Leibniz-Institut für Polymerforschung
Dresden e. V. (IPF) und Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V. Chemnitz (STFI) arbeiten im gemeinsamen Forschungsprojekt zu recycelten Carbonfasern (rCF) in Vliesstoffen
In aktuellen Recyclingprozessen werden polymere Matrix und Schlichten von den Carbonfasern entfernt. Im Projekt ReCarboSize wurden Möglichkeiten zur Wiederbeschlichtung von rCF untersucht. Ungeschlichtete und geschlichtete rCF zeigen nicht nur Unterschiede im Verarbeitungsverhalten bei der Vliesherstellung, sondern auch bei den erzielten mechanischen Eigenschaften daraus hergestellter Faserkunststoffverbunde.
Die zunehmende Menge an Carbonfasern (CF) für den Einsatz in faserverstärkten Kunststoffen erfordert Recyclingstrategien, die eine zweite Nutzung und vorzugsweise eine Kaskadennutzung von CF ermöglichen. Um neue Recyclingrouten für CF zu implementieren, ist eine größere mechanische Leistungsfähigkeit der rCF selbst, aber auch der daraus hergestellten Verbundwerkstoffe dringend erforderlich.
Besser schlichten
Die Entwicklung neuer Schlichtekonzepte trägt wesentlich zu einer guten Wechselwirkung mit den Matrixsystemen bei, was zu verbesserten mechanischen Eigenschaften von rCF-verstärkten Verbundwerkstoffen führt. Aus wirtschaftlicher Sicht können rCF-Produkte die Kosten des Leichtbaus senken, wenn sie entweder allein oder in Verbindung mit neuen Carbon- oder Glasfasern verwendet werden.
Aus textiltechnologischer Sicht ist das Schlichten von rCF notwendig, um das Verarbeitungsverhalten, zum Beispiel im Vliesstoffprozess, zu verbessern. Untersuchungen des STFI haben gezeigt, dass die Verarbeitung von nicht geschlichteten Fasern zu einer deutlich erhöhten Faserschädigung im Prozess führen kann oder die Vliesbildung teilweise nicht möglich ist.
Positive Forschungsergebnisse
Am IPF wurden Vorversuche im Labormaßstab zur Verteilung der Schlichte nach Sprüh- und Tauchapplikation durchgeführt, jeweils mit variierenden Konzentrationen und Auftragsmengen. Fluoreszenzmittel erwiesen sich als hilfreiches Additiv, um die Schlichteverteilung zu beurteilen.
Die Arbeiten am IPF zielten auf die Entwicklung von Schlichten für die thermoplastischen Matrices Polyamid 6 (PA6) und Polyphenylensulfid (PPS), der belgische Partner Centexbel untersuchte Schlichten für duromere Matrices (Epoxidharz, Polyurethan).
Bei guter Schlichteverteilung wurde eine bessere Verarbeitung der Fasern im Vliesbildungsprozess am STFI beobachtet. Außerdem konnte die Faser-Matrix-Anbindung für die PPS-Verbunde deutlich erhöht werden (Abb. 1). Auch ein Recyclingunternehmen war eingebunden, das die Applikation ausgewählter Schlichten auf rCF im kg-Maßstab übernahm. So stand einem erfolgreichem Upscaling von der Halbzeug- zur Kompositherstellung für eine umfassende mechanische Charakterisierung der Faserverbundplatten am STFI nichts im Wege (Abb. 2). Ein nachträgliches Auftragen der Schlichte auf vorgefertigte Vliesstoffe führte zu einer geringeren mechanischen Performance im Vergleich zu der Applikation auf rCF vor der Verarbeitung zum Vliesstoff.
Die Projektpartner planen Folgeprojekte zu dem nun abgeschlossenen Forschungsvorhaben ReCarboSize, um die Nutzung von rCF in Faserkunststoffverbunden weiter voranzutreiben.
IGF-CORNET-Projekt, eingereicht über Forschungskuratorium Textil (FKT): „ReCarboSize: Verbesserte Schlichten für recycelte Carbonfasern zur Optimierung der Haftung mit Polymermatrices Und zur Verbesserung des Verarbeitungsverhaltens bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen“; IGF-Vorhaben Nr. 297 EBR, Laufzeit 10/2021–08/2024.
Beteiligte Partner: Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V. Chemnitz (STFI), Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Centexbel Grâce- Hollogne/Belgien (Centexbel)
Kontakt:
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF)
Prof. Dr.-Ing. Christina Scheffler
+49 351 46 58-373
scheffler@ipfdd.de
www.ipfdd.de
