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

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.

 

Infinity

Hochleistungsfähige Tapes aus recycelten Carbonfasern für den Leichtbau - Treibhausgasreduktion durch hochwertige Recyclingprozesse und -materialien.  

 

Izi-Direct

Innovative zerstörungsfreie Methode zur Inline-Charakterisierung und Qualitätssicherung von diskontinuierlichen, recycelten Carbonfaserhalbzeugen.

 

 

MAI Carbon »CaRinA«

»CaRinA« Carbonfaser Recyclingwerkstoffe für industrielle Anwendungen

 

WiPull

Normierung des Einzelfaser-Auszugsversuchs zur Vermessung der Faser-Matrix-Haftung

 

MAI ÖkoCaP

Schaffung einer Entscheidungsgrundlage zur Wiederverwendung recycelter Carbonfasern durch Bewertung des ökologischen, ökonomischen und funktionellen (mechanischen) Nutzens und Untersuchung möglicher Weiterverarbeitungsprozesse.  

 

NGST | Next Generation Schutztextilien

Effiziente Produktion neuartiger, qualitativ hochwertiger Infektions-Schutztextilien.

 

 

MAI Scrap SeRO

Hochorientierte Nassvliese aus recycelten Carbonfasern – Vom Abfall zum Sekundärrohstoff

 

NewAirgiLity

Vernetzte anwendungsorientierte Luftfahrtforschung durch Agilität des intelligenten, verketteten und ganzheitlichen Wissensmanagements für Leichtbausysteme der Mobilität für Morgen.

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

 

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

Wir gestalten den Weg in die Zukunft...

...des effizienten Engineerings...

 

Produktion

 

...der vernetzten Produktion und...

 

Multimateriallösungen

 
...der intelligenten Multimateriallösungen!
 

Künstliche Intelligenz (KI)

Schlauer produzieren – mit Künstlicher Intelligenz

 

Biologische Transformation

Die Biologische Transformation bietet große Potenziale für ein nachhaltiges Wirtschaften.