Aus der Branche

Carbonfaserverstärkte Kunststofflamellen stellen eine innovative Methode zur Verstärkung von Bauwerken dar. Bei ihrer Wiederverwertung gibt es aber noch viele offene Fragen. Ein Forschungsprojekt der Empa-Abteilung «Mechanical Systems Engineering» soll nun Antworten liefern. Dank Unterstützung einer Stiftung konnte das Projekt nun starten.

Der Baubereich ist für rund 60 Prozent des jährlichen Abfallaufkommens in der Schweiz verantwortlich. Die Bemühungen der Bauindustrie, die Abbruchmaterialien im Kreislauf zu führen, nehmen zwar stetig zu. Dennoch gibt es nach wie vor ausgedientes Material, das nicht weiterverwendet werden kann, da ein Recycling zu aufwändig und teuer wäre. Eines davon: carbonfaserverstärkte Kunststofflamellen, sogenannte CFK-Lamellen.

Damit Gebäude länger leben
Die vom ehemaligen Dübendorfer Empa-Direktor Urs Meier entwickelte Methode wird bereits seit 30 Jahren im Infrastrukturbau eingesetzt. Die CFK-Lamellen werden mittels Epoxy-Klebstoff an Brücken, Parkgaragen, Gebäudewänden und Decken aus Beton oder Mauerwerk angebracht. Dadurch können die Bauten 20 bis 30 Jahre länger genutzt werden. Die Methode wird weltweit immer häufiger eingesetzt, vor allem auch, weil damit die Erdbebensicherheit von Mauerwerksbauten massiv erhöht werden kann.

«Indem sie die Lebensdauer von Gebäuden und Infrastrukturbauten erheblich verlängern, leisten CFK-Lamellen einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Nachhaltigkeit im Bausektor. Es gilt nun allerdings auch, einen Weg zu finden, wie wir die CFK-Lamellen über die Lebensdauer dieser Bauten hinaus weiterverwenden können», erklärt Giovanni Terrasi, Leiter der Forschungsabteilung «Mechanical Systems Engineering» an der Empa. Aus diesem Grund möchte er eine Methode zur Wiederverwertung der CFK-Lamellen entwickeln. Eine Stiftung fand dieses Vorhaben überzeugend und hat deshalb einen grosszügigen Betrag für das Projekt gesprochen, das damit im Oktober starten konnte.

Sanfte Trennung
Der erste Schritt wird sein, ein mechanisches Verfahren zu entwickeln, mit dem die aufgeklebten CFK-Bänder vom Beton gelöst werden können – und zwar so, dass sie nicht beschädigt werden. Erste Versuche an der Empa stimmen zuversichtlich: Nach der Trennung der Lamellen vom Beton hatten diese immer noch eine Festigkeit von 95 Prozent – selbst wenn diese bereits an die 30 Jahre im Einsatz waren.

Danach soll aus dem Abbruch-CFK eine Armierung für vorgefertigte Bauteile hergestellt werden. Giovanni Terrasis Ziel: Tausende von Tonnen CFK, die in den nächsten zehn Jahren nach dem Abbruch alter Betonstrukturen auf dem Sondermüll landen würden, in CO₂-armen Betonelementen wiederverwenden. Als erstes Demonstrationsobjekt wollen die Forscher um Giovanni Terrasi – Zafeirios Triantafyllidis, Valentin Ott, Mateusz Wyrzykowski und Daniel Völki – am Ende des Projekts Bahnschwellen aus Recyclingbeton herstellen und mit Abbruch-CFK armieren und vorspannen; so würde das vermeintlichen Abfallmaterial eine neue Rolle in der Schweizer Infrastruktur spielen können

Gemeinsam mit den Projektpartnern CG TEC, Cordenka, ElringKlinger, Fiber Engineering und Technikum Laubholz entwickeln die DITF einen neuen Faserverbundwerkstoff (CELLUN) mit Verstärkungsfasern aus Cellulose. Die Matrix des Werkstoffs ist ein thermoplastisches Cellulosederivat, das sich in industriellen Verarbeitungsverfahren wie Heißpressen oder Pultrusion verarbeiten lässt. CELLUN aus nachwachsenden Biopolymeren ermöglicht den Ersatz von Glas- oder Carbonfasern in der Herstellung industrieller Formteile.

Innerhalb des schnell wachsenden Segments des Faserverbund-Leichtbaus werden zunehmend Organosheeets eingesetzt. Organosheets sind vorkonsolidierte Platten-Halbzeuge mit einer Matrix aus thermoplastischen Kunststoffen und verschiedenen Verstärkungsfasern in unterschiedlichster textiler Ausführung. Die Thermoplastmatrix erlaubt die Verarbeitung der Organosheets mit in der Industrie etablierten „schnellen“ Verfahren wie Heißpressen, Thermoformen, Spritzgießen mit Organoblech-Einlegern oder Pultrusion. Die Verfahren erzeugen sehr gut recycelbare, hoch funktionalisierte Bauteile mit reproduzierbarer Qualität.

Die textile Verstärkung der Organosheets besteht vor allem aus Glas-, Carbon-, Basalt- oder Aramidfasern. Diese Fasern besitzen hohe Steifigkeiten und Zugfestigkeiten, sind jedoch in ihrer Herstellung und im Recycling energieintensiv und können nur in einem zunehmend minderwertigen Zustand recycelt werden.

Im Gegensatz dazu ist der an den DITF entwickelte CELLUN-Verbundwerkstoff eine wesentlich nachhaltigere Alternative. Für die Herstellung von CELLUN wird die Verstärkungskomponente aus nicht schmelzbaren Cellulosefasern sowie thermoplastischen, derivatisierten Cellulosefasern als Matrix zu einem Hybridroving kombiniert. Als cellulosische Verstärkungsfasern kommen Regeneratfasern der Firma Cordenka und die an den DITF entwickelten HighPerCell®-Cellulosefasern zum Einsatz.

CELLUN wird nun im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Verbundprojekts zur industriellen Reife weiterentwickelt. Die Aufgaben der DITF im CELLUN-Verbundprojekt sind vor allem die Herstellung von geeigneten Verstärkungsfasern auf Basis von Cellulose und die Einbettung der Fasern in die thermoplastische Cellulose-Derivat-Matrix. Das Material wird in den hauseigenen Technika zu technischen Hybridrovingen und zu Hybridtextilien weiterverarbeitet. Über Pultrusions- und Thermoformverfahren oder im Spritzguss können schließlich Formteile hergestellt werden, die die technischen Einsatzmöglichkeiten des neuen Materials veranschaulichen.

Im weiteren Projektverlauf liegt der Fokus auf der vollständigen Kreislaufführung des CELLUN-Materials nach dem End of Life (EOL). Dazu werden zwei unterschiedliche Ansätze erforscht. Einerseits besteht die Möglichkeit, CELLUN-Formteile ohne Qualitätsverlust thermisch umzuformen. Ein zweiter möglicher Weg besteht darin, das CELLUN-Material wieder chemisch in die einzelnen Komponenten zu trennen. Diese können dann erneut wieder zu 100% als neue Ausgangsmaterialien eingesetzt werden.

CELLUN-Werkstoffe werden als umweltfreundliche, ressourcenschonende und kostengünstige Alternative zu etablierten Verbundwerkstoffen im Leichtbau- und Automotivsektor Vorteile im Markt der technischen Halbzeuge bieten. Durch die Verwendung nachwachsender Biopolymere soll ein wesentlicher Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz geliefert werden: Einerseits können herkömmliche Kunststoffe auf Rohölbasis substituiert werden, andererseits können CELLUN-Verstärkungs- und Matrixfasern mit nur geringem Energieeinsatz und aus natürlichen Rohstoffen hergestellt werden.

Die AVK - Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V. trauert um Dr.-Ing. Rudolf Kleinholz, der im Alter von 82 Jahren am 4. Juli 2022 nach längerer Krankheit verstorben ist.
 
Seine Beziehung zu den „Verstärkten Kunststoffen“ begann 1968 beim Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Aachen, wo er als Abteilungsleiter „Verstärken“ arbeitete. Dort promovierte er 1971 über Verstärkte Kunststoffe unter Prof. Georg Menges und wechselte dann in die Industrie. Anfang der 1990er Jahre bis zu seinem Ruhestand arbeitete er bei Fibrit, Grefrath, später Johnson Controls und war dort als Director Materials and Process Engineering Europe europaweit für Innenraumteile zuständig.

Der AVK war er bereits von Beginn seines Berufslebens an, seit 1968, eng verbunden in verschiedenen Positionen und Gremien bei AVK-Arbeitskreisen und -Ausschüssen. Er war über viele Jahre organisatorisch für die AVK-Tagung mitverantwortlich und hat mit seinem außerordentlichen Know-how auch den AVK-Vorstand für viele Jahre bereichert und geprägt. Er gehörte auch nach dem Eintritt der Verrentung immer wieder kooptiert dem Vorstand an, trug für Jahrzehnte die Verantwortung für den AVK-Innovationspreis und war Vorsitzender der Jury.

Großer Beliebtheit erfreute sich das regelmäßig von der AVK durchgeführte „Einführungsseminar“, bei dem Dr. Kleinholz mit seinem tiefen Fachwissen, Neu- und Wiedereinsteigern eine immer auch humorvolle Einführung in die komplexe Welt der Verstärkten Kunststoffe gab. Bereits 2008 wurde Dr. Kleinholz der AVK-Ehrenpreis „Lesender Knabe“ für seine langjährigen Verdienste um die Verstärkten Kunststoffe / Composites verliehen.

BB Engineering GmbH (Germany), a subsidiary of Oerlikon Textile, is pleased to announce that Thai Polyester Co., Ltd (Thailand) has placed a major order for four VacuFil systems for recycling bottle flakes with connected direct spinning. The polyester manufacturer, established in 2001 and with an overall annual capacity of 316,800 tons, is one of Thailand’s leading producers and exclusively uses German technology. To this end, the company already operates Oerlikon Barmag and Oerlikon Neumag systems. The BB Engineer-ing VacuFil systems will be deployed to convert existing spinning plant equipment from processing polyester to processing PET bottle flakes without loss of performance.

BB Engineering supplies the complete recycling process – from the drying stage and extrusion, all the way through to the spinning plant-appropriate fine filtration stage. Thanks to decades of experi-ence in spinning plant technology, the German machine construc-tor also provides comprehensive spinning plant know-how and is aware of how the recycling process must be designed to ensure that the product manufactured using the spinning plant ultimately has the right quality. The four new VacuFil systems will be integrated into the existing building infrastructure and process landscape at Thai Polyester, with a total output of approx. 4,000 kg/h. The Vacu-Fil systems will be complemented by BB Engineering 3DD mixers for directly feeding dyes into the recycled melt flow. Commissioning has been scheduled for 2023.

Thai Polyester will be using the new VacuFil systems to manufac-ture its ‘EcoTPC’ recycling-brand yarns. 100% of these polyester yarns are produced from bottle, fiber and yarn waste and are all GRS certified.

• Erfahrener Fasertechnologie-Experte soll Innovationen in der Materialforschung voranbringen

PrimaLoft, Inc., Spezialist für zukunftsweisende Materialtechnologien, gab mit Manish Jain den Namen seines neuen Senior Vice President, Technology and Development, bekannt. Jain ist Nachfolger von Vanessa Mason, die sich dieses Jahr von ihrer Stelle als Senior Vice President, Engineering, zurückzieht.

Während der kommenden Monate werden Mason und Jain eng zusammenarbeiten, um einen nahtlosen Übergang zu ermöglichen. Danach will PrimaLoft Mason als externe Beraterin auf Projektbasis ins Boot holen.

Jain ist eine versierte Führungskraft in den Bereichen Forschung und Produktentwicklung mit einem robusten Hintergrund in F&E, Produktmanagement, Unternehmensentwicklung und operativem Geschäft. Zuletzt war Jain als Vice President of R&D and Technology bei Crane Currency tätig, wo er für Innovationen im Bereich Substrate (Banknoten und Sicherheitspapiere), Sicherheitsfäden, Fasern und mikrooptische Sicherheitselemente mit verantwortlich war.

Davor leitete Jain die Abteilung für Materialforschung und Prozesstechnologie bei Albany International Corp. in New York, wo er verantwortlich war für Rohstoffbeschaffung, Forschung und Entwicklung sowie Qualitätssicherung und Produktentwicklung.

„Wir freuen uns, dass Manish jetzt zur PrimaLoft-Familie gehört“, so Präsident und CEO von PrimaLoft, Mike Joyce. „Manish hat Jahrzehnte an Erfahrung mit Innovationen in der Fasertechnologie im Gepäck. In Kombination mit seinen umfassenden Kenntnissen rund um technische Materialien und Polymer-Prozesse macht ihn auch seine reichhaltige Management-Erfahrung zum idealen Kandidaten, um die technische Entwicklung unseres Unternehmens weiter voranzubringen.“