回收料芯，原生料表面： 夾芯注塑引領可持續制造

夾芯部件的可見表面由原生材料制成，芯部則由回收材料制成。這一技術使生產的部件外觀完美無瑕且回收料含量最高可達50%。ENGEL的Skinmelt技術已被證實對此行之有效，即使面對復雜的部件結構也不例外。該方法既高效又經濟。在此工藝中，注塑機（圖1）配備兩套注射單元，一套是用于注射外層表皮的原生材料，另一套則是用于注射芯層的回收材料。

標題圖：芯部采用發泡回收材料而外層為原生材料包覆的馬桶座圈（側面剖開） © ENGEL

圖1：該注塑機配備兩套用于執行Skinmelt工藝的注射單元 © ENGEL

決定了層狀結構的工藝流程包含四個步驟。第一步，將兩種組分分別計量并注入相應的注射單元。隨后，表層組分單元移向芯部組分單元并與之壓合。第三步，將表層組分轉移至芯部組分的塑化料筒中。最后，表層組分單元升起，由下方的單元將整個塑料熔體注射入模，其中表層組分形成模制品的外皮（圖2）。

圖2：起始狀態下，裝有表層部件（原生材料，綠色）的W 單元向下移動并與裝有芯部組分（回收材料，黑色）的H 單元對接。兩種材料組分均由H 單元計量并注射，其中表層組分先行 © ENGEL

與傳統的共注塑技術不同，Skinmelt技術是將一定體積的表層組分定量注入芯部組分的塑化料筒中。這簡化了操作和處理，因為其注射過程與常規注塑成型類似。由于注射前兩種材料在同一單元中前后排列，因此可以確保最佳的熔體流動，且部件上不會出現切換痕跡。注射過程的最終階段是注射芯部組分，因此可以獲得更高的芯部占比，進而實現更高的回收料含量。

該工藝具有諸多優勢，其中最突出的一點是能夠生產出具有高質量表面光潔度的部件。同時，它還有助于減少碳足跡，因為由回收材料制成的芯部組分最多可占所用材料總量的50%。這也符合到2030年回收料含量達30%的法規要求，從而避免了不合規帶來的處罰。

為了進一步降低碳足跡和部件重量，芯部材料可進行發泡處理。該技術還可通過對芯材進行纖維增強來提升產品的機械性能，而且這一增強層從外部看是不可見的。此外，其涂層還可提供保護功能，在氣味和導熱性等方面均可產生積極影響。因此，塑料加工商能夠通過該解決方案將可持續性和成本效益結合起來。

德國制造的現代衛浴技術——一則成功案例

Sanitärtechnik Eisenberg GmbH（Sanit）公司在馬桶座圈的生產中采用了Skinmelt技術。選用該技術的主要原因是其芯材重量占比最高可達50%。這一高比例在其他夾芯工藝中通常難以或無法實現。ENGEL的技術使發泡劑可被用于芯部，從而減少材料用量。此外，產品本身也需要多層結構——熱塑性夾芯結構使馬桶座圈比以往的熱固性型號更具抗斷裂性。

這些馬桶座圈在一臺ENGEL duo雙模板注塑機上生產，其鎖模力為5000kN。該機器配備兩套注射單元：一套用于注射表層組分，螺桿直徑為70mm；另一套用于注射芯部組分，螺桿直徑為135mm。Skinmelt技術在塑料水箱上的應用目前已處于規劃階段。在生產過程中，該工藝在顏色更換方面也具有顯著的實用優勢。注塑成型工藝常會產生大量顏色混雜的“二次著色部件”，因無法滿足產品外觀要求而只能報廢。Skinmelt工藝正能有效解決這一問題。

過去更換顏色時可能需要丟棄多達50個部件，而現在完成這一過程則快得多，且二次著色部件極少，從而相應地提升了整體設備效率（OEE）。此外，無需對機器進行任何改造，裝有需著色表層組分的注射單元即可用新料單獨沖洗。沖洗完成后即可恢復生產，僅需四次注射便可清潔轉向頭和注射單元并重新開始生產合格部件。這之所以可行是因為注射單元從前端注入著色熔體，而剩余的芯部材料無需重新著色（圖3）。

圖3：采用Skinmelt工藝生產的馬桶座圈截面圖，其芯部與外殼使用了不同顏色的材料 © ENGEL

除了優化馬桶座圈的機械性能，發泡工藝還具有更多優勢。實踐表明，在芯部使用發泡劑可使所需鎖模力降低約30%，并且注射過程中膨脹的氣體在模具的長流道中起到二次保壓的作用。這兩個因素同時為整個生產單元帶來了額外的節能效益。成品件（座圈和蓋板）由ENGEL公司的Viper 20線性機器人從模具中取出（圖4）。

圖4：在Sanit公司的生產線上，一臺viper 20線性機器人正從ENGEL duo 500注塑機中取出一個馬桶座圈 © Sanit

圖5：與箱體的標準生產工藝相比，Skinmelt工藝可實現20%的二氧化碳減排 © ENGEL

巨大的二氧化碳減排潛力

Skinmelt工藝不僅僅在歐洲廣受歡迎。在Chinaplas 2024展會上，一套配備鎖模力為7000 kN的雙模板注塑機（duo）的生產單元備受矚目。它現場演示了一種芯部由回收材料發泡而成的箱體的生產過程（圖5）。這些箱體的規格包括單次注射重量1280g和循環周期56s。

這些收納箱由60%的新聚丙烯（PP，型號：Sabic 511MK 41）和40%的回收材料（型號：Sabic PPcompound 3320EH）制成，其中回收材料使用發泡劑（LD54NS；生產商：Joysun）進行了處理。由于使用了發泡劑，箱體實現了約5%的減重。此外，與標準生產工藝相比，使用回收材料使二氧化碳排放量降低了約20%（表1）。值得注意的是，1千克原生材料會向環境排放3.52千克二氧化碳，而1千克回收材料對應的排放量僅為1.59千克。

表1：生產1.28千克箱體的溫室氣體平衡計算示例（單位：千克二氧化碳當量/每個注塑件）。由回收料制成的芯部（Skinmelt）可節約資源 （來源：ENGEL）

¹⁾ 包括粉碎、清洗和加工過程。

結論

Skinmelt技術的應用表明，通過創新制造工藝加工回收材料能夠獲得顯著的經濟和生態優勢。這些進展是塑料行業邁向更可持續生產工藝的重要一步。同時，夾芯工藝還提供了高度的靈活性——它展示了如何在歐洲經濟地生產出具有定制性能的塑料制品。

本文由榮格獨家翻譯自Plastics Insights雜志
作者：DI Stefan Fehringer，Dr. Klaus Fellner，Peter Grempel

來源：榮格-《國際塑料商情》

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