Aus der Branche

Auf der diesjährigen JEC World zeigt das STFI Highlights aus dem Carbonfaserrecycling sowie einen neuen Ansatz von hanfbasierten Bastfasern, die als Bewehrung im Leichtbau vielversprechende Eigenschaften mitbringen.

Grünes Snowboard
Auf der JEC World in Paris vom 5. bis 7. März 2024 zeigt das STFI ein Snowboard der Firma silbaerg GmbH mit patentiertem anisotropen Kopplungseffekt aus Hanf und recycelten Carbonfasern mit biobasiertem Epoxidharz. An der Entwicklung des Boards waren neben silbaerg und STFI auch die Partner Circular Saxony - das Innovationscluster für die Kreislaufwirtschaft sowie FUSE Composite und die bto-epoxy GmbH beteiligt. Das grüne Snowboard wurde mit JEC Innovation Award 2024 in der Kategorie „Sport, Freizeit und Erholung“ ausgezeichnet.

VliesComp
Rezyklate in verschiedenen Leichtbaulösungen wieder in den Markt zu bringen, ist das Ziel der im Projekt VliesComp vereinigten Industriepartner Tenowo GmbH (Hof), Siemens AG (Erlangen), Invent GmbH (Braunschweig) und STFI. Beispielhaft wurden dabei unter anderem die Anwendungsfelder „Innovative E-Maschinenkonzepte für die Energiewende“ und „Innovative E-Maschinenkonzepte für die E-Mobilität“ betrachtet. Gezeigt wird auf der JEC World in Paris ein Leichtbaulagerschild für E-Motoren, das auf Basis von Hybridvliesstoffen – einer Mischung aus thermoplastischer Faserkomponenten und recycelter Verstärkungsfasern – sowie auch Vliesstoffen mit 100 % recycelten Verstärkungsfasern hergestellt wurde. Das Lagerschild wurde schlussendlich mit einem Rezyklatanteil von 100 % gefertigt. Die Untersuchungen ergaben, dass im Vergleich zur Variante aus Primärkohlenstofffasern im RTM-Verfahren eine Reduzierung des CO₂-Äquivalents um 14 % bei gleicher Leistung möglich ist. Die Berechnung zur Verwendung des Prepreg-Verfahrens unter Nutzung eines Bioharzsystems zeigt ein Potenzial zur Reduzierung des CO₂-Äquivalents um fast 70 %.

Bastfaserbewehrung
Zur Stabilitätserhöhung im Pflanzenstängel bilden sich im Rindenbereich Bastfasern aus, die den Stengel stützen, aber im Gegensatz zum starren Holz sehr flexibel aufgebaut sind und es ermöglichen, dass schlanke, hohe Pflanzen sich im Wind bewegen können, ohne zu brechen. Ein neues Verfahren gewinnt die Bastrinde des Hanfes durch Schälen. Die daraus erzielten Kennwerte, wie Zug-E-Modul, Bruchkraft und Dehnung, sind vielversprechend im Vergleich mit den am Markt verfügbaren Endlosrovingen aus Flachs. Das Material könnte als Bewehrung im Leichtbau seine Anwendung finden. Das STFI stellt zur JEC World Bewehrungsstäbe aus, die im Pultrusionsverfahren auf Basis biobasierter Bewehrungsfasern aus Hanfbast für mineralische Matrices, zu einem Gewirke verarbeitet wurden.

Das EU-Projekt „MC4 – Multi-level Circular Process Chain for Carbon and Glass Fibre Composites“ untersucht zirkuläre Ansätze für die Wiederverwendung von Verbundwerkstoffen aus Carbon- und Glasfasern. Es entwickelt Prozesstechnologien und Qualitätssicherungsmethoden, die ein wirtschaftliches Recycling von Carbon- und Glasfaserbauteilen ermöglichen. Die im Fokus stehenden Materialien sind für zahlreiche technische Anwendungen unverzichtbar, bei denen ein geringes Materialgewicht und hohe Performance besonders geschätzt werden. Die europäischen Wertschöpfungsketten für Carbon- und Glasfasern müssen jedoch in zweierlei Hinsicht optimiert werden: in Bezug auf die ökologische und die wirtschaftliche Effizienz.

Derzeit gehen bis zu 40 % des Materials im Produktionsprozess als Abfall (z.B. Prepreg-Abfälle im Zuschnitt) verloren und nach einer Lebensdauer von 15 bis 30 Jahren werden 98 % des Materials der Entsorgung zugeführt, ohne Aussicht auf Wiederverwertung. Bei einem jährlichen Verbrauch von etwa 138.000 Tonnen Carbonfasern und 4,5 Millionen Tonnen Glasfaserverbundwerkstoffen sind entsprechende Umweltauswirkungen von hoher Relevanz.
Zusätzlich zu diesen Umweltproblemen muss die derzeitige Wettbewerbsposition Europas in diesen Wertschöpfungsketten verbessert werden, um weniger von ausländischen Quellen abhängig zu sein. 80 % der Herstellung von Carbon- und Glasfasern findet außerhalb Europas statt, und wenn die Herstellung in Europa erfolgt, sind die Technologien häufig von anderen Ländern

MC4 wird sich auf verschiedene Wiederverwendungs- und Recyclingprozesse entlang des Lebenszyklus von Verbundwerkstoffen konzentrieren. Dazu gehören:

• Chemische Recyclingtechnologien für eine wirtschaftlich effiziente Trennung von Matrix und Carbonfasern
• Verarbeitungstechnologien für die Wiederverwendung von Prepreg-Abfällen aus dem Produktionsablauf (z.B. beim Zuschnitt)
• Mechanische Recyclingverfahren für Bauteile aus Glasfaserverbundwerkstoffen zur direkten Wiederverwendung der Materialien in neuen Bauteilen
• Neue Harze für eine bessere Recycelbarkeit von Glasfaserbauteilen
• Technologien für die Verarbeitung von recycelten Carbonfasern zur Herstellung von Garnen, Geweben und Vliesstoffen für Verbundbauteile
• Qualitätssicherungsmethoden zur Charakterisierung von recycelten Glas- und Carbonfasern und der daraus hergestellten neuen Verbundwerkstoffe

Das Konsortium umfasst 15 Partner aus sieben europäischen Ländern. Prozessentwickler, Materialhersteller, Hersteller von Verbundbauteilen sowie Endverbraucher decken die gesamte Wertschöpfungskette ab.

Das STFI bringt in verschiedenen Arbeitspaketen des Projektes seine Kompetenzen im Bereich der Verarbeitung und des Recyclings von Carbonfasern und Carbonfaserverbundbauteilen ein. Neben der Herstellung von Vliesstoffen und deren Prüfung stehen die Anfertigung von Demonstratoren, aber auch entsprechende LCA und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen im Vordergrund.

MC4 wird von der Europäischen Union unter dem Aufruf HORIZON-CL4-2021-RESILIENCE-01-01 im Forschungsrahmenprogramm Horizon Europe finanziert. Die Laufzeit des Projektes ist von April 2022 bis März 2025.