Altkunststoffe neuen Anwendungen zuführen

A&E Sandwichplatte

Kunststoffverarbeiter müssen zukünftig für oder in ihren Kunststoffprodukten einen Anteil Altkunststoffe (Rezyklate = Mahlgut, Re-Granulate) einsetzen. Das sind gesetzliche Vorgaben der EU und der Bundesregierung. Um diese Vorgaben erfüllen zu können, sind eine Vielzahl von Maßnahmen erforderlich. Um Altkunststoffe weiterzuverwenden, zu recyceln, gibt es mehrere Technologien:

  • mechanisches Recycling, d. h. Thermoplaste wieder aufschmelzen und im Spritzgießen und/oder mit Extrusion wieder zu neuen Produkten verarbeiten
  • chemisches Recycling, d. h. Altkunststoffe werden durch chemische Verfahren in ihre Bestandteile (Molekülketten) zerlegt. Dabei erfolgt eine Trennung von „Fremdbestandteilen“. Die Molekülketten werden dann wieder in weiteren chemischen Prozessen zu neuen Kunststoffen.
  • thermisches Recycling, d. h. Verbrennen, Nutzung der Verbrennungswärme. Diese Technologie ist angesichts des Klimawandels nicht mehr praktikabel, da bei der Verbrennung auch CO2 entsteht.

Natürlich ist es möglich, die alten Formteile zu zerkleinern, wieder aufzuschmelzen und sofort neue Formteile im Spritzgießen herzustellen. Das wird auch in großem Umfang gemacht und ist Stand der Technik, aber dies ist nicht mit allen Altkunststoffen so einfach. Altkunststoffe sind meist verschmutzt und bestehen oft aus mehreren verschiedenen Kunststoffen. Darüber hinaus verschlechtern sich durch die erneute Verarbeitung bestimmte Eigenschaften (mechanische Festigkeitswerte).

Ebenfalls problematisch ist beim Kunststoff-Recycling das Erfassen der Altkunststoffe. Um Altkunststoffe wirtschaftlich nutzen zu können müssen diese:

  • sortenrein sein,
  • frei von Verunreinigungen und Fremdkörpern (Steinchen, Glas, Keramik…),
  • in genügenden Mengen sicher verfügbar sein,
  • durch die erneute Verarbeitung nicht in größerem Maße schlechtere Eigenschaften aufweisen.

Bei den herkömmlichen Altkunststoffen kommen aber Millionen Tonnen verschiedener Kunststoffe zusammen. Verschiedene Altkunststoffe können damit nicht direkt wieder zu neuen Teilen verarbeitet werden.

Sandwich-Verfahren: wirtschaftliche Verarbeitung von Altkunststoffen

Das Sandwich-Verfahren (Coinjektion/coinjection) bietet für die Verarbeitung von Altkunststoffen eine Lösung – das Sandwich-Spritzgießen, das für die Produktion von Formteilen aus Kunststoff angewendet wird. Beim Sandwich-Verfahren werden die Altkunststoffe im Inneren des Formteils „versteckt“, ohne dass sich die Eigenschaften des Formteils durch den Altkunststoff verschlechtern. Altkunststoffe auf diese Art zu verarbeiten, ist somit eine Möglichkeit des mechanischen Recyclings.

Der heiße und flüssige Kunststoff wird in ein temperiertes Werkzeug eingespritzt, kühlt dort ab und härtet aus. Dem Spritzgießen von Thermoplasten liegt der Quellflusseffekt zugrunde: Die Kunststoffschmelze fließt in der Werkzeug-Kavität (formbildender Hohlraum) vom Anspritzpunkt bis zum Fließwegende durch bereits erstarrte Schmelze. Diese bildet die Formteiloberfläche („Haut“). Wird während des Einspritzens – während der Formfüllung – auf einen anderen Schmelze-Typ gewechselt, z. B. es wird Schmelze aus Rezyklat eingespritzt, verbleibt diese im Kern des Formteils, umgeben von einer „Haut“ aus z. B. neuem Kunststoff.

Je nach Formteilgeometrie und verwendeten Thermoplast-Typen ermöglicht das Verfahren das Einspritzen von bis zu 60 % Kernmaterial, beispielsweise Rezyklat/Altkunststoffe, ins Innere der Formteile. Der Altkunststoff ist dann nicht mehr sichtbar (siehe Abb. 1 rot) und die Eigenschaften dieser Teile unterscheiden sich nicht von denen, die aus 100 % Neumaterial gespritzt werden. Die Natur hält dafür ein gutes Beispiel bereit. Die Knochen von Vögeln bestehen beispielsweise aus einer kompakten Oberfläche (Haut), sind aber im Inneren weitestgehend hohl. Die Natur hat hier förmlich „Leichtbau“ betrieben. Das Gewicht wird reduziert, überflüssiges Material weggelassen. Die mechanischen Belastungen werden nur durch die kompakte Haut übertragen, nicht durch das Innere. Beim Sandwich-Spritzgießen wird also „überflüssiges“ Material im Inneren durch die Altkunststoffe ersetzt.

Es wurde kein Alt-Text für dieses Bild angegeben.

Abb. 1: Sandwich-Spritzgießen – prinzipieller Verfahrensablauf (Einspritzreihenfolge von links nach rechts)

Wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Kunststoff mit dem Sandwich-Verfahren

 Durch die Verwendung von Altkunststoffen bietet das Sandwich-Spritzgießen einen wirtschaftlichen Vorteil: Rezyklate sind nicht so teuer wie Neumaterial. Das kommt dem Unternehmen zugute. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil ist der Umweltaspekt. Altkunststoffe werden auf diese Weise einer neuen Verwendung zugeführt und die Umweltbelastung reduziert. Die Anwendung des Verfahrens beschränkt sich nicht auf neue Formteile. Auch bereits produzierte Formteile können auf die Herstellung mit diesem Verfahren umgestellt werden. Voraussetzungen für das Sandwich-Spritzgießen ist das Maschinen- und Prozess-Know-how, Zwei-Komponenten-Spritzgießmaschinen und Kaltkanal-Stangenguss-Werkzeuge.

Beste Lösung aus Experten-Hand

A&E Produktionstechnik GmbH bietet dafür seit 2002 die entsprechende Düsentechnik und das Prozess-Know-how sowohl für neue als auch für bereits in Produktion befindliche Maschinen an. 2K-Sandwich-Einheiten, die in verschiedenen „Gehäusen“ eingebaut werden, sind Bestandteil dieser Produktfamilie. 2K-Sandwich-Einheit steht für Zwei-Komponenten-Sandwich-Düsen bzw. -Ventile, mit denen das Sandwich-Spritzgieß-verfahren (Coinjektion) auf Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen durchgeführt werden kann. Unser Team mit kompetenten Ingenieuren, Ingenieurinnen, Technikern und Technikerinnen erarbeitet für Ihre Maschinen-Werkzeug- und Prozess-Anpassungen wirtschaftliche Lösungen und nimmt diese auch auf Ihren Maschinen in Betrieb. A&E steht für Applikationen und Entwicklungen für die Kunststoffverarbeitung und beweist seit fast zwei Jahrzehnten eine hohe Qualität in der Produktion, Zuverlässigkeit und Innovation.