Machen Sie Ihre Maschine fit für die Kreislaufwirtschaft! Mit unserem Recycling-Paket können Sie auch bei Mahlgut stabile Prozesse erreichen.

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Jetzt wird das Verarbeiten von Rezyklat noch einfacher!

Material und Herstellungsverfahren optimiert, CO2 eingespart: Recycling-Waschkappe von Pöppelmann K-Tech schließt den Kreislauf.

Material und Herstellungsverfahren optimiert, Kreislauf geschlossen: Recycling-Waschkappe für die Automobilindustrie. 

Schaumspritzgießen

Kunststoff-Rezyklat

Geschlossener Materialkreislauf mit technischem Bauteil realisiert

Für die Transformation der Industrieproduktion in ein Wirtschaftssystem mit abfallfreien, CO2-armen Herstellprozessen werden auch spritzgegossene, hochbelastbare thermoplastische Großbauteile benötigt.

Schmelzeweiterleitung von zwei seitlichen Spritzeinheiten einer Engel v-duo 2300 RTM in die Mitte der auf dem Schiebetisch montierten Heißkanal-Zwischenplatte. 

16:9

Wirtschaftliche Lösung zur Fertigung von thermoplastischen großen Strukturbauteilen

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Das IKT-Kolloquium 2023 zeigte: traditionell muss nicht altbacken heißen. Doppelveranstaltung und großes Thema gaben eine gelungene Kombination.

Der große Andrang zeigte: Das Thema für den Präsenzteil des diesjährigen Stuttgarter Kunststoffkolloquiums war klug gewählt.

Streifinger, Florian

Recycling

Umweltmanagement

Biokunststoffe

Der gewundene Weg zur Klimaneutralität

Die Qualität von Rezyklaten gilt als zu gering. Verbessern lässt sie sich mit Additiven, wie der rege Austausch auf dem Praxisforum Kunststoffrezyklate zeigte.

In diesem Jahr lag der Schwerpunkt der Tagung ganz klar auf Additiven für Recyclingmaterialien.

Nachbericht Praxisforum Kunststoffrezyklate 2023

Additive

Wie wichtig Additive für das Kunststoffrecycling sind

Neuware ist, seitdem sich die Logistikketten nach Corona in der 2. Jahreshälfte 2022 wieder neu sortiert haben, sehr billig in Europa und verdrängt PET-Rezyklate.

Ungenutzte Ressourcen: Verarbeiter setzen bei PET aktuell wieder mehr auf Neuware.

Polyethylenterephthalat

„Das gesamte PET-Recycling ist in einer Schieflage“

Christian Schiller hat es sich zum Ziel gesetzt, dass die Floskel „Kunststoffabfälle sind Wertstoffe” Wirklichkeit wird. Sein Mittel der Wahl: Digitalisierung.

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Start up

Unternehmen und Unternehmer

Ehrhardt, Melanie

„Wir sehen uns als  Grundlagendigitalisierer“

Pöppelmann K-Tech fertigt Waschkappen für die Automobilindustrie, für deren Material zu einem großen Teil Post-Industrial-Rezyklat (PIR) eingesetzt wird.

Recycling-Waschkappe für die Automobilindustrie: Material und Herstellungsverfahren optimiert, CO2 eingespart, Kreislauf geschlossen

Automotive

Fahrzeugbau

Pöppelmann realisiert Kreislauf für Serienprodukt

Mit ihren Recycling-Plattformen wollen igus und cirplus künftig gemeinsam die regenerative Kunststoffwirtschaft vorantreiben.

Michael Blass, Geschäftsführer e-kettensysteme bei der Igus GmbH (links) und Christian Schiller (rechts), Geschäftsführer bei Cirplus, freuen sich über die Zusammenarbeit.

Unternehmen

kunststoffe.de

Igus investiert in Cirplus

Die Ascend-Tochter Circular Polymers hat PA, PET und PP mit Recyclinganteilen vorgestellt.

Die Rohstoffe für die Recyclingmaterialien bestehen aus alten Teppichen. Circular Polymers verarbeitet dafür Abfälle aus PA, PET sowie PP. 

PA, PET und PP

Polyamide

Polypropylen

Recyclingmaterialien aus alten Teppichen

Seit kurzem können Unternehmen die RIGK Abteilung „PlastCert“ beauftragen, ihre Verpackungen nach RecyClass zu zertifizieren.

PlastCert erweitert Service

Recyclingquoten nahe 50 % suggerieren das Bild einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft. Ein Blick hinter diese Zahlen zeigt jedoch, das täuscht.

Nachfrage und Einsatz von Kunststoffrezyklaten erhöhen

Der lange Weg zur Kreislaufwirtschaft

TecPart kommentiert den Entwurf der EU-Kommission zur neuen europäischen Altautoverordnung.

TecPart: „Die Entwicklungszyklen der Automobilindustrie wurden in dem Entwurf nicht berücksichtigt.“

Verbände, Institutionen, Messen

TecPart fordert realistische Quoten

Recycelte Schokoladenformen aus PC erfüllen in der Regel nicht die Lebensmittelkontaktbestimmungen. Eine neue Recyclingstrategie soll Abhilfe schaffen.

Polycarbonat kommt häufig für Formen in der Schokoladenherstellung zum Einsatz.

Recycling-PC für den Lebensmittelkontakt

Polycarbonat

Die Schokoladenseite von Polycarbonat

Die Stabilisierung von Altkunststoffen ist aufwendig. Die Online-Messung in der Compoundierung ermöglicht nun eine Stabilisierung direkt in der Produktion.

Kunststoffabfälle weisen häufig einen sehr unterschiedlichen Stabilisatorgehalt auf. Dieser muss im Aufbereitungsprozess genau bestimmt werden.

Den Stabilisatorgehalt in Rezyklaten während der Compoundierung messen

Stabilisatoren

Additivgehalt von Rezyklaten online bestimmen

Teil 1 der Serie: Wie innovative Technologien einem breiten Rezyklateinsatz den Weg bereiten

Die Motivation, den Rezyklateinsatz weiter zu steigern, kommt von vielen Seiten: von der Industrie, von den Konsumenten und vom Gesetzgeber. Primäres Ziel ist, den CO2-Ausstoß zu minimieren. Bei der Entwicklung neuer Technologien für die Rezyklatverarbeitung behält Engel deshalb auch den Energieaufwand immer im Blick – und zudem die Kosten. Denn die Kreislaufwirtschaft hat nur dann eine Chance, wenn sie energieeffizient und bezahlbar ist.

Neue Entwicklungen machen es möglich, Rezyklate – sowohl in Form von Regranulat als auch Flakes – zukünftig in höheren Mengen kosteneffizient und umweltverträglich zu verarbeiten.

Rezyklat zu verarbeiten bedeutet noch immer zu häufig ein Downcycling. Das heißt, die aufbereiteten Kunststoffabfälle werden zu Produkten verarbeitet, an die niedrigere Anforderungen gestellt werden als an die ursprünglichen Produkte, aus denen das Rezyklat gewonnen wurde. Auf diese Weise lassen sich Materialkreisläufe aber nicht vollständig schließen.

Ziel ist es deshalb, aus Rezyklat hochwertige Produkte zu fertigen, sodass sich im Ergebnis zumindest ein wirkliches Recycling, wenn nicht sogar ein Upcycling ergibt. Mit innovativen Verarbeitungstechnologien bereitet Engel hierfür den Weg.

Im Sandwichprozess Rezyklat  in Neuware verstecken

Das Sandwichspritzgießen macht es möglich, Bauteile mit hohen Rezyklatanteilen zu entwickeln, ohne dass das Rezyklat an der Bauteiloberfläche sicht- oder spürbar ist. Im sogenannten skinmelt-Prozess – unter dieser Bezeichnung vermarktet Engel eine Variante des Sandwichspritzgießens – werden die Schmelzen von Rezyklat und Neuware in zwei voneinander getrennten Spritzeinheiten aufbereitet und dann gemeinsam in die Kavität eingespritzt. Auf diese Weise lässt sich der Prozess wie ein Standard-Einkomponenten-Spritzgießprozess steuern. Die Bedienung der Spritzgießmaschine bleibt trotz der zweiten Materialkomponente einfach. Umschaltmarken gehören der Vergangenheit an.

Im Gegensatz zur klassischen Co-Injektion werden im skinmelt-Prozess die beiden Schmelzen bereits vor dem Einspritzen nacheinander im Haupteinspritzzylinder geschichtet. Als erstes erreicht das Hautmaterial, die Neuware, die Kavität. Diese wird vom nachströmenden rezyklierten Material verdrängt und an die Wandung der Kavität gepresst, während sich der Kern mit Rezyklat füllt. Der erzielbare Rezyklatanteil wird wesentlich von der Formteilgeometrie und dem Füllbild der Kavität bestimmt. Dabei spielen die gewählte Anspritzposition und das Viskositätsverhältnis von Haut- und Kernkomponente eine große Rolle. In dieser Maschinenkonfiguration befindet sich die zweite Plastifiziereinheit für das Hautmaterial in spitz abgewinkelter Position oberhalb der horizontalen Spritzeinheit, in der das Rezyklat aufgeschmolzen wird. Diese Bauweise ist besonders platzsparend (Bild 1).

Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal der Engel-Lösung ist die übersichtliche Visualisierung und Animation des Gesamtprozesses in der Steuerung (CC300) der Spritzgießmaschine. Das Mischungsverhältnis lässt sich sehr fein einstellen, um den Rezyklatanteil zu optimieren.

Bis zu 50 Prozent Post-Consumer-Rezyklat verarbeiten

Gemeinsam mit Neue Materialien Bayreuth und Ineos Styrolution hat Engel das Potenzial der skinmelt-Technologie untersucht. Bezogen auf das Gesamtbauteilvolumen konnten bis zu 50 % rABS aus der Post-Consumer-Verwertungsschiene im Kern verarbeitet werden, ohne die mechanischen Eigenschaften zu verschlechtern und natürlich, ohne dass dies an der Oberfläche sichtbar gewesen wäre (Titelbild). Im Rahmen der Forschungskooperation wurden zunächst sowohl mit dem sequenziellen Co-Injektions-Spritzgießen als auch mit dem skinmelt-Prozess plattenförmige Bauteile und in einem weiteren Schritt Sortierkisten gespritzt. Als Hautkomponente wurden verschiedene Neuware-ABS-Typen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften – bis hin zu hochschlagzäh – eingesetzt. Für die Produktion der Kisten (Bild 2) kamen eine Spritzgießmaschine des Typs Engel duo 450 und ein Werkzeug von Bito-Lagertechnik Bittmann zum Einsatz. Das Hauptaggregat bestand aus einer Barriereschnecke mit einem Durchmesser von 80 mm, das zweite Aggregat aus einer Standardschnecke mit einem Durchmesser von 70 mm.

Die spritzgegossenen Produkte wurden jeweils auf ihre Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Charpy-Kerbschlagzähigkeit geprüft. Es zeigte sich, dass die Sandwichprodukte bessere, das heißt: höhere Werte erzielen als die Bauteile, die aus reinem rABS hergestellt wurden. Im Vergleich zu Bauteilen, die ausschließlich aus Neuware bestehen, bleiben die mechanischen Materialeigenschaften erhalten (Bild 3).

Die gemeinsame Forschungsarbeit ergab, dass es sowohl mit dem klassischen, sequenziellen Co-Injektions- als auch mit dem skinmelt-Verfahren möglich ist, hochwertige, geometrisch komplexe Bauteile mit einem hohen Anteil an ABS-Regranulat (bis zu 50 % an der Kernkomponente) zu produzieren. Damit lassen sich für das stoffliche Recycling von ABS neue Anwendungen und Einsatzgebiete erschließen.

Wichtig für den Aufbau der Kreislaufwirtschaft ist, dass jeweils nur eine einzige Materialsorte verarbeitet wird. Der Monomaterialansatz stellt sicher, dass die Sandwichbauteile am Ende ihrer Nutzungsdauer wieder recycelt werden können.

Zwei-Stufen-Prozess spart  die Regranulierung und viel Energie

Noch einen Schritt weiter geht Engel mit dem Zwei-Stufen-Prozess, bei dem ausschließlich Recyclingmaterial verarbeitet wird. Der Unterschied zu anderen Verfahren der Rezyklatverarbeitung besteht darin, dass das Material nicht granuliert werden muss, sondern dass direkt Flakes verarbeitet werden können. Damit entfällt ein kompletter Aufbereitungsschritt, was erhebliche Mengen an Energie und CO2 -Emissionen einspart und zudem die Recyclingkosten reduziert. Voraussetzung dafür ist, dass die Spritzgießmaschine wichtige Funktionalitäten der Regranulieranlage übernimmt. Hier sind vor allem die Filtration und die Entgasung zu nennen (Bild 4). Engel präsentierte den neuen Zwei-Stufen-Prozess auf der K 2022 und erntete großes Kundeninteresse. Inzwischen werden solche Maschinen in verschiedenen Größen angeboten.

Die Leistungsfähigkeit der Technologie wurde zuvor in Laboruntersuchungen bestätigt. Besonders vielversprechend sind die Ergebnisse im Hinblick auf die Entgasungsleistung. In einem gemeinsamen Projekt mit der Pöppelmann Kunststoff-Technik hat Engel in seinem Technikum am Standort St. Valentin in Österreich auf einer Zwei-Stufen-Maschine Bauteile aus Flakes gefertigt, die aus dem Gelben Sack stammten. Beim Grundmaterial handelte es sich um PP, wobei ein geringer Anteil PE und Verunreinigungen durch Aluminium und EVA nachweisbar waren (Bild 5).

Auf einer Zwei-Stufen-Maschine auf Basis einer Engel-duo-Spritzgießmaschine wurden in einem Zweifach-Werkzeug Bodenplatten für Batterieumhausungen mit einem Schussgewicht von rund 500 g hergestellt (Bild 6). Zur Absaugung der freiwerdenden Gase wurde eine Vakuumpumpe von Busch verwendet, zur Filtration wurden Meshfilter in verschiedenen Feinheiten eingesetzt.

Die Maschine bietet die Möglichkeit, die Menge des Materials, das der Einspritzschnecke zugeführt wird, vollautomatisch zu regeln. Dies geschieht über die Einstellung eines sogenannten Fütterungsgrads. Wählt der Maschinenbediener einen hohen Fütterungsgrad, so verkürzt sich die Dosierzeit, aber ebenso verringert sich die freie Oberfläche in der Entgasungszone.

Entgasung und Schmelzefiltration in die Verarbeitung integriert

In den durchgeführten Versuchen werden die Auswirkungen sichtbar. Die Anlage wurde jeweils mit einem konstanten Fütterungsgrad betrieben. Untersucht wurden der Einfluss einer Entgasung unter Vakuum sowie der Einfluss verschiedener Filterpakete auf die Emissionen leichtflüchtiger (VOC) und schwerflüchtiger (Fog) organischer Verbindungen. Die Bewertung der Ergebnisse erfolgt nach der für Automobile festgelegten Prüfung gemäß VDA 278 (Thermodesorptionsanalyse organischer Emissionen). Dieses Analyseverfahren wird eingesetzt, um die Emissionen aus nichtmetallischen Werkstoffen, die für den Einsatz von Formteilen in Kraftfahrzeugen verwendet werden, zu bestimmen. Für die Ermittlung werden zwei halbquantitative Summenwerte bestimmt, die eine mögliche Abschätzung des VOC- und Fog-Emissionswerts ermöglichen. Die Proben wurden thermisch extrahiert, die Emissionen gaschromatographisch aufgetrennt und massenspektrometrisch identifiziert.

Ergebnis der Analysen (Bild 7): Der Einsatz der Vakuumpumpe und der daraus entstehende Unterdruck im System ermöglichen eine Reduzierung der leichtflüchtigen Substanzen um 13 % gegenüber der atmosphärischen Entgasung. Der Anteil der schwerflüchtigen Substanzen konnte bei den Versuchen sogar um 16 % reduziert werden.

Eine weitere Einflussgröße für die Emissionswerte ist die Feinheit der Filterpakete. In den Versuchsreihen wurden zwei unterschiedliche Filterpakete getestet. Die Filtertresse für den ersten Versuch betrug 200 µm, die für den zweiten 125 µm. Die Stützsiebe der Filterpakete und die Maschineneinstellung für den Fütterungsgrad blieben unverändert. Es wurde atmosphärisch entgast. Die Versuche ergaben, dass die feinere Filtertresse zu einem besseren Filtrationsergebnis führt. Der Anteil an leichtflüchtigen aliphatischen und aromatischen Verbindungen in den Emissionen wurde um 35 % reduziert und die schwerflüchtigen Verbindungen immerhin noch um 18 % (Bild 7).

Weitere Entwicklung bringt Rezyklate kosteneffizient in neue Anwendungen

Durch die Entgasung unter Vakuum und mit einer feinen Filtertresse lassen sich sowohl die VOC- als auch Fog-Werte verbessern. Für ein optimales Ergebnis ist es allerdings wichtig, die einzelnen Komponenten genau aufeinander abzustimmen. Der Einfluss des Fütterungsgrads ist abhängig von der Dosierzeit; er muss für die verschiedenen Versuche empirisch ermittelt werden. Eine feinere Filterung erhöht die Menge der ausgefilterten Emissionen, allerdings steigt auch das Risiko, dass der Filter verstopft. Die Einbindung eines Schleppmittels könnte weitere positive Auswirkungen auf die Reduktion der Emissionen haben, was in weiterführenden Versuchen getestet wird.

Ebenso sind die Themen Ausgasung und Geruch Bestandteil weiterer Untersuchungen. Wenn die Schmelze nicht ausreichend entgast wurde, kann dies in den Bauteilen zu Blasenbildung beim Lackieren, Schlieren an der Bauteiloberfläche und Belagbildung im Werkzeug führen. Zudem müssen die Anforderungen des Gesundheitsschutzes berücksichtigt werden. Auf Basis der in diesem Beitrag vorgestellten Entwicklungen können Rezyklate – sowohl in Form von Regranulat als auch Flakes – zukünftig in deutlich höheren Mengen sehr kosteneffizient und für die Umwelt und Gesundheit unbedenklich zu einer Vielzahl hochwertiger Produkte verarbeitet werden.

Pöppelmann GmbH & Co. KG Kunststoffwerk-Werkzeugbau 

https://www.poeppelmann.com

Neue Materialien Bayreuth GmbH  

https://www.nmbgmbh.de

Engel Austria GmbH  

https://www.engelglobal.com

Ausgabenartikel KU07-23

Bild 1. Für den skinmelt-Prozess befindet sich die zweite Plastifiziereinheit für das Hautmaterial in spitz abgewinkelter Position platzsparend oberhalb der horizontalen Spritzeinheit, in der das Rezyklat aufgeschmolzen wird.

Um das Potenzial der skinmelt-Technologie zu ermitteln, wurden plattenförmige Bauteile gespritzt. Dabei wurden verschiedene PCR-ABS-Typen (schwarz) mit ABS-Neuware (weiß) kombiniert. Im Plattenquerschnitt ist der Sandwichaufbau sichtbar.

Bild 3. Die spritzgegossenen Platten wurden jeweils auf ihre Zugfestigkeit (oben), Biegefestigkeit (Mitte) und Charpy-Kerbschlagzähigkeit (unten) geprüft. Es zeigte sich, dass die Werte der Sandwichprodukte im Vergleich zu Bauteilen aus 100 % Rezyklat (PCR) höher (Biegefestigkeit marginal) und im Vergleich zu Bauteilen aus reiner Neuware ähnlich sind.

Bild 4. Zwischen die beiden Aggregate für das Plastifizieren und Einspritzen lassen sich ein Schmelzefilter und eine Entgasungseinheit schalten.

Bild 2. Auch diese Sortierkiste enthält im Kern Post-Consumer-rABS.

Bild 5. Der Zwei-Stufen-Prozess arbeitet mit Kunststoffflakes. Für die Versuche wurde sortiertes und gewaschenes PP-Mahlgut aus dem Gelben Sack eingesetzt.

Bild 6. Auf einer Zwei-Stufen-Maschine wurden aus PP-Flakes (mit 10 % Talkum-Masterbatch) Bodenplatten für Batterieumhausungen produziert. 

Bild 7. Entgasungsart (links) und Filterpaket (rechts, bei atmosphärischer Entgasung) bestimmen, in welchem Maß die Emissionen leichtflüchtiger (VOC) und schwerflüchtiger (Fog) organischer Verbindungen reduziert werden.

Hauptartikel

Spritzgießtechnologien zur Rezyklatverwertung (Upcycling)

Dipl.-Ing. Bianca Gubi ist Produktmanagerin Circular Economy bei der Engel Austria GmbH, Schwertberg/Österreich; <a href="mailto:bianca.gubi@engel.at">bianca.gubi@engel.at</a>

Dr. Thomas Köpplmayr ist Teamleiter Prozessentwicklung Plastifiziersysteme bei Engel Austria am Standort St. Valentin/Österreich; <a href="mailto:thomas.koepplmayr@engel.at">thomas.koepplmayr@engel.at</a>

Dr. Klaus Fellner ist Leiter Application Technologies bei Engel in Schwertberg; <a href="mailto:klaus.fellner@engel.at">klaus.fellner@engel.at</a>

Dipl.-Ing. Robin Fachtan ist Teamleiter Faserverbundkunststoffe/Spritzgießen bei der Neue Materialien Bayreuth GmbH in Bayreuth; <a href="mailto:robin.fachtan@nmbgmbh.de">robin.fachtan@nmbgmbh.de</a>

Dr.-Ing. Thomas Neumeyer ist Bereichsleiter Kunststoffe bei Neue Materialien Bayreuth; <a href="mailto:thomas.neumeyer@nmbgmbh.de">thomas.neumeyer@nmbgmbh.de</a>

Yvonne van Veen MSSc ist Head of Advocacy bei der Ineos Styrolution Group GmbH, Frankfurt am Main; <a href="mailto:yvonne.van.veen@ineos.com">yvonne.van.veen@ineos.com</a>

André Grote, B. Sc., arbeitet in der Vorentwicklung Prozess & Material bei der Pöppelmann Kunststoff-Technik GmbH & Co. KG, Lohne; <a href="mailto:AndreGrote@poeppelmann.com">AndreGrote@poeppelmann.com</a>

Steffen Meyer, M. Sc., ist Teamleiter Vorentwicklung Prozess & Material bei Pöppelmann; <a href="mailto:SteffenMeyer@poeppelmann.com">SteffenMeyer@poeppelmann.com</a>

Dieser Beitrag ist der Auftakt zu einer dreiteiligen Serie über Technologien für eine nachhaltigere Spritzgießzukunft. Sie steht unter dem Motto „Carbon Busters“ und beschreibt das Engagement der Industrie, den CO2-Fußabdruck deutlich zu reduzieren. In der folgenden Ausgabe wird es unter anderem um die Themen Rückverfolgung und Energieeffizienz gehen.

Gemeinsam mit seinen Kunden entwickelt Engel Spritzgießlösungen für eine ressourcenschonende und energieeffiziente Kunststoffverarbeitung. Mit einem breiten Portfolio an digitalen Produkten, innovativen Kunststoff-Recycling-Verfahren und Produktionszellen zur Verarbeitung von Rezyklaten lässt sich der Materialkreislauf je nach Gegebenheit elegant schließen.

<a href="http://www.engelglobal.com/de/de/nachhaltigkeit-kunststoff" target="_blank">www.engelglobal.com/de/de/nachhaltigkeit-kunststoff</a>