DIGI-REC 4.0 (optimización del impacto ambiental en inyección de plásticos)

Concluido el proyecto Europeo  DIGI REC 4.0, cuyo número de expediente es AEI-010500-2020-191, donde ZATEC ha participado junto con el Centro Español de Plásticos (CEP), ItanInnova y Citsalp,  exponemos a continuación un resumen y conclusiones del mismo.

PRESENTACIÓN 

Este proyecto tiene como objetivo principal maximizar la reciclabilidad de materiales plásticos empleados en procesos de moldeo por inyección, lo que implica maximizar la reducción de su impacto medioambiental, favoreciendo la circularidad del plástico y facilitando la producción energéticamente limpia. 

Los fabricantes de piezas de plástico normalmente utilizan material reciclado proveniente de sus propias piezas de rechazo y/o ramales, pero no conocen en qué proporción pueden mezclarlo con el material virgen sin comprometer (i) las características mecánicas del producto y (ii) la procesabilidad de la fabricación de las mismas. Un exceso de material reciclado puede suponer un empeoramiento en las características mecánicas del producto a fabricar y por otro lado puede generar problemas de procesabilidad en las máquinas de inyección que den lugar a defectos dimensionales o estéticos. Por miedo a ello, normalmente se emplea menos material reciclado del que sería posible. 

Por este motivo, el reto que ha sido abordado en este proyecto es la investigación experimental de la variación de propiedades de un material plástico con el reciclado, y la introducción y utilización de técnicas digitales que permitan conocer cuál es la cantidad máxima admisible de material reciclado que el producto y el proceso son capaces de admitir. 

OBJETIVOS 

los objetivos específicos de este proyecto son:

Establecimiento de procedimiento para la recuperación de desechos en planta y regranceado posterior para dosificación precisa de mezclas de material virgen con distintos porcentajes de material reciclado. 

Investigación de la procesabilidad de las diferentes mezclas realizadas para garantizar que la introducción de material reciclado es inyectable con las mismas garantías que el material virgen. 

Estudio de las propiedades mecánicas y físico-químicas del nuevo material obtenido, (material reciclado), para comparar con las del material virgen y análisis de los posibles cambios físicos en el material reciclado tales como transiciones térmicas y/o aparición de subproductos de oxidación (degradación). 

Ajuste de modelos para digitalización de los materiales reciclados, habilitando su uso en simulaciones del proceso de inyección con las diferentes mezclas de material reciclado en pieza de componente final. 

Creación de herramienta (basada en simulaciones de elementos finitos) con la que se pueda maximizar la cantidad de material reciclado garantizando la óptima procesabilidad en máquina de inyección 

Verificación en planta industrial de los porcentajes máximos de reciclado a conseguir. 

METODOLOGÍA 

Para ello, en el proyecto se ha seguido el plan de trabajo mostrado en la siguiente ilustración:

CONCLUSIONES 

Para el material seleccionado en este estudio (polipropileno con talco), inicialmente se preveía que podría existir una degradación evidente durante el reciclado que provocara una merma de propiedades, lo que conllevaría tener que alcanzar un compromiso entre la cantidad que se reintroduce, las propiedades que se obtienen y los cambios en el proceso de inyección que fuera necesario efectuar. 

Sin embargo, las investigaciones experimentales realizadas en el proyecto DIGI-REC han mostrado que, si se recicla en condiciones adecuadas, las propiedades del material permanecen muy estables. De hecho, el resultado fundamental ha sido que el material 100% reciclado prácticamente tiene las mismas propiedades que el virgen, con lo cual podría reintroducirse en cualquier porcentaje en el proceso de inyección. 

A la vista de este resultado se decidió ampliar la investigación y simular ciclos de reciclado para comprobar si se aprecia acumulación de degradación. Los resultados obtenidos en relación a las propiedades relacionadas con la procesabilidad (viscosidad, pvT, CTE, …), para hasta seis ciclos de regranceado, mostraron sólo ligeros cambios. El análisis de las propiedades mecánicas, en este caso realizadas hasta doce ciclos de reciclado, tampoco mostraron una merma apreciable. Esta investigación confirmó nuevamente la estabilidad de las propiedades de este material con el número de ciclos de reciclado. 

A pesar de la poca influencia encontrada en las propiedades de material, se completó el proceso inicialmente previsto de digitalización del material y la creación del gemelo digital del proceso de inyección de la pieza demostradora. Los ligeros cambios en propiedades como la viscosidad, pvT o CTE provocan según las simulaciones del proceso de inyección realizadas también pequeños cambios en la calidad estimada de la pieza. No obstante, a nivel metodológico se completó el estudio y el desarrollo de la herramienta para su aplicación a futuro a otros materiales que puedan ser más susceptibles a sufrir degradación durante el reciclado. 

Desde un punto de vista de la metodología desarrollada, la digitalización de los materiales reciclados y la generación de gemelos digitales del proceso, se prevé aporte notables beneficios para otros materiales que sufran mayor degradación, ya que permite aunar en una herramienta ágil los requerimientos de procesabilidad y calidad dimensional de la pieza para maximizar el porcentaje de material reciclado reintroducido. 

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