Projekt 22988/01

Aramidfasern aus Produktionsabfällen für tribologisch belastbare Formteile in elektrischen Haushaltsgeräten

Projektdurchführung

Ostthüringische Materialprüfgesellschaft für Textil und Kunststoffe mbH
Breitscheidstr. 97
07407 Rudolstadt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anlass des Vorhabens sind einerseits die Knappheit an hochfesten, teuren para-Aramidfaserstoffen, andererseits die an verschiedenen Stellen anfallenden textilen Abfälle aus derartigen Faserstoffen, die derzeit keiner oder nur einer minderwertigen Wiederverwertung zugeführt werden. Im Rahmen des Projektes sollen zwei neue in der OMPG entwickelte Verfahren - ein neues Recyclingverfahren und ein Verfahren zur Verarbeitung von Stapelfasern zu spritzgussfähigen Fasergranulaten - miteinander gekoppelt werden. Ziel ist der Wiedereinsatz der Recyclingfasern als tribologisch verstärkend wirkende Komponente in Spritzgussfertigteilen zur Minderung von Reibung und Verschleiß. Zusätzlich zu den daraus resultierenden Effekten langlebigerer Produkte, sollen damit schlankere Kunststoffformteile mit Masse- und Materialeinsparungseffekten und daraus resultierenden Umweltfolgeeffekten initiiert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde im Labor- und kleintechnischen Maßstab zur Ermittlung der Machbarkeit bearbeitet. Als Ausgangsmaterial wurde die Abfallgruppe der ballistischen Gewebe ausgewählt. Im Vergleich zu Primärfaserstoffen wurden klassisch recycelte und mit dem OMPG-Verfahren recycelte Fasern aus textilen Ballistikabfällen einbezogen. Die unterschiedlichen Faserqualitäten wurden vergleichend zu Spritzgussgranulaten in einer PA6 und PA6.6-Matrix mit dem Pull-Drill-Verfahren verarbeitet, zu Prüfkörpern und Zahnrädern verspritzt und deren Leistungsfähigkeit im Vergleich zu einem unverstärkten Bauteil prüftechnisch erfasst. Apparativ geprüft wurden Reibverschleiß und dynamische Reibungskoeffizienten sowie Zug- und Biegefestigkeiten, die dazugehörigen Modulwerte und die Schlagzähigkeit. An einem Prüfstand wurde praxisnah das Verschleißverhalten von recyclingfaserverstärkten und unverstärkten Zahnrädern im Dauerbetrieb getestet. Für alle Verarbeitungsstufen vom textilen Abfall bis zum fertigen Formteil (Zahnrad) wurde das Verarbeitungsverhalten der verschiedenen Materialien verglichen und hinsichtlich einer industriellen


Ergebnisse und Diskussion

Die Machbarkeitsstudie zeigte, dass es technologisch prinzipiell möglich ist, aus textilen Abfällen gewon-nene Recyclingaramidfaserstoffe zur mechanischen und tribologischen Verstärkung von spritzgegossenen Bauteilen zu verwenden. Am Beispiel eines Zahnrades wurde dies praktisch vom textilen Abfall bis zum fertigen Neuprodukt demonstriert. Die durchgeführten Untersuchungen ergaben hierbei eine völlige Gleichwertigkeit zu primären Aramidfaserstoffen. Gelingt es, die Probleme noch vorhandener Restgewebestücke im Recyclingmaterial zu lösen, bietet sich folgender technologischer Wiederverwertungsweg an: Abfallaufbereitung (Sortieren und Schneiden), Gewinnung textiler Fasern (Reißen oder Mühlenrecycling), Herstellung von Faserbändern (Kardieren oder Krempeln), Herstellung von Fasergranulat-Konzentraten (Pull-Drill-Verfahren), Compoundierung, Spritzguss aramidverstärktes Endbauteil. Labortests und praktische Verschleißtests zeigten, dass bereits geringe Aramidfaseranteile von 5 % zu einer erheblichen mechanischen und tribologischen Materialverstärkung führten. Der Einsatz von Aramidfaserstoffen, Recycling- als auch Primärfasern, verfügt über ein großes Umweltpotenzial. Neben positiven Effekten bei der Bauteilfertigung im Spritzguss kann man vielfältigste ökologische Effekte bei der Bauteilanwendung wie Leichtbau, Langlebigkeit, Lärmpegelsenkung, Schmierstoffeinsparungen, Energieeinsparung bis hin zum höchstwertigen Wiedereinsatz von textilen Abfallmaterialien erreichen. Nicht nur im Sinne eines Recyclings von textilen Aaramidabfallmaterialien, sondern auch im Sinne der Forcierung des generellen Einsatzes von Aramidfaserstoffen als Kunststoffbewehrung sollte das in der OMPG entwickel-te Pull-Drill-Verfahren für einen industriellen Einsatz weiterentwickelt werden. Schwerpunkte sind dabei anlagen- und verfahrenstechnische Entwicklungen für die Verarbeitung von Schmelzklebfasern mit einem Schmelzpunkt > 200°C, wie es beispielsweise das im Projekt untersuchte Polyamid ist. Ziel wäre dabei, den gegenwärtigen labor- und kleintechnischen Maßstab auf ein Industrieniveau zu bringen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der Schlussbericht wird über die Bibliothek der OMPG und die Universitätsbibliotheken in Hannover und Jena der Öffentlichkeit allgemein zugänglich gemacht. Am 05.12.07 werden die Ergebnisse in Chemnitz anlässlich des STFI-Kolloquiums Recycling for Textiles in einem Vortrag dem Fachpublikum öffentlich vorgestellt.


Fazit

Die Zielstellung des Projektes konnte erreicht werden. Die positiven Ergebnisse sollten zum Anlass genommen werden, die begonnenen Arbeiten in einem Folgeprojekt bis zur Industriereife voranzutreiben. Der Schwerpunkt dieses Fortsetzungsprojektes wäre die Anlagen- und Verfahrensoptimierung des Pull-Drill-Verfahrens für Schmelzklebfasern mit einem Schmelzpunkt >200°C, bis zur Industriereife. Hierzu wäre es erforderlich, den Anlagenbauer maßgebend in die Folgearbeiten einzubinden