Переработка труб из HDPE: как превратить отходы в конструкционные трубные изделия

Переработка труб из ПЭВП представляет собой процесс сбора, сортировки, очистки и переработки отходов труб из полиэтилена высокой плотности в переиспользуемую смолу, которую можно экструдировать в новые трубы, листы или профили. Современные линии производства спиралевидных профилей и коэкструзионных труб могут включать в наружные слои труб со структурной стенкой переработанный ПЭВП, сохраняя при этом механические свойства, необходимые для муниципальных и промышленных применений.

В 2024 году производитель труб в Восточной Европе столкнулся с проблемой, которая становится все более распространенной по всему миру. Плата за свалку мусора удвоилась, и муниципальные покупатели начали требовать включения переработанных материалов в свои технические условия для труб на сброс дождевой воды. Производитель имел доступ к отходам ПЭВП после промышленного использования из близлежащей фабрики кабельных каналов, но не имел четкого процесса превращения этих отходов в трубы, соответствующие техническим требованиям. В течение восемнадцати месяцев они установили линию дробления и мойки, настроили систему экструзии спиралевидных профилей труб для коэкструзии и начали поставлять трубы DN800мм SN8 с сорок процентами переработанных материалов в наружном профильном слое.

В этой статье объясняется, как работает переработка труб из ПЭВУ, какое оборудование необходимо производителям труб и как сохранить качество, когда переработанный смолы становятся частью вашей стратегии по использованию сырья. Независимо от того, вы рассматриваете переработку как меру по экономии затрат или реагируете на потребность клиентов в устойчиво производимых продуктах, следующая схема поможет вам реализовать ее с прибылью.

Основные выводы

• Переработка труб из ПЭВУ позволяет перерабатывать отходы после промышленного использования и после потребления в перерабатываемую полиэтиленовую смолу для производства новых труб.

• Совместное экструдирование позволяет использовать переработанный ПЭВУ в наружных конструкционных слоях, в то время как чистая смола защищает внутреннюю функциональную поверхность.

• Корректная сортировка, промывка и фильтрация расплава являются важными для удаления загрязнителей и сохранения качества труб.

• Машины для производства труб с спиральным профилем могут обрабатывать смеси с содержанием переработанных материалов до 80% в несущественных слоях.

• Трубы из ПЭВУ с содержанием переработанных материалов могут соответствовать стандартам ASTM F894, EN 13476 и ISO 21138, если они правильно спроектированы и изготовлены.

Почему переработка труб из ПЭВП имеет значение для производителей труб

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) является одним из наиболее перерабатываемых термопластов, используемых в инфраструктуре. В отличие от продуктов с поперечной связью или многоматериальных продуктов, ПЭВП можно плавить, фильтровать и переэкструдировать несколько раз без катастрофического ухудшения качества. Эта способность к переработке создает как экологические, так и коммерческие преимущества для производителей труб.

Рыночные стимулы

Несколько тенденций побуждают производителей использовать переработанный материал:

• Нормативно-правовые требования: правительства стран Европейского Союза, нескольких штатов США и некоторых регионов Азии сейчас требуют минимального содержания переработанного материала в государственных закупках.

• Спрос покупателей: муниципалитеты и коммунальные предприятия все чаще сообщают о показателях устойчивого развития и предпочитают поставщиков, которые могут подтвердить использование переработанного материала.

• Колебания цен: Цены на исходный ПЭВП колеблются в зависимости от цен на нефть и природный газ. Переработанный полимер может стабилизировать стоимость сырья, если он поставляется из местных источников.

• Снижение отходов: Постпромышленные отходы, образующиеся в процессе производства труб, такие как отходы при запуске, обрезки краев и бракованные длины, имеют непосредственное повторное использование.

Экологические характеристики

Производство труб из переработанного HDPE снижает нагрузку на свалки и уменьшает встроенный углерод инфраструктурных проектов. По данным Агентства по охране окружающей среды США, переработка HDPE потребляет значительно меньше энергии, чем производство первичного смолы из сырья. Для производителей труб эти характеристики преобразуются в конкурентное преимущество при публичных тендерах, где оценка жизненного цикла и оценка устойчивости влияют на принятие решения о выборе победителя.

Восточноевропейский производитель обнаружил, что только утверждения о устойчивости не были достаточными. Покупатели хотели документацию: сертификаты на содержание переработанных материалов, отслеживание партии и отчеты о тестах, показывающие, что трубы все еще соответствуют требованиям к кольцевой жесткости SN8. После того, как эти системы были введены в действие, линия труб с переработанным содержанием стала самым быстрорастущим сегментом их продукции.

Источники и типы отходов пучных труб из ПЭВП

Не все отходы ПЭВП имеют одинаковую ценность. Качество переработанного смоляного материала в значительной степени зависит от исходного материала и степени чистоты его отделения от загрязнителей.

Промышленные отходы

Промышленный материал поступает из производства и обычно является самым чистым источником. Общие формы включают:

• Отходы производства труб: Отрезки при профилировании, гофрировании и калибровке

• Отходы при запуске и смене цвета: Материал, полученный при настройке линии до достижения стационарного режима

• Отбракованные секции труб: Трубы, не прошедшие размерный, визуальный или механический контроль

• Литьевые фитинги и отходы: Чистые компоненты из ПЭВП из производства фитингов

• Промышленная упаковка: Бочки, ящики и паллеты из ПЭВП

Промышленные отходы имеют предсказуемый индекс расплава, плотность и уровень загрязнения. Это самый простой сырьевой материал для повторного использования в производстве труб без проведения обширных качественных испытаний.

Постпотребительский отход

Постпотребительский материал поступает из продуктов, которые завершили свой срок службы. Для переработки труб из ПЭВП это включает:

• Снятые с эксплуатации водопроводные и газопроводные трубы: Выкопанные трубы PE80 или PE100, удаленные из коммунальных сетей

• Сельскохозяйственные дренажные трубы: Использованные гофрированные трубы из ПЭВП с ферм

• Муниципальные дренажные и канализационные трубы: Удаленные в рамках проектов реконструкции или замены

• Потребительские контейнеры: Банки для молока, бутылки для моющих средств и контейнеры для чистящих продуктов

Постпотребительский сырьевой материал более изменчив. Он может содержать почву, осадок, этикетки, клеи и загрязнения смешанными полимерами. Перед использованием в строительных трубах он требует более интенсивной мойки, сортировки и фильтрации расплава.

Классификация отходов

Переработчики обычно классифицируют отходы из ПЭВП по цвету, уровню загрязнения и свойствам расплава. Более высокие классы имеют более высокую цену и могут использоваться в более требовательных приложениях. Более низкие классы могут быть ограничены несущими слоями, дренажными трубами с менее строгими требованиями или продуктами, полученными в результате понижающей переработки, такими как паллеты и настил.

Процесс переработки ПЭВК-труб

Преобразование отходов в сырье, готовое для производства труб, включает несколько механических и термических этапов. Каждый этап влияет на конечное качество, поэтому производители должны проектировать линию переработки так, чтобы она соответствовала требованиям к исходному сырью и конечному продукту.

Этап 1: Сбор и сортировка

Отходы поступают на предприятие по переработке в балах, в виде отдельных кусков или в крупногабаритных партиях. Первая задача - удалить явные загрязнители, такие как металл, дерево, резина и другие полимеры. Обычными методами являются ручная сортировка, магнитная сепарация и оптическая сортировка с использованием ближнего инфракрасного излучения. Сортировка по цвету также может быть необходима, если конечный продукт имеет эстетические требования.

Этап 2: Размельчение

Большие секции труб и фитинги должны быть размельчены до размеров, достаточных для промывки и экструзии. Это делается с помощью:

• Дробилки: разбивают трубы на крупные кусочки

• Грануляторы: производят более мелкие и однородные хлопья

• Мокрые дробилки: Совмещают уменьшение размера с первичной мойкой

Размер хлопьев влияет на эффективность мойки и поведение при плавлении. Меньшие хлопья очищаются более тщательно, но могут быстрее разлагаться при перегреве.

Шаг 3: Мойка и сушка

Мойка удаляет грязь, песок, масла, этикетки и клеи. Типичная линия мойки включает:

• Предварительная мойка: Удаляет неплотно прилипшую поверхностную загрязненность

• Трения мойка: Механически очищает хлопья в воде

• Щелочная или детергентная мойка: Растворяет масла и некоторые клеи

• Промывка: Удаляет чистящие химические вещества

• Сушка: Центрифужные сушилки и термические сушилки снижают содержание влаги

Влаго-содержание является одним из главных врагов экструзии переработанного HDPE. Даже небольшое количество остаточной воды может вызывать образование пузырьков, полостей и низкую прочность сварки в готовой трубе. Сушильные системы должны обеспечить уровень влажности ниже 0,05% для большинства трубных применений.

Шаг 4: Переплавка и фильтрация

Очищенные хлопья подаются в одношнековый или двухшнековый экструдер, где они расплавляются, гомогенизируются и фильтруются. Основные компоненты включают:

• Плавильный насос: обеспечивает постоянный поток и давление

• Сменный фильтр: удаляет оставшиеся твердые загрязнители, такие как песок, бумага и металлические частицы

• Дегазирующий патрубок: удаляет влагу и летучие загрязнители

• Пеллетирующее устройство или прямое экструдирование листа: формирует переработанный полимер в гранулы, лист или профиль

Пеллетирование позволяет получить стабильный, сохраняемый промежуточный продукт. Некоторые производители труб предпочитают прямую встроенную переработку, при которой очищенные хлопья подаются непосредственно в линию экструзии труб без пеллетирования.

Шаг 5: Компounding и тестирование качества

Для важных применений переработанный HDPE смешивается с первичным полимером, стабилизаторами, красителями и вспомогательными веществами для обработки, чтобы обеспечить постоянные свойства. Тестирование качества обычно включает:

• Показатель расплава (MFI): подтверждает технологичность

• Плотность: Проверяет марку материала

• Предел прочности при растяжении и удлинение: Проверяет механическую целостность

• Время окислительного индукции (ОИТ): Оценивает долговременную термическую стабильность

• Скриннинг на загрязнения: Обнаруживает материалы, не относящиеся к ПЭ, или гели

Партии переработанного полимера должны быть проверены по характеристикам поступающего чистого материала перед выпуском в производство.

Использование переработанного ПЭВП в производстве новых труб

Самым практичным способом использования переработанного ПЭВП в производстве труб является коэкструзия, при которой различные составы материалов образуют отдельные слои стенки трубы.

Архитектура коэкструзии

В типичной трехслойной спиральной профилированной или гофрированной трубе структура может быть организована следующим образом:

• Внутренний слой: Чистый ПЭВП или ПП для гладкой гидравлической поверхности и химической стойкости

• Средний или внешний конструкционный слой: Переработанный ПЭВП, смешанный с чистым материалом для кольцевой жесткости

• Внешняя оболочка: Чистый или окрашенный рециклированный слой для защиты от УФ-излучения и улучшения внешнего вида

Такая конструкция позволяет функциональной внутренней поверхности контактировать с чистым материалом, при этом максимально увеличивая содержание рециклированного материала в структурных ребрах или полых камерах. Наши машины для производства HDPE/PP спиральных профильных труб могут быть настроены для многослойной коэкструзии, что позволяет производителям оптимизировать стоимость материалов без потери качества.

Ограничения по содержанию рециклированного материала

Максимальный процент рециклированного HDPE зависит от применения и стандарта:

• Безнапорные дренажные и дождевые трубы: С правильным контролем качества в наружных слоях можно достичь содержания рециклированного материала до 70-80%

• Канализационные трубы, контактирующие с химическими веществами: Обычно содержание рециклированного материала составляет 30-50%, чтобы сохранить стойкость

• Трубы для питьевой воды: Большинство стандартов ограничивает или запрещает использование рециклированного материала из-за требований по миграции и гигиене

• Трубы с конструкционной стенкой: Содержание рециклированного материала обычно ограничено наружным профильным слоем, а внутренний слой выполнен из чистого материала

Производители труб должны сотрудничать с клиентами и сертифицирующими органами, чтобы подтвердить приемлемые уровни содержания переработанных материалов для каждого проекта.

Вопросы обработки

Переработанный ПЭВП имеет другие характеристики обработки, чем чистый полимер:

• Вязкость расплава: Переработанный полимер может иметь более низкую или более высокую вязкость в зависимости от деградации молекулярной массы

• Термическая стабильность: Несколько циклов нагрева снижают окислительную стабильность, что требует дополнительных стабилизаторов

• Разнообразие цветов: Переработанный сырьевой материал смешанных цветов дает более темные или неравномерные цвета, если его не сортировать или не окрашивать

• Запах: Материал после использования может сохранять запахи от предыдущего использования, если его не промыть и не обезгазить должным образом

Конструкция шнека экструдера, температурный профиль и геометрия матрицы могут потребовать корректировки при использовании высоких процентов переработанного материала.

Ахмед, менеджер по производству на трубной фабрике в Северной Африке, сначала попробовал использовать 100% переработанный ПЭВП для производства труб с твердой стенкой для дренажа. Трубы прошли визуальный осмотр, но не прошли испытания на кольцевую жесткость, потому что партия переработанного материала имела более широкое распределение молекулярных масс, чем чистый полимер. После перехода к конструкции с коэкструзией, при которой переработанный материал использовался только в наружном гофрированном слое, его завод достиг общего содержания переработанных материалов в 50%, при этом постоянно соответствуя требованиям SN4 и SN8.

Стандарты качества для труб из ВПЭ с содержанием переработанных материалов

Трубы, содержащие переработанный ВПЭ, должны соответствовать тем же стандартам установки и эксплуатации, что и трубы из первичного материала. Ключевым моментом является доказательство того, что готовый продукт, а не только сырье, работает в соответствии с заданными характеристиками.

Соответствующие стандарты

Общие стандарты для труб из ВПЭ и ПП включают:

• ASTM F894: Технические условия для труб из полиэтилена с профильной стенкой

• EN 13476: Пластиковые трубопроводные системы для безнапорного подземного дренажа

• ISO 21138: Пластиковые трубопроводные системы с структурированной стенкой

• ASTM D3350: Классификация ячеек для труб и фитингов из полиэтилена

Эти стандарты определяют физические и механические требования, такие как кольцевая жесткость, ударная прочность, растягивающие свойства и допуски по размерам. Обычно они не запрещают использование переработанных материалов, но требуют, чтобы готовая труба соответствовала всем критериям эксплуатации.

Протокол тестирования

Производители должны внедрить протокол тестирования, который включает:

• Тестирование поступающего смолы: MFI, плотность, OIT и проверка на загрязнения для каждой переработанной партии

• Валидация процесса: Пробные производственные запуски для подтверждения параметров экструзии и свойств труб

• Тестирование готовых труб: Кольцевая жесткость, ударная прочность, жесткость труб и визуальный осмотр в соответствии со стандартом

• Следуемость: Записи о партиях, связывающие переработанный сырьевой материал с партиями готовых труб

Для муниципальных контрактов может потребоваться сертификация третьей стороны. Органы сертификации будут проверять производственный процесс, систему качества и записи о тестах.

Долговременная эффективность

Основная проблема с переработанным HDPE в трубах - это долговременная долговечность. Окислительное разложение во время обработки и эксплуатации может сократить срок службы, если стабилизаторы неадекватны. Правильное составление с антиоксидантами, УФ - стабилизаторами и вспомогательными веществами для обработки является обязательным. Ускоренные испытания на старение, такие как испытания в термостате и испытания на сопротивление воздействию окружающей среды и напряжения (ESCR), помогают подтвердить долговременную эффективность.

Оборудование, необходимое для комплексного переработки HDPE-труб

Производители труб, которые хотят организовать переработку на собственном предприятии, нуждаются не только в линии экструзии труб. Полноценная переработка включает оборудование для измельчения, мойки, сушки, переработки и контроля качества.

Компоненты линии переработки

• Роторный измельчитель или дробилка: уменьшает размер отходов до удобного для обработки фракции

• Линия мойки: очищает и отделяет загрязнения

• Сушилка: удаляет влагу перед экструзией

• Экструдер для переработки: плавит и фильтрует очищенные фрагменты

• Пеллетирующее устройство: формирует равномерные гранулы для хранения или непосредственного подачи

• Система транспортировки материалов: конвейеры, силосы и дозирующие системы смешивают переработанный и исходный полимер

Конфигурация линии экструзии труб

Линия экструзии труб должна поддерживать коэкструзию, если переработанный материал используется в наружных слоях. В Qingdao Yongke Machinery наши линии производства спиралевидных профильных труб могут быть конфигурированы с несколькими экструдерами для производства многослойных труб. Основные возможности включают:

• Одношнековые экструдеры: Оптимизированы для HDPE, PP и смесей переработанных полиолефинов

• Коэкструзионные головки: Конструированные каналы потока для равномерного распределения слоев

• Вакуумная калибровка и охлаждение: Поддерживает размерную стабильность при различных материалах

• Системы управления на основе ПЛК: Хранение рецептов для первичных, переработанных и смешанных составов

Для производителей труб, которые хотят начать с низким содержанием переработанных материалов, наши линии могут быть модернизированы с однослойной на многослойную работу по мере увеличения объема переработки.

Вспомогательное оборудование

Дополнительное оборудование, которое поддерживает операции по переработке:

• Инлайн-денсификаторы: Упаковывают фрагменты с низкой объемной плотностью для более легкой обработки

• Плавильные фильтры: Удаляют мелкие загрязнения перед гранулированием или экструзией труб

• Приборы для подачи цвета: Добавляют сажу или пигменты для стандартизации внешнего вида

• Приборы лаборатории качества: Тестер MFI, колонка для определения плотности, испытатель на растяжение, анализатор OIT

Экономические и оперативные преимущества переработки труб из ПЭВК

Помимо экологического маркетинга, правильная реализация переработки может улучшить экономику производства труб.

Снижение затрат

Местный переработанный ПЭВК может стоить на 30 - 60% меньше, чем первичный полимер, в зависимости от доступности и качества сырья. Для производителей труб, расположенных близко к источникам отходов, таким как подрядчики по разборке зданий, коммунальные сети или производители упаковки, транспортные расходы также ниже.

Минимизация отходов

Внутренняя переработка производственных отходов снижает затраты на утилизацию и зависимость от свалок. Отходы при резке, бракованные трубы и отходы при запуске производства могут быть переработаны вместо того, чтобы выбрасываться. Такой замкнутый цикл переработки повышает общий выход материала.

Различия на рынке

Производители, которые предлагают сертифицированные трубы с содержанием переработанных материалов, могут участвовать в государственных закупках, имеющих требования к устойчивому развитию. Они также могут обслуживать частных застройщиков и коммунальные предприятия, которые применили цели в области экологии, социальной ответственности и корпоративного управления (ESG).

Риски, которые необходимо управлять

Переработка не обходится без рисков. Общие проблемы включают:

• Несовместимость сырья: Отходы после потребления различаются по качеству и составу

• Более высокие затраты на обработку: Промывка, сушка и фильтрация увеличивают затраты на энергию и труд

• Требования к контролю качества: Требуется больше тестирования для проверки переработанного смоляного материала и готовой трубы

• Перекрытие рыночных цен: Когда цены на нефть низкие, конкурентное преимущество переработанного смоляного материала может уменьшиться

Успешные операции по переработке управляют этими рисками посредством квалификации поставщиков, партионного тестирования и консервативных целей по содержанию переработанных материалов.

Часто задаваемые вопросы о переработке труб из ПЭВП

Можно ли перерабатывать трубы из ПЭВП в новые трубы из ПЭВП?

Да. Трубы из ПЭВП можно измельчить, промыть, расплавить и переэкструдировать в новые трубные изделия. Наиболее распространенный подход - это коэкструзия, при которой переработанный ПЭВП образует внешний конструкционный слой, а чистый смоляной материал - внутренний функциональный слой.

Какой процент переработанного ПЭВМ можно использовать в производстве труб?

Уровень содержания переработанного материала составляет от 30% до 80% в зависимости от применения трубы, стандартов и качества сырья. Недавливающие дренажные и дождевые трубы могут содержать больше переработанного материала, чем давливающие или трубы для питьевой воды.

Соответствует ли переработанная ПЭВМ труба промышленным стандартам?

Трубы из ПЭВМ с переработанным материалом могут соответствовать стандартам ASTM F894, EN 13476 и ISO 21138, если они правильно сформулированы, обработаны и протестированы. Стандарты сосредотачиваются на характеристиках готовой трубы, а не на полной исключение переработанного материала.

Чем отличается постпромышленный и постпотребительский ПЭВМ отход?

Постпромышленный отход получается из производственных процессов и является более чистым и однородным. Постпотребительский отход получается из использованных продуктов и требует более интенсивной сортировки, мойки и фильтрации.

Какое оборудование необходимо для переработки отходов ПЭВМ труб?

Основная переработка требует измельчителя или дробилки, мойки, сушильника, экструдера для переработки с фильтрацией расплава и гранулятора. Линии производства труб также должны поддерживать коэкструзию, если переработанный материал используется в многослойных трубах.

Заключение

Переработка труб из ПЭВП предоставляет производителям труб практический способ снизить стоимость сырья, уменьшить отходы и удовлетворить растущий спрос на экологически чистые инфраструктурные продукты. Успех зависит от понимания качества сырья, инвестирования в правильную очистку и фильтрацию, а также от проектирования трубных конструкций, в которых используют переработанный полимер там, где он показывает наилучшие результаты.

Совместное экструдирование является ключевым фактором. Поместив переработанный ПЭВП в наружные структурные слои и защитив внутреннюю поверхность первородным материалом, производители могут достичь высокого содержания переработанного материала, не жертвуя кольцевой жесткостью, химической стойкостью или сроком службы. Технология спиралеобразных профильных труб особенно хорошо подходит для этого подхода, так как конструкция стенки трубы естественным образом разделяет функциональные и несущие слои.

В компании Qingdao Yongke Machinery мы разрабатываем производственные линии для спиралеобразных профильных труб из ПЭВП/ПП с возможностью совместного экструдирования для производителей, которые хотят включить переработанный материал в свой ассортимент продукции. Наша команда может помочь вам настроить правильную компоновку экструдеров, проектирование головки экструдера и технологические контролы для достижения целевого уровня содержания переработанного материала и соответствия спецификациям труб.