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Co

Feb 08, 2024

Die Co-Injektionstechnologie gibt es seit mehr als drei Jahrzehnten, hat sich aber in jüngster Zeit zu einer Mainstream-Alternative für Hersteller in der Kunststoffverarbeitung entwickelt. Da sich die Anforderungen der Verbraucher ständig ändern und staatliche Nachhaltigkeitsstandards für Kunststoffe mit dem Standard-Mono-Spritzguss immer schwieriger zu erreichen sind, achten Hersteller auf der ganzen Welt zunehmend auf die Co-Injektions-Alternative.

Milacron leistete ab den 1990er Jahren Pionierarbeit in der Co-Injektionstechnologie. Bevor Co-Injektion in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie zum Einsatz kam, verwendeten diese Hersteller eine Monoschicht aus speziellen und teuren Materialien mit integrierten Barrieren, die das Eindringen von Gas, Feuchtigkeit oder Licht reduzierten, um die Haltbarkeit der Produkte zu verlängern. Bei der Co-Injektion werden diese Hochleistungsbarrieren minimiert und in die Kernschicht eingespritzt, so dass sie weniger als 2 Prozent des gesamten Teilegewichts ausmachen. Dies führt nicht nur zu erheblichen Einsparungen, sondern ermöglicht auch, dass die Spritzgussteile wieder in den Recyclingstrom gelangen.

Derzeit beantwortet die industrielle Verpackungsindustrie Kundenanfragen mit dieser Co-Injektionsalternative als Reaktion auf den bevorstehenden US-Kunststoffpakt, der vier für 2025 geplante Ziele zur Bekämpfung von Kunststoffabfällen enthält. Eine breite Palette von Verpackungsmaterialien kann jetzt mit PCR- oder Co-Injektionsmaterialien injiziert werden Mahlen Sie Materialien in die Kernschicht.

Wenn das äußere Erscheinungsbild eines Formteils von entscheidender Bedeutung ist, verwenden Hersteller die Co-Injektion, um die Kernschicht des Teils mit PCR-Harz (oder wiedervermahlenem Harz) zu füllen und gleichzeitig die Attraktivität der Außenschicht durch Neuharz beizubehalten.

Co-Injektion ist die Fähigkeit, ein Material als vollständig eingekapselte Innenschicht zwischen ein anderes einzuspritzen. Dabei handelt es sich um das gleichzeitige Einspritzen zweier Materialien in einen einzigen dreischichtigen Schmelzstrom. Der einfachste Weg, sich diesen Prozess vorzustellen, ist das „Sandwichformen“. Bei der Co-Injektion werden verschiedene Polymere in dieselbe Form eingespritzt, um einen Sandwich-ähnlichen Effekt zu erzeugen. Ein Hautmaterial am oberen und unteren Schmelzstrom (normalerweise Neuware) und ein Kernmaterial-Schmelzstrom werden zusammen geformt. Vereinfacht ausgedrückt entsteht durch Co-Injektion ein Kunststoffteil, bei dem eine Außenhaut und ein innerer „Kern“ zu einem zusammengeformt sind.

Bei Lebensmittel- oder Getränkeverpackungsanwendungen ist das Hautmaterial (Lebensmittelkontaktschicht) typischerweise ein Standard-Neuharz, während der Kern typischerweise ein Harz mit Barriereeigenschaften ist, die verhindern, dass Sauerstoff, Kohlendioxid oder Feuchtigkeit durch die Behälterwände gelangen.

Die richtige Platzierung dieser Barrierewand in Lebensmittel- und Getränkeverpackungen ist von entscheidender Bedeutung, und deshalb ist Co-Injektion eine so praktikable Option für diese Anwendung. „Üblicherweise macht das Barrierematerial aufgrund der hohen Kosten des Barrierematerials absichtlich einen sehr geringen Anteil am Gesamtbehälter aus. Die Platzierung innerhalb der Seitenwand muss präzise kontrolliert werden“, sagte Andy Stirn, General Manager von Advanced Systems bei Milacron, einem etablierten OEM in der Herstellung und im Vertrieb von Geräten und Lösungen für die Kunststoffverarbeitung.

Ein effizientes Co-Injektions-Barrieresystem kann durch simultanes Einspritzen mit der gleichen Produktionseffizienz und Zykluszeit bei hohen Stückzahlen liefern wie ein Standard-Monoschicht-Spritzgussteil. Mit Fortschritten bei Harz- und Barriereschichtmaterialien kann für Markeninhaber, die eine klare Verpackung für ihre Konsumgüteranwendung wünschen, immer noch eine hervorragende Klarheit erreicht werden.

Eine Co-Injektionsmaschinenzelle könnte eine multimaterialfähige Spritzgießmaschine mit mindestens zwei Zylindern umfassen. Milacron bietet dies als Option für neue Maschinen an, oder eine Standard-Single-Shot-Maschine kann mit einer sekundären E-Multi™-Zusatzspritzeinheit von Mold-Masters aufgerüstet werden.

Eine weitere von Mold-Masters angebotene Komponente, die im Koinjektionsprozess von entscheidender Bedeutung sein kann, ist die Integration des Heißkanals. Eine effektive Heißkanalanwendung sorgt nicht nur für eine präzise gleichzeitige Steuerung des Schmelzestroms, sondern gewährleistet auch die richtige Einspritzsequenz – ein entscheidender Prozess bei Lebensmittelverpackungen, bei denen das Kernmaterial umschlossen werden muss.

„Eine präzise Schmelzezufuhr ist von größter Bedeutung, um eine angemessene Ausführung der Barriereschicht sicherzustellen“, sagt Igor Kim, Global Sales Director, PET & Co-Injection von Mold-Masters.

Das in Cincinnati ansässige Unternehmen Milacron stellte auf der NPE 2015 eine nachhaltige Eimerverkapselungstechnologie vor. Diese Art der Verkapselungsanwendung ist hochmodern für die Herstellung eines Kerns mit einem Gesamtgewicht von bis zu 50 Prozent, anstelle der standardmäßigen 25–30 Prozent Kern, mit denen die meisten Eimer hergestellt wurden diese Zeit.

Laut Stirn ist die Prozesskontrolle ein entscheidender Faktor, den es für Hersteller zu berücksichtigen gilt, die auf Co-Injektion umsteigen möchten. „Die Materialeinheitlichkeit in einem Produkt mit Co-Injektion kann inkonsistent sein, was ein großes Problem sein kann, wenn man beispielsweise einen Gegenstand wie einen Eimer herstellt, bei dem es wichtig ist, die strukturelle Festigkeit aufrechtzuerhalten“, sagte er. „Die Bedeutung der Prozesskontrolle beim Einsatz der Co-Injektion kann nicht genug betont werden, insbesondere für Hersteller, die Wert auf eine verbesserte Produktionsqualität und Ausschussreduzierung legen.“

„Die Branche brauchte vier Jahre, um zu erkennen, dass die Technologie, die wir 2015 vorgestellt haben, eine Notwendigkeit war“, sagte Stirn, der mit seinen Ingenieurskollegen bei Milacron sowie Kollegen bei Mold-Masters, einem anderen Hillenbrand-Betriebsunternehmen, zusammenarbeitete.

Die Milacron-Maschine, die die Co-Injektionstechnologie von Mold-Masters nutzt, kann einen höheren Prozentsatz des PCR-Gehalts (bis zu 50 Prozent) injizieren und kontrollieren als alle anderen Konkurrenzsysteme, die im Durchschnitt nur etwa 35 Prozent weniger kontrollierten PCR-Gehalt aufweisen. Die patentierte Co-Injektionstechnologie von Mold-Masters bietet in Kombination mit der Milacron-Maschine einen einzigartigen Vorteil – die Fähigkeit, den höchsten PCR-Prozentsatz zu erreichen, wodurch eine gleichmäßige Verteilung und vollständige Abdeckung der PCR-Harze gewährleistet wird (was wiederum den Kontakt von PCR mit dem Produkt verhindert). .

Laut Branchenprozessingenieur Tyler Boss, der seit fast zwei Jahrzehnten im Bereich der Kunststoffverarbeitung tätig ist, ist die Milacron-Maschine, die die Co-Injektionstechnologie von Mold-Masters enthält, ein „Game Changer“ in der Branche.

„In der Fluiddynamik sorgt die laminare Strömung dafür, dass Flüssigkeitspartikel in Schichten glatten Bahnen folgen, wobei sich jede Schicht problemlos und ohne oder mit geringer Vermischung an den benachbarten Schichten vorbeibewegt. Bei niedrigen Geschwindigkeiten neigt die Flüssigkeit dazu, ohne seitliche Vermischung zu fließen. Mit anderen Worten: Die Kernschicht bleibt in ihrer eigenen Spur, ohne sich mit den Außenschichten zu vermischen. Je nach Anwendung und präziser Maschinensteuerung kann die Kernmenge erhöht oder verringert werden“, erklärt er.

Mit einer vollständig verkapselten Kernschicht durch diese Co-Injektionstechnologie wird die PCR-Inkonsistenz von Charge zu Charge bewältigt. Das Geruchs- und Kontaminationsrisiko wird bis ins Innerste eingedämmt, wodurch eine zuverlässige Lebensmittelkontaktschicht aufrechterhalten wird. Darüber hinaus bleibt die Farbe mit der des gewünschten Hautmaterials konsistent.

Diese nachhaltige Lösung der Injektion von PCR als Füllstoffkernschicht hat das Potenzial, erhebliche Einsparungen für den Former zu erzielen. Es reduziert den Einsatz von Neumaterial, kann Zykluszeiten einhalten, nutzt Komponenten vorhandener Werkzeuge und hat manchmal sogar geringere Kosten pro Teil (wenn Nachmahlen günstiger ist als Neumaterial, führt das zu erheblichen Einsparungen und einem günstigen ROI für den Hersteller). gleicht die Anfangsinvestition aus).

Bevor Milacron diese nachhaltige PCR-Formlösung vor mehr als fünf Jahren auf den Markt brachte, verfügte Milacron bereits über die Technologie zur Herstellung von Co-Injektionsteilen wie Toilettensitzen, Kühlschrankgriffen, Traktorhauben und Chemikalienbehältern mithilfe seiner proprietären Co-Injektionstechnologie.

Der einzige Nachteil der Maximierung des PCR-Gehalts kann ein sichtbarer Unterschied sein. Bei der dunklen PCR kann auf den dünnwandigen Eimern ein „seltsamer Schatten“ zu sehen sein, da die äußere Frischschicht die dunkle (oder manchmal schwarze) PCR-Schicht nicht vollständig maskieren kann.

„In unserer Branche werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Nachhaltigkeit zu verbessern“, sagt Stirn. „Wir brauchen Markeninhaber und Verbraucher, die sich der Herausforderungen und Kompromisse, die diese neuen Technologien oder Techniken mit sich bringen, bewusster werden.“

Stirn hofft, dass führende Kunststoffverarbeiter wie Milacron und Mold-Masters eines Tages verantwortungsvoll behaupten können, dass sie gemeinsam daran gearbeitet haben, den Weg für das Bewusstsein der Verbraucher für recycelte Kunststoffe zu ebnen. Dies würde zu Verbesserungen im Kreislaufrecycling führen und eine stärkere PCR-Integration in den täglichen Gebrauch ermöglichen.

Ausschnitt zeigt die Konsistenz der äußeren und inneren Schicht an der Vorderkante.

Co-Injektionsmaschinen und Nachrüstlösungen sind verfügbar, aber Spritzgießer müssen zunächst verstehen, was für ihre Anwendung am besten ist. Oftmals können durch eine Nachrüstung oder einen Umbau bestehender Maschinen mehrere Probleme gelöst werden. Das Co-Injection CONNECT™-Paket von Mold-Masters ist als Nachrüstung für fast jede bestehende Single-Shot-Spritzgießmaschine erhältlich. Am besten wenden Sie sich an einen OEM, der über nachgewiesene Erfahrungen und Kenntnisse im Bereich Co-Injektion verfügt.

Für weitere Informationen zu den Co-Injektionsmaschinentechnologien von Milacron wenden Sie sich bitte an Andy Stirn von Milacron. Er wird im kommenden Mai auf der NPE 2024 in Orlando am Stand von Milacron anwesend sein. Und der Experte für Kunststoffverarbeitung, Tyler Boss von DME und Milacron, kann ein breites Spektrum an Fragen im Zusammenhang mit Co-Injektionstechnologie, technischem Formen sowie anderen Belangen der Kunststoffverarbeitung/-technik beantworten. Beide sind auch auf LinkedIn zu finden. Darüber hinaus sind Milacron und Mold-Masters auf LinkedIn, Facebook und Twitter mit wertvollen Informationen zu Kunststoffverarbeitungslösungen vertreten.

Milacron (Milacron.com) ist ein weltweiter Branchen- und Technologieführer in der Herstellung von Spritzguss- und Extrusionsmaschinen. Milacron produziert und liefert außerdem Maschinen, Hilfsmittel und Komponenten, die seine Kunststoffverarbeitungsmaschinen und -systeme ergänzen. Die 1.900 Mitarbeiter des Unternehmens weltweit arbeiten zusammen, um eine vielfältige Produktpalette für verschiedene Kunststoffanwendungen anzubieten. Milacron unterhält langjährige Beziehungen zu mehr als 27.000 globalen Kunden in Nordamerika und Indien sowie eine Abdeckung in Europa und in vielen Schwellenmärkten, einschließlich Süd-/Mittelamerika.

Mold-Masters (moldmasters.com) ist ein Anbieter von Heißkanälen, Steuerungen, Hilfseinspritz- und Co-Einspritzsystemen. Mold-Masters ist für die Patentierung des ersten kommerziell nutzbaren Heißkanalsystems im Jahr 1965 verantwortlich. Heute ist Mold-Masters in mehr als 100 Ländern tätig und beschäftigt eine vielfältige Belegschaft.

Milacron und Mold-Masters sind Betriebsgesellschaften von Hillenbrand (NYSE: HI), einem globalen reinen Industrieunternehmen, das hochentwickelte, geschäftskritische Verarbeitungsgeräte und -lösungen für Kunden in über 100 Ländern auf der ganzen Welt bereitstellt. www.hillenbrand.com

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