PCR材料力学性能研究

PCR材料力学性能研究

宫岩

（珠海格力电器股份有限公司，广东珠海，519000）

摘要：随着低碳绿色成为各界关注的焦点，消费后塑料（Post Consumer Recycling，PCR）逐渐进入了人们的视野，简要介绍了PCR的来源与力学性能的影响。研究不同添加比例的PCR对材料的力学性能（拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度及悬臂梁缺口冲击强度）的影响。结果表明：PCR材料在经过消费、使用后，其力学性能较未经使用的塑胶原料降低。同时随着PCR材料的添加比例增加，其力学性能也随之降低。最后就各国对于环保低碳的政策，对PCR材料的未来发展趋势进行了预测。

关键词：消费后塑料 力学性能 低碳

PCR Material Mechanics Performance Research

Yan G

(Zhuhai Gree Electric Co.,Ltd,Zhuhai,Guangdong,519000)

Abstract：As low-carbon green has become the focus of attention from all walks of life, post- consumer plastic(Post Consumer Recycling，PCR)have gradually entered people’s field of vision. Briefly introduces the source of PCR and the impact of it’s hydraulic properties. The effect of PCR on the mesomatic properties of the materials (stretch strength、fracture elongation、bending strength and the impact strength of the cantilever beam notch) with different addition scales is studied.The results show that: PCR materials after consumption and use, it’s hydraulic properties are lower than unused plastic raw materials. And with the increase of PCR material addition ratio, it’s hydraulic properties are also reduced. Finally according to the policies of various countries on environmental protection and low carbon, the future development trend of PCR materials is predicted.

Keywords：Post- consumer plasticMechanics low carbon

1 引言

PCR（即Post Consumer Recycling）是指经过使用、消费、流通后产生的废塑料，被称为消费后塑料。截至2012年，在中国塑料工业年鉴的统计数据中，中国国内废弃塑料量可达3400万吨左右，进口废弃塑料量近890万吨，社会对于废弃塑料的拥有总量达到了4300万吨。如图1所示。自2000年以来，中国进口废塑料的数量从200万吨开始逐年持续上升，2010年至2012年连续超过800万吨。研究人员发现，塑料废弃物在未来的三十年中仍将持续增长，在带来经济压力的同时也带来了环境的危害，废弃塑料的日渐增长正严重影响着人类的生存环境。近年来，随着环保理念逐渐深入人心，如何解决塑料废弃物对于环境造成的不良影响成为了人类必须要研究的课题。

图1 2012年中国废弃塑料总量统计

同时中国政府将构建循环经济和节约型社会作为基本国策，节约资源、保护环境成为全社会的共同责任。在鼓励资源循环利用的同时，政府还加强了对资源回收和循环利用行业的环境监控。通过将消费后塑料的回收再生利用，能够将工业垃圾变成极有价值的工业生产原料，实现资源再生循环利用。随着塑料需求日益增长，使用PCR材料有利于打造回收再利用的经济闭环。

2 PCR材料的来源及检验方式

2.1PCR材料的来源

塑料在经过消费、流通、使用后，根据塑胶原料不同的使用时间及使用环境，也会导致PCR材料的性能具有较大差异。经过回收的塑料的力学性能很大程度上反映了材料经过市场流通及使用的损耗程度。通过对回收塑料来源的控制可以有效地减少PCR材料的力学性能的影响，也可以有效地提高材料后续使用的稳定性。

2.2PCR材料力学性能检验方式

根据制定材料的力学性能要求，可以有效地维持材料的稳定性。

2.2.1拉伸强度

根据GB/T 1040，抽取塑胶原料注塑标准拉伸试样，试样的主要尺寸L=（115±1）mm、L0=（50±0.5）mm、L1=（80±2）mm、L3=150mm、h=(4±0.2)mm、b1=（10±0.2）mm，如图2所示。打样完毕后需根据GB/T 2918中的要求放置88h，放置环境为：T=(23±2)℃，φ=(50±10)%。试样状态调节完毕后，使用电子万能试验机进行拉伸强度试验，共测试5根试样，根据测试结果得出算术平均拉伸强度。

图2 拉伸试样

进行实验时，若出现下述现象则应丢弃该样条并取试样重新实验：

1、试样肩部若产生断裂；

2、塑性变形扩展到试样的整个肩宽；

3、试样在夹具内出现滑移；

4、试样在距任一夹具10mm以内断裂；

5、试样由于明显缺陷导致过早破坏。

2.2.2断裂伸长率

断裂伸长率与拉伸强度的试样及操作步骤相同，可由测试拉伸强度过程中同步得出。若出现断裂位置发生在变形夹具之外的情况，则此次试样得到的数据不可作为分析结果，需取试样重新测试。

2.2.3弯曲强度

根据GB/T 9341，抽取塑胶原料注塑标准弯曲试样，试样的尺寸：L=（80±2）mm、b=（10±0.2）mm、h=（4±0.2）mm，如图3所示。试样的尺寸应被准确测量，测量工具为游标卡尺，试样不可存在变形、扭曲。打样完毕后需根据GB/T 2918中的要求放置88h，放置环境为：T=(23±2)℃，φ=(50±10)%。

图3 弯曲试样

使用电子万能试验机进行试验，使用20KN传感器，将试样放置于支座上，且与压头刚好接触，试验条件为：弯曲速率为2mm/min。当试样断裂则停止实验、规定挠度或出现最大力，结束试验，得出试样弯曲强度。共测试5根试样，根据测试结果得出算术平均弯曲强度。

若断裂试样在跨度中部1/3处断裂，则此次试样得到的数据不可作为分析结果，需重新取样进行试验。

2.2.4悬臂梁缺口冲击强度

根据GB/T 1843，抽取塑胶原料注塑标准试样，试样的尺寸：L=（80.0±2）mm、b=（10.0±0.2）mm、h=（4.0±0.2）mm、缺口剩余宽度bN=（8.0±0.2）mm。缺口类型为A型,试样尺寸严格检验，符合要求的方可用于检验。打样完毕后需根据GB/T 2918中的要求放置88h，放置环境为：T=(23±2)℃，φ=(50±10)%。

图4 悬臂梁缺口冲击强度试样

使用悬臂梁冲击试验机试验,选择储能为2.75J的摆锤，对其进行空摆试验，待确认空摆示值在误差范围内后，将待测样条放置在卡口位置，使用定位器进行定位，使样条处于垂直状态，转动卡口螺杆，固定试样。扬起摆锤，调整卡扣使其固定在150°处，将指针拨在最大示值处，拉动定位卡扣使摆锤自由下落，冲击试样。通过刻度盘示数得到冲击试样所消耗的功Ec。根据式2-1，得到缺口冲击强度。

                                                          (式2-1)

共试验5根试样，取其算术平均值。

3 PCR材料的力学性能

PCR材料经过市场流通、使用后，根据材料的使用环境优劣及时间长短，其力学性能会有不同程度的降低。将收集、拆解、分选后的材料以不同添加比例添加至未经过使用的塑胶原料中，造粒出PCR材料。对不同添加比例的PCR材料进行拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度及悬臂梁缺口冲击强度测试，测试结果如表1所示。未经过使用的塑胶原料的力学性能见表2。

表1 PCR材料力学性能

表2 ABS及HIPS力学性能

由表1及表2数据可知，相较于未经过使用的塑胶原料的力学性能而言，PCR材料的拉伸强度约降低1—6 Mpa、断裂伸长率约降低1—4 %、弯曲强度约降低0.3—2 Mpa、悬臂梁缺口冲击强度约降低1—3 KJ/㎡。随着PCR材料的添加比例增加，其力学性能也随之降低。材料在经过改性后，其力学性能差异较小，具有较好的可循环使用性。

4 PCR材料未来发展趋势

越来越多的国家政府正在将“碳中和”作为国家战略，提出了净零排放或“碳中和”的目标，建立了无碳未来的愿景。英国议会于2019年通过了将净零排放目标改为100%的修正案。苏格兰的议会正在制定一项法案，在2045年实现净零排放。匈牙利在2020年6月通过的气候法中承诺到2050年气候中和。南非政府于2020年9月公布了低排放发展战略（LEDS），概述了到2050年成为净零经济体的目标。法国国民议会于2019年6月27日投票将净零目标纳入法律。瑞典于2017年制定了净零排放目标。根据《巴黎协定》，瑞典将

“碳中和”的时间表提前了五年。瑞士联邦委员会于2019年8月28日宣布，打算在2050年前实现碳净零排放，深化了《巴黎协定》规定的减排70%-85%的目标。

中国国家发展改革委生态环境部在《关于进一步加强塑料污染治理的意见》中指出，以可循环、易回收、可降解为导向，研发推广性能达标、绿色环保、经济适用的塑料制品及替代产品，培育利于规范回收和循环利用、减少塑料污染的新业态新模式。对未来的预测：

1）政策趋严，不走回头路，前途仍然光明；

2）精细管理，应用广泛；

3）科学理性，循环还要经济、绿色与低碳。

在大力倡导环保的情况下，随着循环经济愈发受到社会各界的关注，实现低碳的目标愈发迫近，PCR材料应用于各行各业的趋势也愈发明显。PCR材料对于许多意欲在更广阔领域提高影响力或赢得发展机会的企业而言，是一种理想选择，更是一种助推力。

参考文献

[1] 7 亿个包装瓶采用 100% 回收塑料制成[J] . 现代塑料，2021(01) ：29- 31.

[2] “跨界当道”，循环经济得到推崇[J] .中国包装，2020(02) ：20- 21.

[3] 洞察前景，包装趋势发展分析[J] . 中国包装，2020(05) ：18-19.

[4]世界部分国家“碳中和”目标[J]. 国家电网. 2021 (03).