza automatycznie kompromisu

Wykorzystanie tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu często wiąże się z pewnymi ograniczeniami. Projekt ten pokazuje jednak zupełnie inny obraz sytuacji. Dążenie do wykorzystania tworzywa z recyklingu doprowadziło do całkowitego przejścia z aluminium na tworzywo sztuczne – co przyniosło wyraźne korzyści. Samo tworzywo z recyklingu nie ustępowało w niczym pierwotnemu tworzywu ABS i uzupełniało zalety techniczne o wartość dodaną w zakresie ekologii.

Kluczowe znaczenie ma to, by nie rozważać materiału z recyklingu jako alternatywy dopiero na końcowym etapie projektowania. Kto już na wczesnym etapie przeanalizuje, jakie właściwości naprawdę musi posiadać dany element, jaki materiał i proces są odpowiednie oraz jak należy zaprojektować narzędzie, ten może znacznie lepiej wykorzystać ten potencjał. Może się wtedy okazać, że sensowne jest nie tylko zastosowanie recyklatu zamiast surowca pierwotnego, ale także zupełnie inne podejście do doboru materiałów.

Oczywiście nadal istnieją pewne wyzwania. Materiały pochodzące z recyklingu mogą charakteryzować się mniejszą spójnością pod względem koloru, powierzchni i właściwości obróbczych niż surowce pierwotne. W przypadku elementów widocznych o wysokim połysku, wąskich specyfikacji kolorystycznych lub szczególnie wymagających zastosowań mechanicznych należy zatem dokładnie sprawdzić, czy materiał z recyklingu jest odpowiedni, czy też sensowniejsze jest zastosowanie rozwiązań hybrydowych.

Wniosek: Materiały pochodzące z recyklingu to zagadnienie inżynieryjne

W związku z nowymi rozporządzeniami i przepisami rośnie presja, by produkty z tworzyw sztucznych projektować w sposób bardziej zrównoważony oraz w większym stopniu wykorzystywać materiały pochodzące z recyklingu. Jednak o ich sukcesie w praktyce przemysłowej decyduje nie tylko dział zakupów, ale także dział rozwoju.

Kto już na wczesnym etapie uwzględnia tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu, ten na nowo projektuje elementy konstrukcyjne – i dzięki temu może znaleźć rozwiązania, które są lżejsze, bardziej funkcjonalne, szybciej dostępne i bardziej oszczędne pod względem zasobów. Wymaga to rozległej wiedzy o materiałach oraz kompetencji w zakresie produkcji. Materiały pochodzące z recyklingu nie są zatem wyłącznie kwestią zrównoważonego rozwoju. Stanowią one zagadnienie inżynieryjne.