Aus der Branche

Nach dem BIOPOLYMER Innovation Award hat das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. (TITK) für seinen vollständig biobasierten und biologisch abbaubaren Schmelzklebstoff Caremelt® eine weitere Auszeichnung erhalten: Die bayrische Staatsministerin für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, Michaela Kaniber (CSU), überreichte dem Rudolstädter Forschungsinstitut in Würzburg den mit 10.000 Euro dotierten Ernst-Pelz-Preis.

Die Preisverleihung fand im Rahmen des Symposiums „Energie- und Ressourcenwende: von der Strategie zu Best Practice“ statt, das vom C.A.R.M.E.N. e.V. – dem Centralen Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk des Freistaats Bayern – in der Residenz Würzburg ausgerichtet wird.

„Nur wenn es Menschen und Unternehmen gibt, die sich für die Energie- und Ressourcenwende stark machen, kann sie gelingen", sagte die Ministerin anlässlich der Preisverleihung und gratulierte dem geschäftsführenden Direktor des TITK, Benjamin Redlingshöfer, und dem Projektleiter für Caremelt®, Andreas Krypczyk,. Der in Rudolstadt entwickelte Bio-Schmelzklebstoff könne von der Industrie bei Verpackungen, Textilien, Autoteilen oder Holz quasi überall verwenden werden.

Der Ernst-Pelz-Preis war 1992 von der Ernst-Pelz-Stiftung ins Leben gerufen worden, um Technologien für die Verwertung nachwachsender Rohstoffe weiterzuentwickeln und auch finanziell zu fördern. Neben dem Ernst-Pelz-Preis wurde auch der Förderpreis für Nachwachsende Rohstoffe verliehen. Den ebenfalls mit 10.000 Euro dotierten Preis erhielt die Lorenz GmbH aus Taucha (Sachsen) für ein Holz-Stroh-Fertigbauelement, das Wand, Dämmung und Solarkraftwerk in einem ist.

• Session "New Technologies for Pulp, Fibres and Yarns"

Cellulose fibres are a true material miracle as they offer a steadily expanding, broad range of applications. Meanwhile markets are driven by technological developments and policy frameworks, especially bans and restrictions on plastics, as well as an increasing number of sustainability requirements. The  presentations will provide valuable information on the various use-opportunities for cellulosic fibres through a policy overview, a special session on sustainability, recycling and alternative feedstocks, as well as the latest developments in pulp cellulosic fibres and yarns. In addition, examples of non-wovens,  packaging and composites will offer a look beyond the horizon of conventional application fields.

The extensive fifth conference session, “New Technologies for Pulp, Fibres and Yarns”, includes the participation of eight speakers and promises the reveal of various innovations and new approaches. These address the processing of pulp, fibres and yarn, with the aim of realizing most sustainable and efficient solutions. The broad spectrum of topics ranges from processing cellulose with ionic liquids, material farming and chemical modification of pulp to functionalised fibres for feel-good textiles.

Speakers of the Session "New Technologies for Pulp, Fibres and Yarns"

• Antje Ota - Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) (DE): The Versatility of the HighPerCell® Technology for Cellulose Filament
• Carlo Centonze - HEIQ (CH): HeiQ AeoniQ – Cellulose Yarn Focussed on Climate and Circularity
• Manuel Steiner - LIST Technology AG (CH): Cellulose Dissolving Technology Platform
• Dominik Mayer - Kelheim Fibres (DE): Functionalized Viscose Fibres for Wellbeing Textiles: How Infrared Celliant® Viscose supports a Healthy and Sustainable Lifestyle
• Michael Sturm - TITK (DE): Method for the Evaluation of the dissolution Power and dissolution Quality of Cellulosic Raw Materials dissolved in New Ionic Liquids
• Kaoutar Aghmih - Hassan II University (MA): Rheology and Dissolution of Cellulose in Ionic Liquid Solutions
• Ofir-Aharon Kuperman - Weizmann Institute of Science (IL): Material Farming and Biological Fabrication of Cellulose Fibers with Tailored Properties
• Taina Kamppuri - VTT Technical Research Center of Finnland (FI): Chemically Modified Kraft Pulps to Improve the Sustainability of Regenerated Fibres

• Kohlenstoff mit mehreren Leben

Geht es um die Zukunft der motorisierten Mobilität, reden alle vom Antrieb: Wie viel E-Auto, wie viel Verbrenner verträgt die Umwelt und braucht der Mensch? Zugleich stellen neue Antriebe erhöhte Anforderungen nicht nur an den Motor, sondern auch an dessen Gehäuse und die Karosse: Für solch anspruchsvolle Anwendungen kommen häufig Carbonfasern zum Einsatz. Wie der Antrieb der Zukunft, sollten auch die Werkstoffe am Fahrzeug umweltfreundlich sein. Deshalb ist Recycling von Carbonfasern gefragt. Lösungen dafür haben Institute der Zuse-Gemeinschaft entwickelt.

Carbonfasern, auch als Kohlenstofffasern oder verkürzt als Kohlefasern bekannt, bestehen fast vollständig aus reinem Kohlenstoff. Sehr energieaufwändig wird er bei 1.300 Grad Celsius aus dem Kunststoff Polyacrylnitril gewonnen. Die Vorteile der Carbonfasern: Sie haben kaum Eigengewicht, sind enorm bruchfest und stabil. Solche Eigenschaften benötigt man z.B. am Batteriekasten von E-Mobilen oder in Strukturbauteilen der Karosserie. So arbeitet das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) aktuell gemeinsam mit Industriepartnern daran, statisch-mechanische Stärken der Carbonfasern mit Eigenschaften zur Schwingungsdämpfung zu verknüpfen, um die Gehäuse von E-Motoren im Auto zu verbessern. Angedacht ist in dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt die Entwicklung sogenannter Hybridvliesstoffe, die neben der Carbonfaser als Verstärkung weitere Faserstoffe enthalten. „Wir wollen, die Vorteile unterschiedlicher Faserstoffe verbinden und so ein optimal auf die Anforderungen abgestimmtes Produkt entwickeln“, erläutert Marcel Hofmann, STFI-Abteilungsleiter Textiler Leichtbau.

Damit würden die Chemnitzer Forschenden bisherige Vliesstoff-Lösungen ergänzen. Sie blicken auf eine 15-jährige Geschichte in der Arbeit mit recycelten Carbonfasern zurück. Der globale Jahresbedarf der hochwertigen Fasern hat sich im vergangenen Jahrzehnt fast vervierfacht, laut Angaben der Industrievereinigung AVK auf zuletzt rd. 142.000 t. „Die steigende Nachfrage hat das Recycling immer stärker in den Fokus gerückt“, betont Hofmann. Carbonfaserabfälle sind ihm zufolge für etwa ein Zehntel bis ein Fünftel des Preises von Primärfasern erhältlich, müssen aber noch aufbereitet werden. Dreh- und Angelpunkt für den Forschungserfolg der recycelten Fasern sind konkurrenzfähige Anwendungen. Die hat das STFI nicht nur am Auto, sondern auch im Sport-Freizeitsektor sowie in der Medizintechnik gefunden, so in Komponenten für Computertomographen. "Während Metalle oder Glasfasern als potenzielle Konkurrenzprodukte Schatten werfen, stört Carbon die Bilddarstellung nicht und kann seine Vorteile voll ausspielen“, erläutert Hofmann.

Papier-Knowhow nutzen
Können recycelte Carbonfasern nochmals den Produktkreislauf durchlaufen, verbessert das ihre CO2-Bilanz deutlich. Zugleich gilt: Je kürzer die Carbonfasern, desto unattraktiver sind sie für die weitere Verwertung. Vor diesem Hintergrund entwickelten das Forschungsinstitut Cetex und die Papiertechnische Stiftung (PTS), beide Mitglieder der Zuse-Gemeinschaft, im Rahmen eines Forschungsvorhabens ein neues Verfahren, das bislang wenig geeignet erscheinende Recycling-Carbonfasern ein zweites Produktleben gibt. „Während klassische Textilverfahren die ohnehin sehr spröden Recycling-Carbonfasern in Faserlängen von mind. 80 mm trocken verarbeiten, beschäftigten wir uns mit einem Verfahren aus der Papierindustrie, welches die Materialien nass verarbeitet. Am Ende des Prozesses erhielten wir, stark vereinfacht gesprochen, eine flächige Matte aus recycelten Carbonfasern und Kunststofffasern“, erläutert Cetex-Projektingenieur Johannes Tietze das Verfahren, mit dem auch 40 mm kurze Carbonfasern zu attraktiven Zwischenprodukten recycelt werden können. Das danach in einem Heißpressprozess entstandene Erzeugnis dient als Grundmaterial für hochbelastbare Strukturbauteile. Zusätzlich wurden die mechanischen Eigenschaften der Halbzeuge durch die Kombination mit endlosfaserverstärkten Tapes verbessert. Das Recyclingprodukt soll, so die Erwartung der Forschenden, glasfaserverstärkten Kunststoffen, Konkurrenz machen, z.B. bei Anwendungen im Schienen- und Fahrzeugbau. Die Ergebnisse fließen nun in weiterführende Forschung und Entwicklung im Kooperationsnetzwerk Ressourcetex ein, einem geförderten Verbund von 18 Partnern aus Industrie und Wissenschaft.

Erfolgreiche Umsetzung in der Autoindustrie
Industriereife Lösungen für die Verwertung von Carbonfaser-Produktionsabfällen werden im Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt (TITK) entwickelt. Mehrere dieser Entwicklungen wurden mit Partnern beim Unternehmen SGL Composites in Wackersdorf industriell umgesetzt. Die Aufbereitung der so genannten trockenen Abfälle, hauptsächlich aus Verschnittresten, erfolgt nach einem eigenen Verfahren. „Dabei führen wir die geöffneten Fasern verschiedenen Prozessen zur Vliesherstellung zu“, sagt die zuständige Abteilungsleiterin im TITK, Dr. Renate Lützkendorf. Neben den Entwicklungen für den Einsatz z.B. im BMW i3 in Dach oder Hintersitzschale wurden im TITK spezielle Vliesstoffe und Verfahren für die Herstellung von Sheet Molding Compounds (SMC) etabliert, das sind duroplastische Werkstoffe, die aus Reaktionsharzen und Verstärkungsfasern bestehen und zum Pressen von Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet werden. Eingang fand dies z.B. in einem Bauteil für die C-Säule des 7er BMW. „In seinen Projekten setzt das TITK vor allem auf die Entwicklung leistungsfähigerer Prozesse und kombinierter Verfahren, um den Carbonfaser-Recyclingmaterialien auch von den Kosten her bessere Chancen in Leichtbauanwendungen einzuräumen“, betont Lützkendorf. So liege der Fokus gegenwärtig auf dem Einsatz von CF-Recyclingfasern in thermoplastischen Prozessen zur Platten- und Profilextrusion. „Ziel ist es, die Kombination von Kurz- und Endlosfaserverstärkung in einem einzigen, leistungsfähigen Prozess-Schritt zu realisieren.“