Die Situation
Der Bedarf an Carbonfasern in der Industrie steigt ständig. Experten gehen davon aus, dass im Jahr 2023 weltweit knapp 200.000 Tonnen benötigt werden. Mit der Menge der verarbeiteten Fasern nimmt aber auch der Faserverschnitt zu, der bislang kaum genutzt wird, weil es an einem umfassenden kommerziellen Einsatz von Produkten aus recycelten Carbonfasern (rCF) fehlt. Da die Carbonfaserproduktion aber kostspielig ist und einen hohen Energiebedarf hat, wäre es sinnvoll, auch den trockenen Faserverschnitt zu nutzen. Erste Ansätze für die industrielle Verwendung von rCF gibt es bereits bei der Vliesherstellung. Für die Herstellung von geometrisch komplexen und hochfesten Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen aber werden endlose, orientierte Strukturen benötigt, die sich mit dem kurzen rCF-Verschnitt bislang nicht realisieren lassen.
Verarbeitungsschritte des Faserrecyclings: von Carbonfasern über Faserflocken zum rCFK (© ITA)
Das Projekt
Im Forschungsprojekt CarboYarn des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen wurde in Kooperation mit den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF-ITV) und dem ITA Augsburg deshalb ein neues Konzept für die Verwertung von rCF in Form von Stapelfasergarnen entwickelt. Das Forschungsteam hat dazu verschiedene Spinnverfahren wie das Flyer-/Ringspinnen, das Rotorspinnen, das Friktionsspinnen und das Umwindespinnen untersucht. Zudem wurde der gesamte Recyclingprozess von der Ausgangsfaser über die Faseraufbereitung, die Bandbildung und den Spinnprozess bis zur Konsolidierung betrachtet. Berücksichtigt wurden verschiedene rCF-Typen. Im Ergebnis konnten die rCF in Kombination mit Nylon-Fasern erfolgreich zu Hybridgarnen verarbeitet werden. Die hergestellten rCF-faserverstärkten Kunststoffe wurden anschließend hinsichtlich Zugfestigkeit und Biegefestigkeit untersucht.
Der Nutzen für den Mittelstand
Das Forschungsprojekt hat wichtige Erkenntnisse für die Nutzung von rCF in Stapelfaserformen geliefert. Damit trägt es wesentlich zur Steigerung der momentan noch fehlenden Marktakzeptanz für diesen neuen Werkstoff bei. Eine während des Projekts durchgeführte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung hat ergeben, dass eine wirtschaftliche Herstellung von rCF-Garnen unabhängig von der Art des Spinnverfahrens möglich ist.
Ansprechpartner
Erik Gordon Bell
erikgordon.bell@ita.rwth-aachen.de
+49 241 80 23446
Fördergeber
Finanzielle Förderung über das Forschungskuratorium Textil als Mitglied der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen (AiF) aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) 19814 N.