回收料芯，原生料表面： 夹芯注塑引领可持续制造

夹芯部件的可见表面由原生材料制成，芯部则由回收材料制成。这一技术使生产的部件外观完美无瑕且回收料含量最高可达50%。ENGEL的Skinmelt技术已被证实对此行之有效，即使面对复杂的部件结构也不例外。该方法既高效又经济。在此工艺中，注塑机（图1）配备两套注射单元，一套是用于注射外层表皮的原生材料，另一套则是用于注射芯层的回收材料。

标题图：芯部采用发泡回收材料而外层为原生材料包覆的马桶座圈（侧面剖开） © ENGEL

图1：该注塑机配备两套用于执行Skinmelt工艺的注射单元 © ENGEL

决定了层状结构的工艺流程包含四个步骤。第一步，将两种组分分别计量并注入相应的注射单元。随后，表层组分单元移向芯部组分单元并与之压合。第三步，将表层组分转移至芯部组分的塑化料筒中。最后，表层组分单元升起，由下方的单元将整个塑料熔体注射入模，其中表层组分形成模制品的外皮（图2）。

图2：起始状态下，装有表层部件（原生材料，绿色）的W 单元向下移动并与装有芯部组分（回收材料，黑色）的H 单元对接。两种材料组分均由H 单元计量并注射，其中表层组分先行 © ENGEL

与传统的共注塑技术不同，Skinmelt技术是将一定体积的表层组分定量注入芯部组分的塑化料筒中。这简化了操作和处理，因为其注射过程与常规注塑成型类似。由于注射前两种材料在同一单元中前后排列，因此可以确保最佳的熔体流动，且部件上不会出现切换痕迹。注射过程的最终阶段是注射芯部组分，因此可以获得更高的芯部占比，进而实现更高的回收料含量。

该工艺具有诸多优势，其中最突出的一点是能够生产出具有高质量表面光洁度的部件。同时，它还有助于减少碳足迹，因为由回收材料制成的芯部组分最多可占所用材料总量的50%。这也符合到2030年回收料含量达30%的法规要求，从而避免了不合规带来的处罚。

为了进一步降低碳足迹和部件重量，芯部材料可进行发泡处理。该技术还可通过对芯材进行纤维增强来提升产品的机械性能，而且这一增强层从外部看是不可见的。此外，其涂层还可提供保护功能，在气味和导热性等方面均可产生积极影响。因此，塑料加工商能够通过该解决方案将可持续性和成本效益结合起来。

德国制造的现代卫浴技术——一则成功案例

Sanitärtechnik Eisenberg GmbH（Sanit）公司在马桶座圈的生产中采用了Skinmelt技术。选用该技术的主要原因是其芯材重量占比最高可达50%。这一高比例在其他夹芯工艺中通常难以或无法实现。ENGEL的技术使发泡剂可被用于芯部，从而减少材料用量。此外，产品本身也需要多层结构——热塑性夹芯结构使马桶座圈比以往的热固性型号更具抗断裂性。

这些马桶座圈在一台ENGEL duo双模板注塑机上生产，其锁模力为5000kN。该机器配备两套注射单元：一套用于注射表层组分，螺杆直径为70mm；另一套用于注射芯部组分，螺杆直径为135mm。Skinmelt技术在塑料水箱上的应用目前已处于规划阶段。在生产过程中，该工艺在颜色更换方面也具有显著的实用优势。注塑成型工艺常会产生大量颜色混杂的“二次着色部件”，因无法满足产品外观要求而只能报废。Skinmelt工艺正能有效解决这一问题。

过去更换颜色时可能需要丢弃多达50个部件，而现在完成这一过程则快得多，且二次着色部件极少，从而相应地提升了整体设备效率（OEE）。此外，无需对机器进行任何改造，装有需着色表层组分的注射单元即可用新料单独冲洗。冲洗完成后即可恢复生产，仅需四次注射便可清洁转向头和注射单元并重新开始生产合格部件。这之所以可行是因为注射单元从前端注入着色熔体，而剩余的芯部材料无需重新着色（图3）。

图3：采用Skinmelt工艺生产的马桶座圈截面图，其芯部与外壳使用了不同颜色的材料 © ENGEL

除了优化马桶座圈的机械性能，发泡工艺还具有更多优势。实践表明，在芯部使用发泡剂可使所需锁模力降低约30%，并且注射过程中膨胀的气体在模具的长流道中起到二次保压的作用。这两个因素同时为整个生产单元带来了额外的节能效益。成品件（座圈和盖板）由ENGEL公司的Viper 20线性机器人从模具中取出（图4）。

图4：在Sanit公司的生产线上，一台viper 20线性机器人正从ENGEL duo 500注塑机中取出一个马桶座圈 © Sanit

图5：与箱体的标准生产工艺相比，Skinmelt工艺可实现20%的二氧化碳减排 © ENGEL

巨大的二氧化碳减排潜力

Skinmelt工艺不仅仅在欧洲广受欢迎。在Chinaplas 2024展会上，一套配备锁模力为7000 kN的双模板注塑机（duo）的生产单元备受瞩目。它现场演示了一种芯部由回收材料发泡而成的箱体的生产过程（图5）。这些箱体的规格包括单次注射重量1280g和循环周期56s。

这些收纳箱由60%的新聚丙烯（PP，型号：Sabic 511MK 41）和40%的回收材料（型号：Sabic PPcompound 3320EH）制成，其中回收材料使用发泡剂（LD54NS；生产商：Joysun）进行了处理。由于使用了发泡剂，箱体实现了约5%的减重。此外，与标准生产工艺相比，使用回收材料使二氧化碳排放量降低了约20%（表1）。值得注意的是，1千克原生材料会向环境排放3.52千克二氧化碳，而1千克回收材料对应的排放量仅为1.59千克。

表1：生产1.28千克箱体的温室气体平衡计算示例（单位：千克二氧化碳当量/每个注塑件）。由回收料制成的芯部（Skinmelt）可节约资源 （来源：ENGEL）

¹⁾ 包括粉碎、清洗和加工过程。

结论

Skinmelt技术的应用表明，通过创新制造工艺加工回收材料能够获得显著的经济和生态优势。这些进展是塑料行业迈向更可持续生产工艺的重要一步。同时，夹芯工艺还提供了高度的灵活性——它展示了如何在欧洲经济地生产出具有定制性能的塑料制品。

本文由荣格独家翻译自Plastics Insights杂志
作者：DI Stefan Fehringer，Dr. Klaus Fellner，Peter Grempel

来源：荣格-《国际塑料商情》

原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。