​欧洲电气电子产品循环塑料设计实用指南（四）——源自再生的实践案例

《电气电子产品面向再生和源自再生的设计：设计者实用指南》介绍了地平线2020 PolyCE项目的一些案例研究。所有案例都遵循前述的源自再生的设计方法。

在这些案例中，设计者/制造商创建了演示件，以展示在批量生产过程中有效地重复使用源自WEEE的PCR塑料的可能性和挑战。案例的目标是在产品质量上不妥协，并在可能的情况下实施面向再生的设计指南。

下文节选了飞利浦和惠而浦两个家电企业的实践案例，供大家参考。

飞利浦（PHILIPS）

在PolyCE项目中，飞利浦的目标是开发新的概念和有形的演示件原型，以测试再生塑料的极限和可能性。通过应用源自再生的设计方法，并着眼于开发的3个关键支柱（插入的复杂性等级工具、材料批准6个步骤以及观察与学习原则），飞利浦完成了多个演示件案例。这3个支柱构成了《指南》所述的“插入式方法”的基础。演示件则探索了“插入式方法”实施的可能性，并就解决材料验证、美学标准、长期生产稳定性和材料可用性方面的挑战提供了实践经验。下面依次介绍飞利浦真空吸尘器、男士剃须刀、Senseo咖啡机3个具体案例。

飞利浦地板护理演示件——真空吸尘器

飞利浦对真空吸尘器均实施并展示再生材料的质量。通过对现有产品的部件和要求进行提炼，飞利浦确定了对13个零件进行模塑试验和生产零件验证，并对比使用原生ABS与使用消费后再生等级ABS（PCR ABS）在质量（CTQ）测试[涉及冲击、气候、美学（高光黑色）和疲劳测试］中的主要区别。飞利浦在加工过程中发现，优化加工参数可以补偿模具收缩、圆形零件的平整度和较低的熔体温度。这也是开发该演示件过程中付出最大努力的地方。由于飞利浦已在该产品中使用了再生PP，可以使用源自WEEE的再生塑料制造功能齐全的无袋真空吸尘器，包括未喷漆的入门级型号和喷漆的高端型号。在新的设计策略下，飞利浦真空吸尘器使用超过75%的再生塑料，与之前的型号相比再生塑料使用量增加了45%。在开发该演示件之前，早期的模塑试验已经证明了当今一些再生塑料的质量非常高。在某些情况下，再生材料的表现甚至超出了审美预期，如高光黑色真空吸尘器的演示件所呈现的样子非常完美。

飞利浦男士剃须刀

剃须刀的内框对功能性和美观性要求不高，但飞利浦这一部件每年的塑料使用量达到130吨。在这一部件上成功应用再生塑料，意味着飞利浦将朝着应用再生材料的目标迈出了一大步。但该部件对尺寸稳定性、耐水性（IP67）、跌落测试和耐化学性方面有着严格的质量要求（CTQ’s），因此飞利浦测试了黑色消费后再生PC/ABS（PCR PC/ABS）和浅灰色工业后再生PC/ABS（PIR PC/ABS）两种材料的相关性能。结果表明，再生PC/ABS的耐化学性低于原生等级。这导致剃须刀在使用过程中受到施加在适配器插头入口部分的力影响而形成小裂缝，进而影响产品的水密性，未能达到所要求的性能。为了解决稍高的收缩率，飞利浦探索了不需要更换模具的设计思路，包括调整零件的工艺窗口和优化模塑成型参数。但是，上述两种方案均未能解决问题，需要制定新的设计思路以降低该模块的力和公差，因此仍需对模具进行轻微调整。

Senseo Eco演示件

飞利浦向咖啡机部门提出述求——通过闭合循环方法开发最具可持续性的Senseo咖啡机。在该演示件项目中，飞利浦选择对现有模型进行优化。基于已上市的产品，飞利浦评估了将再生塑料整合到产品中的不同可能性，在Senseo咖啡机和其他浓缩式咖啡机上进行模塑试验和产品验证。结果表明，应用再生ABS（PCR）和再生PC（PIR）取得了很好的效果。但为满足市场需求，飞利浦还面临巨大的挑战——提供多个颜色的产品。飞利浦与Sitraplas一起进行探索，并开发出拥有丰富颜色的再生PC，包括绿色、牛轧糖棕色、漫射白色、深黑色和烟熏半透明黑色。专业的再生企业MGG聚合物公司为飞利浦提供了大型外壳部件所需的高光泽、深钢琴黑色的再生ABS。Senseo Eco演示件是飞利浦克服材料可用性、热稳定性和颜色自由度等挑战的重要案例研究。同时，该案例还减少了产品的碳足迹，有助于提高消费者的环保意识，达到超出预期的效果。最终，该产品的再生材料含量达到75%，成为将再生塑料融入新产品的优秀案例之一。

总体来说，通过上述演示件可以得出结论，设计者/制造商只需进行轻微的设计变更，源自WEEE的消费后再生ABS和PC/ABS以及工业后再生PC都可在新的电子设备中得到应用。当面对严苛的产品要求时，设计者/制造商则需要在材料层面进一步开发。例如，在上述演示件案例中，飞利浦需要对再生PC/ABS的耐化学性和再生ABS的球压耐受性进行额外研究。在某些情况下，进行轻微的设计更改或制定新的设计规则也可以弥补这一点。

飞利浦的演示件项目形成了如下的关键经验：

（1）与零件设计相关的特性，如抗冲击性、耐化学性、材料收缩率和塑性强度等，需要进一步的材料开发。

（2）再生ABS零件的IEC球压要求可能导致在90℃以上失效。

（3）使用再生ABS可以达到飞利浦对颜色和光泽度的高要求。

（4）随着时间的推移，模具污染会增加商业案例成本，需要更频繁的清洁。

（5）再生塑料的气味正在改善。

（6）飞利浦目前只愿意在成本降低的情况下改用可持续材料。这是合乎逻辑的，因为“插入式方法”并不会改进质量和/或增加功能性。

（7）使用再生塑料时需要更多的验证工作和成本。

（8）RoHS和REACH安全等商业风险始终相关，再生企业可以解决这些风险。飞利浦鼓励再生企业在可能的情况下进行更频繁的批次测试和一致性统计过程控制。

（9）税收优惠、采购阶段再生材料补贴或原生塑料税等形式的财政补偿，有助于产生有利的商业案例，并改变企业在大批量、低利润消费品中使用PCR塑料的竞争环境。

（10）市场数据显示，并非所有消费者/国家都要求使用更多的再生塑料。

（11）近年来,源自WEEE的再生塑料的质量不断提高，黑色再生ABS等级目前已接近原生级。下一个，主要步骤是通过复合、颜色分类或化学/物理再生技术实现颜色自由。

（12）用于美国市场的产品使用的材料需要UL列名。UL黄卡测试的相关成本对于再生企业的生产批量来说通常过于昂贵。最重要的是，与原生塑料的注册相比，再生企业需要交付更多的批次，这进一步增加了运营成本，未来需要公平的竞争环境。

（13）由于每种产品和部件都需要验证，企业从原生塑料转向再生塑料需要时间。

惠而浦（Whirlpool）

惠而浦在PolyCE项目中开发的演示件的主要目标是有效地重复使用源自WEEE废物流的闭环再生塑料（PCR）。为此，单个零件或产品需要达到通常和预期的质量和性能水平。惠而浦针对该项目进行了多个系列的材料测试试验，以表征关键材料的物理机械性能。在获得有利结果的情况下，该项目进行了实验室规模的材料测试和生产规模的模塑试验，以创建有形的证据。该项目的重点放在由CaCO3填充再生（PCR）PP制成的洗衣机部件和由再生（PCR）聚苯乙烯制成的冰箱部件上。这两种产品的PCR塑料覆盖了所用热塑性塑料总量的大部分（超过热塑性材料总量的35%）。惠而浦的主要开发挑战在于PCR塑料的质量、性能（视觉和物理）和法律合规性。这些都不应损害整个产品及部件的质量，或消费者对于产品的期望。

惠而浦洗衣机内筒

通常，在再生利用时，洗衣机会被归类为大型家电类别而进行收集和处理。此类别产品包括洗衣机、干衣机、洗碗机和烹饪器具。

该项目对来自两个重组集群的材料进行试验，重组的目的是限制材料多样性和（塑料）污染。这些集群的目标材料是填充PP。第一个集群涵盖整个洗衣机的塑料收集。第二个集群针对洗衣机内筒，这也是洗衣机单独的塑料零件。

当再生过程结束时，惠而浦发现，从两个集群中回收的分选后塑料片料的质量或污染没有发现显著差异。由于没有发现显著差异并且“仅洗衣机”集群（整个洗衣机）的材料收集更为经济，进一步的工作仅使用来自该集群的材料进行。将最终的材料质量与当前的预处理方案结果进行比较时发现，材料质量有所提高。

目前的情况是，洗衣机内筒对机械和化学应力耐受性有很高的要求，所用的材料需要符合RoHS和REACH法规的相应要求。对该再生塑料的法规、化学、热学、机械性能和其他特性进行的合规性测试结果表明，在特性层面上，该材料适合预期应用，无需向其中添加添加剂。工业模塑试验结果表明，该材料的加工性能没有差异。零件的组装没有显示出有关可焊性、焊接强度或尺寸公差的问题。

目前，剩下的主要问题是该材料在加速寿命测试期间的表现如何，以及是否可以实现收集程序的重组，以确保在该项目之外的材料可用性。

惠而浦冰箱

冷柜和冰箱属于温度交换设备（欧盟第1类），在再生利用时须与其他电器分开处理。这使得再生流在产品类型和材料水平上的异质性较小。

在该演示件项目中，惠而浦对标准冰箱、白色抽屉和透明抽屉3个集群进行测试。对来自这些集群的材料进行的测试考虑了两种可能的应用。其中，来自标准冰箱集群的材料旨在重新用于冰箱内胆和门内胆。来自冰箱抽屉集群的材料将再次用于注塑冰箱抽屉。由透明抽屉流生产的片料则需要符合当前透明PCR等级标准的要求。

但是，测试发现，机械再生方法很难实现上述效果。因为破碎过程不可避免地存在杂质。由于未能找到正确的解决方案且无法证明所涉及的额外成本是合理的，该项目不得不停止对透明抽屉集群和白色抽屉集群的试验。总体来说，再生材料对于食品接触要求的满足情况仍然不确定，因此仅针对从标准冰箱集群回收利用的材料（再生HIPS，即rHIPS）进行可行性试验。

在相关试验中，惠而浦对以下材料进行了可挤出性和热成型性测试：原生料和再生料的两种混合物HIPS和rHIPS（质量百分比m%/m%比率分别为80/20和50/50）；100% rHIPS。测试后，执行组装试验，再执行内部测试协议。所有材料特性、加工性和功能性的测试都取得了有利的结果——再生材料被证明与原生材料质量相似。但为获得理想的美学效果，惠而浦未来还需要对再生材料进行颜色优化。

从技术角度来看，再生材料适合取代当前使用的原生级材料。但是，由于该材料可能（现阶段）不符合食品级法规，需要停止试验。这仍是该材料应用于冷柜和冰箱产品领域的最大障碍。目前，源自WEEE的可用rHIPS材料不在欧盟委员会评估和批准用于食品级应用的优先清单中。

惠而浦演示件项目形成了如下关键经验：

（1）闭环再生和聚类显示有利于保证再生材料的质量及其在目标产品中的适用性。类似应用的材料源很可能满足相同新产品的必要要求。

（2）已与Erion合作，在片料和颗粒料级别上测试有害遗留物质的RoHS和REACH合规性。尽管有些片料不符合要求，但该物质在复合过程中会被稀释，从而确保在颗粒级别符合要求。

（3）如果可以重新安排废物集群和收集计划以获得闭环再生塑料，循环经济可能会得到巨大的推动，惠而浦等制造商将树立榜样。

（4）对于WEEE和其他废物源的机械再生企业来说，获得食品接触标准批准的处理工艺非常困难。（中国家用电器协会 万春晖编译）

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