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.

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

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.
© 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.

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

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

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 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 addform - additiv gefertigte Werkzeuge für das Thermoforming zur kosteneffizienten Realisierung schalenförmiger Faserverbundstrukturen
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 RCF-Tapes for Sustainable High Performance Lightweigt Construction
Theiss, Julian; Schumm, Violetta; Sauer, Michael; Manis, Frank
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 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 Flexible intelligente Bearbeitungstechnologien für komplexe Faserverbundbauteile
Drechsler, Klaus
Buch
Book
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
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
 

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.

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.

 

Multimaterial-
lösungen

 

Biologische
Transformation

Die Biologische Transformation bietet große Potenziale für ein nachhaltiges Wirtschaften.

 

Gießereitechnik

 

Künstliche Intelligenz (KI)

Schlauer produzieren – mit Künstlicher Intelligenz