Machbarkeitsstudie zum Rezyklateinsatz bei transparenten Kunststoffanwendungen
Projektdurchführung
Kunststoff-Zentrum in Leipzig gGmbHErich-Zeigner-Allee 44
04229 Leipzig
Zielsetzung
Anlass:
Im Sinne des Klimaschutzes und der Schonung natürlicher Ressourcen muss in der Kunststoffbranche die bisherige Recyclingquote deutlich erhöht werden. In Deutschland liegt diese aktuell bei um die 30 %.
Im Unterschied zum mittlerweile routinierten Recycling von PET-Flaschen besteht bei der Herstellung technischer und optischer Bauteile ein Akzeptanzproblem für das werkstoffliche Recycling und es muss ein Umdenken stattfinden. Die Gründe für die allgemeine Zurückhaltung und Vorbehalte zum Thema Recycling in diesem Bereich der Kunststoffverarbeitung begründet sich in der Unsicherheit bezüglich des Einsatzes von Rezyklaten mit definierten Eigenschaften und aus Gründen der Produzentenhaftung. Um hier ein Umdenken hin zu mehr Ressourceneffizienz zu erwirken und neue Prozessabläufe zu entwickeln, fehlen fundierte Untersuchungen und Daten, welche aussagen wieviel Prozent mechanisch recyceltes Material bei Neuware zur Herstellung transparenter, optischer Kunststoffbauteile eingesetzt werden kann, bevor es zu einem nicht tolerierbaren Verlust der optisch notwendigen Eigenschaften kommt (bspw. Transmission).
Ziel:
Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, den Einfluss der prozentualen Zugabe von typenreinem Rezyklat (PMMA, PC, PS) auf die optischen Eigenschaften von transparenten Formteilen zu untersuchen und verallgemeinerungs¬fähige Schlussfolgerungen in Form von Handlungsempfehlungen für die Industrie abzuleiten.
Dabei gilt es, die Zusammenhänge in zwei Stufen zu untersuchen und zu beschreiben:
1. Beeinflussung der Materialeigenschaften durch unterschiedliche Mengen und Arten von Rezyklatzugaben
2. Beeinflussung der optischen Eigenschaften von transparenten Anwendungen in Abhängigkeit der durch Rezyklatzugabe veränderten Materialeigenschaften
Der innovative Anspruch des Projektes besteht darin nachzuweisen, dass definierte typenreine Rezyklat-zugaben auch bei transparenten Anwendungen möglich sind und über Qualitätsklassen bzw. Anforderungs¬kategorien eine Zuordnung zu realen Produktgruppen möglich wird.
Mit Erreichung der Projektzielstellung dieser Machbarkeitsstudie und positiven Ergebnissen zur möglichen Steigerung des Rezyklateinsatzes sind die Voraussetzungen für:
o die Untersuchung weiterer transparenter Kunststofftypen,
o die Erweiterung der geometrischen Ansprüche an das Formteil,
o die Hinzunahme weiterer und/oder anspruchsvollerer transparenter Anwendungen und
o weiterführende Optimierungen zur Erhöhung des Rezyklateinsatzes
gegeben
Arbeitsschritte
Die erfolgten Arbeitsschritte im Projekt sind:
1. Aktualisierung der Literatur- und Patentrecherche und Abstimmung der Projektdetails mit projektbegleitendem Ausschuss
Eine Literaturrecherche und Patentrecherche angelehnt an die initiale Recherche aus dem Projektantrag konnte keine neuen Entwicklungen seit der Antragstellung identifizieren. Zur Literaturrecherche wurden die Datenbanken TIB (Informationsbibliothek) und PubMed genutzt. Die Patentrecherche wurde mit der Datenbank DEPATISnet und Google Scholar mit folgenden Thematiken sowohl auf Deutsch, als auch auf Englisch durchgeführt:
• (mechanisches) Recycling transparenter Kunststoffbauteile (Optiken)
• Qualitätsanforderungen an transparente, optische Kunststoffbauteile
• Herstellungsverfahren transparenter, optischer Kunststoffbauteile
Die geplante Marktumfrage bei relevanten Firmen wird durchgeführt, welche für AP7 als Datengrundlage dient. Diese umfassen als Zielgruppen die Hersteller, Produktentwickler und Verarbeiter transparenter Kunststoffanwendungen. Die Umfrage stößt bisher teilweise auf Zurückhaltung. Themen der Umfrage sind speziell:
• Verwendeter Kunststofftyp (PC, PS oder PMMA)
• Ob Rezyklat bereits verwendet wird und zu welchem prozentualen Anteil
• Anforderungen an die optischen Eigenschaften (Transparenz, Haze- Wert, Gelbwert)
Der projektbegleitende Ausschuss kommt zusammen, wenn die Herstellung der optischen Formteilgeometrie abgeschlossen ist und die Herstellung der Formteile mit Rezyklatanteil stattfinden kann.
2. Entwicklung und Umsetzung einer optisch relevanten Formteilgeometrie
Wie geplant wurde eine optisch relevante Formteilgeometrie mit unterschiedlichen Wandstärken und konkav/konvexer Strukturen konstruiert (Abbildung 1). Aktuell befinden sich die entsprechenden Werkzeugeinsätze in der Fertigung und sollen bis Ende Juli einsatzbereit sein.
Parallel zu der Formteilkonstruktion wurde eine Spritzgusssimulation für alle drei Materialtypen mit der Spritzgusssimulationssoftware Moldex3D® durchgeführt. Hierbei konnten bei üblich gewählten Parametern keine Auffälligkeiten der optischen Eigenschaften festgestellt werden, was die Eignung der entworfenen Formteil- und Anguss-/Anschnittgestaltung untermauert (Abbildung 2).
Aktuell findet die Rezyklatgenerierung für die drei Kunststoffsorten statt und die für die Versuche notwendigen Mischungsverhältnisse werden hergestellt. Bisher ist kein zeitlicher Verzug der Arbeitspakete erkennbar. Der Zeitrahmen wird eingehalten.
Ergebnisse
Bisher ist kein zeitlicher Verzug der Arbeitspakete erkennbar und das Projekt wird im beantragten Zeitrahmen abgeschlossen.