消费后回收材料(PCR)的高附加值应用开发

■ 苏州诚模精密 材料应用研究中心 / 孙同杰 经理

引言

塑料产品在经过流通、消费和使用后，经过物理回收或化学回收，得到消费后回收材料(PCR)。和原生料相比，PCR的结构和性能都发生改变：一方面，PCR的结构变得不稳定，对于模具设计和射出成型工艺的控制提出挑战；另一方面，PCR的外观和性能缺陷使其难以应用在高附加值产品当中，而往往应用于较低端的应用场景中。

当前环境下，塑料的回收再造粒成本高，因此PCR的价格本身就高于原生料。如果不能控制利用PCR原料制造PCR产品的模具和生产工艺成本，不能挖掘PCR的高附加值应用，将难以在市场大面积推广PCR。

PCR材料评估及创新应用

塑料在老化过程中，随着时间的推移，会发生交联，也会发生降解。交联结构的存在使得PCR的熔体弹性提升，而适度的降解导致的小分子的存在，则可以提升熔体的流动性。基于这样的思考，引进人才试图将PCR材料应用于具有高光泽度外观的射出产品中。

在消费类电子产品和汽车等领域中，消费者对于各类射出产品的外观要求越来越高，因此具有鲜艳色泽、高光泽度并具有较为平衡的力学强度的射出产品成为众多生产商追求的目标。

为了改善射出制品的外观，现有的解决方案主要从两方面入手。第一方面从射出工艺的角度进行外观改善，一般采用比较高的模温以增加熔体的流动性，但高的模温往往会延长成型周期。第二方面从原料的角度进行外观改善，一般需要调节塑料原料的熔融指数和分子量分布，但要开发一个新的产品牌号往往需要很高的人力和时间成本。并且，在许多实际应用场景中，如何有效地平衡射出制品的外观和物理力学性能，也成为棘手的问题。比如，对于抗冲击性能要求比较高的应用场合，通常会选择熔融指数相对比较低的聚碳酸酯材料，但过低的熔融指数往往带来许多外观问题；对于强度和模量要求特别高的场合，通常会选择加纤料，但玻璃纤维的加入常常会导致射出制品表面浮纤，严重影响外观；对于有免喷涂要求的产品，其外观和耐磨性往往难以平衡。

因此，如能将PCR材料应用到高光泽度射出产品中，不但可以开发出改善射出制品外观的新方法，而且可以大大提升PCR材料应用的附加价值，颠覆PCR材料只能用于低端应用场景的传统观念。

从材料分子结构考虑，熔融指数是影响制品外观的重要因素，因此，我们尝试利用消费后回收材料(PCR)来改善射出件外观。塑胶材料经过一段时间的使用，可能会发生材料的降解、老化，因此平均分子量可能会减小，从而使得PCR材料再加工的时候流动性变好，进而有可能改善外观，但同时力学强度也会受到影响。因此，合理、有效、快速地评估PCR材料的结构和性能变化，是找到PCR材料高附加值应用的关键。

目前PCR材料的原料来源极不稳定，尽管各家原料商都有提供PCR材料的物性表，但依然无法保持原料中所使用的PCR材料结构和性能一致。因此，我们需要借助实验室分析资源，对于PCR材料的不稳定性做出有效评估，并将此不稳定性纳入模具设计和成型工艺的考量之中，通过Moldex3D模流仿真分析，搭建材料不稳定性与射出成型的关系。

结语

此文章摘录自ACMT- SmartMolding杂志-(2023/5月刊)