Recycling von Composites

Warum ist Recycling von Composites so wichtig?

Faserverbundwerkstoffe werden heutzutage in den verschiedensten Anwendungsgebieten eingesetzt und sind dank ihres Leichtbaupotenzials aus vielen Bereichen nicht mehr wegzudenken. Darunter zählen z. B. Hightech-Anwendungen in der Luftfahrtindustrie, sowie der Einsatz in Windkraftenergieanlagen, welcher beispielsweise bei der Energiewende hin zu erneuerbaren Energien eine große Rolle spielt. Doch auch im Automotive-Bereich und bei der Herstellung von Sportgeräten werden Faserverbundwerkstoffe aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften immer häufiger eingesetzt. Da entlang der Prozesskette und schließlich am Ende der Nutzungsphase verschiedene Arten von Abfällen entstehen und die Herstellung von Verstärkungsfasern meist viel Energie benötigt, ist ein Recycling dieser Materialgruppe unerlässlich.

Recycling von
Composites

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Aufgrund der Struktur eines Verbundwerkstoffes, bei dem Carbon- oder Glasfasern fest in einer Kunststoffmatrix (duromer- oder thermoplastisch) verankert sind, ist das Trennen der beiden Komponenten eine große Herausforderung. Eine sinnvolle und effiziente Weitverarbeitung der recycelten Fasern oder Matrixgrundstoffe ist ebenso aktueller Forschungsgegenstand. Deshalb beschäftigt sich das Fraunhofer IGCV mit dem Recycling von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere Carbonfaserkunststoffen, um schließlich einen wichtigen Beitrag hin zu einer ressourcenschonenden und klimaneutralen Welt zu leisten.

Demonstrator zur Darstellung von Recycling von Composites: Umformung - Konsolidierung - Demonstrator - rCF-Bauteil - Schikane-Bauteil — © Fraunhofer IGCV
Demonstrator zur Darstellung von Recycling von Composites

Dieses Video zeigt ein Beispiel für unsere Forschung zum Recyclingprozess einer Motorradseitenverkleidung aus CFK: vom Altprodukt zu einer neuen, gebrauchsfertigen und getesteten CFK-Verkleidung!

Composite Recycling @Fraunhofer IGCV

© A3 | Christian Strohmayr
Am Fraunhofer IGCV wurde eine einzigartige Nassvliesanlage im Technikumsmaßstab aufgebaut, mit der jegliche Fasermaterialien - vor allem recycelte Carbonfasern - zu innovativen und neuartigen Vliesstoffen verarbeitet werden können.

Das Fraunhofer IGCV hat eine Vielzahl an Forschungsprojekten im Bereich des Recycling von Composites vorzuweisen.

Dabei liegt der Fokus auf dem Recycling von Carbonfasern. Hier wird die gesamte Recyclingkette untersucht und weiterentwickelt, beginnend bei der Faser-Matrix Separation, über die Charakterisierung der wiedergewonnen Carbonfasern, bis hin zum Wiedereinsatz der Carbonfasern in rCF-Halbzeugen, welche dann schlussendlich wieder in einem Bauteil zum Einsatz kommen. Auch die Ökobilanzierung von Materialien aus rCF wird mitbetrachtet und der Einsatz von alternativen nachhaltigeren Matrixsystemen. Bei der Entwicklung von rCF-basierten Halbzeugen wird insbesondere die Vliesstoff-, Tape- und Garnherstellung mit unterschiedlichen Partnern, Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen untersucht und vorangetrieben. Durch die eigens am Standort Augsburg vorhandene Nassvliesanlage im Technikums-Maßstab wird am Fraunhofer IGCV vor allem die Herstellung von Nassvliesstoffen und deren Optimierung fokussiert.

Forschungsprojekte des Fraunhofer IGCV zum Thema Recycling von Composites:

Hier finden Sie Projekte im Bereich Recycling von Composites

Alle Referenzprojekte zu weiteren Themen finden Sie hier

Titelbild, Kachel, Icon zu Luft- und Raumfahrt — © Frank Peters - stock.adobe.com

Leistungen für IndustriekundInnen

Industriekunden können von der Expertise des Fraunhofer IGCV im Bereich des Recycling von Composites durch Direkt-Kooperationen profitieren. Hier können beispielsweise folgende Themenfelder bearbeitet werden:

Material- und Vergleichs-Studien
Prozessentwicklung bzw. -optimierung
Technologie-Consulting zu Recyclingfragestellungen bei CFK - (Design for Recycling, digitale Kreislaufwirtschaft)

unsere Tätigkeitsfelder sind dabei ...

Einzelfaser-Charakterisierung
rCFK-Charakterisierung
Faser-Matrix-Separation durch z.B. Pyrolyse (von z. B. CFK)
Datenbank mit Materialkennwerten von über 100 rCF-Materialien
Vliesstoffentwicklung (insbesondere Nassvliesstoffe)
Konsolidierung von rCF basierten Halbzeugen (variotherm, isotherm)
rCF-Tapeentwicklung
Einsatz von alternativen Matrixsystemen (z.B. biobasiert)
Ökobilanzierung

Weiterbildung: Composite Engineer

Mit der modular aufgebauten Weiterbildung zum »Composite Engineer« werden die Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Leichtbau im Themengebiet FVW gebündelt. Teilnehmende dieses Lehrgangs haben die Möglichkeit, von in der aktuellen Forschung arbeitenden Fachleuten in den verschiedenen FVW relevanten Themengebieten geschult zu werden. So ist ein direkter Wissens- und Technologietransfer gewährleistet.

Am Fraunhofer IGCV in Augsburg findet das Modul Nachhaltige Produktionssysteme statt.

Weitere Infos und Termine

Publikationen des Fraunhofer IGCV zum Thema Composite Recycling

Jahr Year	Titel/Autor:in Title/Author	Publikationstyp Publication Type
2024	Hochleistungsfähige Tapes aus recycelten Carbonfasern für den Leichtbau - CO2-Reduktion durch hochwertige Recyclingprozesse und Materialien Stienemann, Jan; Fliescher, Stefan; Ellermann, Nils; Guth, Johannes; Giesgen, Lazlo; Weitmeier, Felix; Preinfalck, Miriam; Theiss, Julian; Haj Ahmad, Perwan; Angerer, Kerstin	Bericht Report
2024	addform - additiv gefertigte Werkzeuge für das Thermoforming zur kosteneffizienten Realisierung schalenförmiger Faserverbundstrukturen Erhard, Patricia; Dempfle, Tobias; Weiblen, Leonie	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2024	addform - additively manufactured tools for thermoforming for the cost-efficient realisation of fiber reinforced composites Erhard, Patricia; Dempfle, Tobias; Weiblen, Leonie	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2024	Abschlussbericht CaRMA. Carbonfaser Recyclingvliese im Multi-Material-Ansatz Sauer, Michael; Öttel, Ronny; Höhn, Wolfgang; Baumgärtel, Alexander	Bericht Report
2024	MAI ÖkoCaP - Leitfaden Angerer, Kerstin; Rechsteiner, Fabian	Bericht Report
2023	Portfolio Prüftechnik. Standardisierte und individuelle Material- und Bauteilanalyse Amann, Petra; Aust, Christina; Faustmann, Jakob; Leitner, Bernhard; Pintore, Manuel; Plangger, Pascal; Langer, Lukas; Schießl, Timo; Schröder, Timo; Taha, Iman	Buch Book
2023	Entwicklung eines Thermoplasts und eines dazugehörigen Verarbeitungsprozesses für Recycelte Carbonfasern Leitner, Bernhard; Manis, Frank; Kimura, Shunta	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2023	Development of a thermoplastic material and manufacturing process for recycled carbon fibers Leitner, Bernhard; Manis, Frank; Kimura, Shunta	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2022	Standardizing the Single-Fibre Pull-Out Test for Fibre-Matrix Adhesion Characterization: Method and Insights Leitner, Bernhard; Manis, Frank; Poitzsch, Claudia; Özcelik, Sude; Khalid, Marie; Ingelsberger, Erich; Fliescher, Stefan; Drieling, Axel; Hartwig, Petra; Dederer, Esther	Konferenzbeitrag Conference Paper
2022	Non-destructive Testing of Carbon Fiber Nonwoven Using Novel Anisotropic Eddy Current Analysis Leitner, Bernhard; Machuj, Lisa; Gläser, Artos; Manis, Frank; Stegschuster, Georg; Kupke, Richard	Konferenzbeitrag Conference Paper
2022	RCF-Tapes for Sustainable High Performance Lightweigt Construction Theiss, Julian; Schumm, Violetta; Sauer, Michael; Manis, Frank	Konferenzbeitrag Conference Paper
2022	Auf Knopfdruck - Graphenbasierte Entwurfssprachen zur Prozesskettengestaltung für das Recycling von Composites Manis, Frank; Bjarsch, Thomas; Holland, Maximilian; Früchtl, Marion	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2019	Recycling process for carbon fiber reinforced plastics with polyamide 6, polyurethane and epoxy matrix by gentle solvent treatment Knappich, Fabian; Klotz, Magdalena; Schlummer, Martin; Wölling, Jakob; Mäurer, Andreas	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2017	Nonwovens from recycled carbon fibres - comparison of processing technologies Wölling, J.; Schmieg, M.; Manis, F.; Drechsler, K.	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2017	Properties of second life carbon fibre reinforced polymers Manis, F.; Schmieg, M.; Sauer, M.; Drechsler, K.	Konferenzbeitrag Conference Paper
2016	Energieeffiziente Herstellung komplexer Hochleistungsfaserverbundbauteile mittels Pultrusion, In-Line Flechten, Blasumformung und Endbearbeitung (PulForm)	Bericht Report
2016	Investigation on the structural behavior of a metallically 3D-reinforced CFRP/CFRP joint using a variable search based on finite element analyzes Lang, H.; Nogueira, A.C.; Jürgens, M.; Hombergsmeier, E.; Hinterhölzl, R.; Drechsler, K.	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2016	Flexible intelligente Bearbeitungstechnologien für komplexe Faserverbundbauteile Drechsler, Klaus	Buch Book
2015	Systematische Untersuchung thermischer Prozesse für das Recycling von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen Benka, Christopher	Bachelor Thesis
2013	Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von CFK-Patch-Strukturen in Abhängigkeit der Patch - Größe und der prozentualen Verteilung Sauer, Michael	Bachelor Thesis
2012	Entwicklungsstudie zur Errichtung einer CFK-Recyclinganlage in Bayern. Abschlussbericht Kümmeth, Michael; Gottlieb, Anita; Ramerth, Juliane; Seitz, Matthias; Hartleitner, Bernhard; Rommel, Wolfgang; Danko, Achim; Wölling, Jakob	Bericht Report

Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

This list has been generated from the publication platform Fraunhofer-Publica

Anlagen und Geräte im Bereich Composite Recycling

Nassvliesanlage

Diese Pilotanlage dient der Herstellung von innovativen und neuartigen Vliesstoffen. Sie ist sehr flexibel ausgelegt und kann sowohl Natur-, Chemie- als auch technische Fasern (bspw. recycelte Carbonfasern) verarbeiten.

Innovative Nassvliesanlage

Heizpresse

Umformung und Konsolidierung textiler Halbzeuge

iso- und variotherme Prozesse
Pressfläche: 860 x 600 mm
Max. Presskraft: 1370 kN
Max. Temperatur: 360 °C
diverse Werkzeuge vorhanden

Pyrolyseofen

Gezielte Faser-Matrix-Separation im Rahmen des Composite Recyclings

Einstellung individueller Zyklen mit gewünschter Temperatur, Atmosphäre und Verweildauer
Volumen: 440 x 700 x 540 mm3 (BxLxH)
Max. Temperatur: 800 °C
Heizrate: 6 K/min
Einstellbare Atmosphäre (Ar, N2, O2)

Anlagen zur Einzelfasercharakterisierung

AFM (Rasterkraftmikroskop): Qualitative Untersuchungen an der Faseroberfläche
FIMATEST: Einzelfaserzugprüfung (Bruchspannung Zugsteifigkeit, Faserdurchmesser)
Pull-Out-Test:Bestimmung der Faser-Matrix-Haftung von

Harzen, rCF, CF, GF und NF
Weitere Infos im Projekt WiPull

Faserverbund-
charakterisierung

Faservolumengehaltsbestimmung
Mechanische Charakterisierung (Zug-, Biege-, Druck-, Charpy-, etc.)
Mikroskopie
Thermoanalyse

Vliescharakterisierung

Drapetester: Bestimmung der Trockendrapierbarkeit von Vliesstoffen
Wirbelstrommessgerät von Suragus: Zerstörungsfreie Prüfung, Messung der Faserorientierung
Weitere Infos im Projekt "Izi-Direct"

Weitere Kompetenzen und Leitthemen am Fraunhofer IGCV

Engineering und
nachhaltige Produktion

Wir sind überzeugt, dass eine nachhaltige Produktion im Zusammenspiel mit effizientem Engineering die Grundvoraussetzung für eine lebenswerte Zukunft ist.

Engineering und Produktion