Innovatives Carbonfaser-Recycling

Zukunft Leichtbau

Leichtbaulösungen mit Verbundwerkstoffen oder neuen Metalllegierungen sind zukunftsweisende Entwicklungsrichtungen der Werkstofftechnik. Von besonderem Interesse sind in diesem Zusammenhang Verbundwerkstoffe mit hochfesten Fasern als Verstärkerkomponente. Für viele Anwendungen – beispielsweise in der Luftfahrt-, Wind- und Freizeitindustrie, aber auch im Automobilbau – setzen sich zunehmend Carbon-Faser-Komposites (CFK) durch. Werden herkömmlichen Glasfasern durch Carbon ersetzt, lässt sich eine Produktgewichtsersparnis um 25 % erreichen. Allerdings ist die Herstellung von Carbonfasern sehr energieaufwendig und teuer. Zudem sind bei der Fertigung von CFK-Bauteilen 10–30 % Abfall nicht zu vermeiden. Daher ist es wünschenswert, den im Abfall enthaltenen Wertstoff Carbonfaser wiederzugewinnen.

Erfolgreiches Carbonfaserrecycling

Dies gelang der CFK-Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG in Kooperation mit dem Kunststoff-Institut Lüdenscheid: Die Projektpartner entwickelten ein Verfahren, mit dem die in Verbundwerkstoffabfällen, Produktionsabfällen oder »end of life«-Produkten enthaltenen Carbonfasern recycelt und in neue hochwertige Carbonfaserprodukte überführt werden können. Dafür werden die CFK-Abfälle zunächst von Verpackungsmaterial befreit, gewaschen und so aufbereitet, dass sie in einer Pyrolyseanlage verarbeitet werden können. Durch eine spezielle Prozessführung wird die Polymermatrix pyrolysiert und die gewonnen Carbonfasern werden als locker verknüpfte, flächige Bündel zurückgewonnen. Da der Pyrolyseprozess die Abwärme der Verbrennungsgase nutzt, benötigt er dementsprechend wenig Energiezufuhr, so dass sich im Vergleich zur Neuerzeugung rund 80 % Energie einsparen lassen.

Kompaktierung zu Fiberballs

Die weitere Herausforderung bestand darin, die Recyclingfasern in eine für die Verarbeitung günstige Form zu überführen – das Material aus dem Pyrolyseofen neigt nämlich zu enormer Staubentwicklung und ist nur bedingt rieselfähig. Zudem liegen die Fasern in sehr verschiedenen Längen vor. Die Lösung bestand darin, die Fasern fein zu vermahlen und zu kleinen Kügelchen, den sogenannten Fiberballs zu kompaktieren. Die Fiberballs sind rieselfähig und lassen sich staubfrei in neue Compounds überführen, das heißt zu faserverstärkten Kunststoffen verarbeiten. Die so hergestellten Compounds können im Spritzgieß- als auch im Extrusionsverfahren weiter verarbeitet werden.

Materialeigenschaften mit Neuware vergleichbar

Um die Materialkennwerte des Recyclingfaser-Compounds weiter zu optimieren, wurden Binderstudien für die Kunststoffe Polypropylen (PP) und Polyamid (PA) durchgeführt. Binder und Haftvermittler steigern die Verbindung zwischen Carbonfaser und Kunststoff und müssen auf den jeweiligen Kunststofftyp abgestimmt werden. Die Untersuchungen ergaben: Die hergestellten carbonfaserverstärkten Kunststoffe besitzen Materialkennwerte, die im Bereich von Neuware liegen. Damit können teuer und aufwendig hergestellte Carbonfasern erfolgreich recycelt und zu hochwertigen Produkten weiterverarbeitet werden. Die möglichen Verarbeitungsverfahren Extrusion und Spritzguss stehen für eine große Vielfalt an Formgebungsmöglichkeiten. Das hochwertige Recycling spart Ressourcen und Energie ein und ist damit sowohl ökologisch als auch ökonomisch vorteilhaft.

Projektthema:
Rückführung von Carbonfaserabfällen

Projektdurchführung:
CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG
Stader Straße 55-63
21737 Wischhafen
Telefon:    04770 | 801-217
info@cfk-recycling.com
www.cfk-recycling.com

Kooperationspartner:
Kunststoff-Institut Lüdenscheid
(Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH)
mail@kunststoff-institut.de
www.kunststoff-institut.de

AZ 30692