From the Sector

Im Automobilbau, dem Schiffsbau und der Luftfahrtindustrie sowie bei Windenergieanlagen steigen die Materialanforderungen zusehends. Die verwendeten Werkstoffe sollen leicht, ressourcenschonend und gleichzeitig hochbelastbar sein. Faserverstärkte Kunststoffe (Composites) rücken immer mehr in den Vordergrund, da deren Eigenschaften in Kombination mit Glas- oder Carbonfasern metallischen Materialien oftmals überlegen sind. Mit Fokus auf die klimaneutrale Herstellung und Nutzung von Produkten wächst auch der Bedarf an Recyclinglösungen. Im SmartERZ-Projekt TRICYCLE arbeiten Unternehmen gemeinsam an geeigneten skalierbaren und wirtschaftlich tragfähigen Prozessen zum Recycling von Smart Composites. Momentan gibt es dafür keine Anbieter oder Konzepte am Markt.

Smart Composites bestehen aus Werkstoffen, deren Funktionalisierung durch die Integration oder Applikation elektrisch leitfähiger Komponenten, z. B. Sensoren oder Mikroprozessoren, erreicht wird. Dazu zählen zum Beispiel smarte Textilien, die elektronisch wärmen, Lichtsignale geben oder zur Datenübertragung genutzt werden können. Das breite Anwendungsspektrum und die vielseitigen Einsatzgebiete dieser intelligenten Verbundwerkstoffe und Multimaterialverbunde werden perspektivisch zu einem wachsenden Bedarf und einer stärkeren Nachfrage führen.

Die funktionale und vielschichtige Verbindung verschiedener Materialien wie Kunststoff, Metall und Textil wirft beim Thema Recycling Nachhaltigkeitsfragen auf. Im Erzgebirge werden dafür bereits heute Lösungen entwickelt. Im Rahmen des WIR!-Projektes SmartERZ ist das Verbundprojekt TRICYCLE entstanden. Mit dem Fokus auf den Strukturwandel im Erzgebirge haben sich acht ortsansässige Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammengetan, um ein Recyclingkonzept aufzustellen und die Grobplanung für ein erzgebirgisches Recycling Center zu entwickeln. Das Ende des Produktlebenszyklus und die Nachnutzung bzw. Wiederaufbereitung stehen dabei im Mittelpunkt des Entwicklungsprozesses. Im Ergebnis sollen effektive und maßgeschneiderte Maßnahmen für eine möglichst hochwertige Wiederverwendung entstehen. Diese sollen dem steigenden Aufkommen an Abfällen aus diesem wachsenden Bereich der deutschen Industrie begegnen und anwendungsbereit sein.

Klassische Herausforderungen für die Projektbeteiligten sind die irreversiblen Verbindungstechniken (z. B. Kleben, Faser-Matrix-Haftung), die Integration vieler verschiedener Materialien in geringen Mengen sowie Form und Größe der Bauteile. Eigene Untersuchungen sowie Feedback von Partnerunternehmen bestätigen die Notwendigkeit sowie den Nutzen eines passgenauen Recyclingprozesses für Smart Composites und intelligente Multimaterialverbünde. Das Projekt soll dazu beitragen, den Wirtschaftsstandort Erzgebirge attraktiver und zukunftsfähiger zu gestalten.

Am 1. September 2021 gestartet, kann TRICYCLE erste Ergebnisse vorweisen. Zunächst wurden die Bedarfe bei mittelständischen Unternehmen in der Region Erzgebirge abgefragt, um die aktuellen Gegebenheiten und den Status quo in Bezug auf technologische Recyclingkonzepte bestmöglich abzubilden. Für ein fundiertes Recyclingkonzept hat das TRICYCLE-Team drei Referenzbauteile für den vorgesehenen Prozess ermittelt, die in der erzgebirgischen Wirtschaft Verwendung finden, und folgenden Bereichen zugeordnet: Automotive, Technische Textilien mit applizierter Zusatzfunktion und Technische Textilien mit integrierter Zusatzfunktion.

Basierend auf dieser Auswahl, analysiert das Projektteam momentan die Herstellungs- und bisherigen Recyclingprozesse der Referenzbauteile. Das beinhaltet auch die Planung praktischer Versuche zum Recycling. Dabei fokussieren sich die Projektpartner auf ihr Know-how in verschiedenen chemischen, thermischen und mechanischen Prozessen zur Separierung, Rückführung und Wiederverwendung der eingesetzten Materialien. Um die Produkte den Recyclingtechnologien zugänglich zu machen, wurde die Herangehensweise innerhalb des Projekts angepasst, da insbesondere Textil aufgrund von Form und Struktur (z. B. endlose Struktur) herausfordernd sein kann.

Obwohl die Materialien selbst recycelbar sind, müssen diese dennoch für den Prozess optimal vorbereitet bzw. fachgerecht aufbereitet werden. Die Expertise und die Technologiekompetenz, die hierfür benötigt werden, ist bei den beteiligten Projektpartnern durch jahrzehntelange Erfahrung und zahlreiche Innovationen vorhanden. Das Zusammenspiel aller Beteiligten im Projekt TRICYCLE stellt bereits jetzt die Weichen für das geplante Recycling Center, um dieses später zum Drehkreuz zwischen regionalen Produktionsunternehmen und dem Recycling weiterzuentwickeln. Dieses soll als „Open Factory“ aufgebaut werden, um den Unternehmen des SmartERZ-Bündnisses bzw. perspektivisch der Region Erzgebirge eine gemeinsame Nutzung zu ermöglichen.

„Die Wiederverwendung der eingesetzten Ressourcen ist sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht zwingend geboten. Momentan gibt es weder Anlagenbauer noch Dienstleistungsanbieter mit den entsprechenden Kompetenzen zum Recycling von Smart Composites oder Multimaterialverbünden am Markt,“ stellt Johannes Leis, der Verbundkoordinator vom Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) in Chemnitz fest.Unter Leitung des STFI als Verbundkoordinator mit seiner über 30-jährigen Erfahrung in der Textilbranche und speziellem Know-how im Recycling von Carbonabfällen haben sich weitere Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammengefunden. Dazu zählen das Textilunternehmen Curt Bauer GmbH, die Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb der TU Chemnitz, das Ingenieurbüro Matthias Weißflog, der Hersteller für Faserverbundbauteile Cotesa GmbH, der Spezialvlieshersteller Norafin Industries (Germany) GmbH, das Recyclingunternehmen Becker Umweltdienste GmbH und die Hörmann Rawema Engineering & Consulting GmbH. Am Ende der Projektlaufzeit sollen ein einsatzfähiges, technologisches Recyclingkonzept für die zukünftigen entstehenden smarten Produkte sowie die in der Produktion entstehenden Abfälle (bspw. durch fehlerhafte Bauteile und Randbeschnitte) und ein Konzept für den Aufbau eines Recycling Centers vorliegen, das im Erzgebirge entstehen soll.

The viscose specialities manufacturer Kelheim Fibres has won the Techtextil Award in the "New Concept" category for their project "Cellulose-based nonwovens for highly absorbent reusable products".
This award is intended to make cutting-edge developments visible, promote unconventional thinking and intensify the dialogue between researchers, manufacturers.

The starting point for the innovation was the search for a washable and thus reusable absorbent pad made of completely bio-based materials for the cloth diaper of the Berlin-based start-up Sumo.
Two main requirements of the application are obvious: A fast and efficient liquid distribution and high absorbency should minimise rewetting and leakage. Both are ensured by speciality viscose fibres from Kelheim, which have been making this essential contribution to absorbent hygiene products such as tampons for many years. The obvious solution was therefore to optimally utilise the synergies between knitted and woven structures with nonwovens.

In doing so, the advantages of nonwovens in combination with speciality viscose fibres in terms of absorbency (through e.g. more open-pored structures) have been perfectly transferred from the field of disposable to the world of reusable products. For reusable products, however, there is another challenge to overcome: they must remain stable during washing and over several cycles of use. To ensure this, an innovative nonwoven construction was developed in close cooperation with the STFI. These nonwovens can be used as a stand-alone solution or integrated into a textile structure.

Im Mittelpunkt des Messeauftritts des Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) stehen im Jahr 2022 aktuelle Entwicklungen, die sich dem Recycling und der Nachhaltigkeit von Leichtbauwerkstoffen widmen. Der Einsatz von rezyklierten Hochleistungsfasern wird an diversen Anwendungsbeispielen aus den Bereichen Sport und Freizeit sowie Mobilität erlebbar gemacht. Beispielsweise werden die Ergebnisse des zum 30.03.2022 beendeten IGF-Vorhabens „VliesSMC“ präsentiert. Gemeinsam mit dem Forschungspartner Fraunhofer ICT, Pfinztal, wurde im Rahmen des Projektes der Einsatz von rezyklierten Carbonfasern in der SMC-Prozesskette detailliert untersucht. Hierzu wurden zunächst Vliesstoffe entwickelt, die es ermöglichen, die rezyklierten Carbonfasern der SMC-Anlage zuzuführen. Die hergestellten SMC-Halbzeuge konnten anschließend sowohl im Form- als auch Fließpressverfahren verarbeitet werden. Der Benchmark mit konventionellen SMC-Produkten zeigte, dass bei niedrigerem Faservolumengehalt vergleichbare Kennwerte erzielt werden konnten.

Zukunftsweisende Materialien bieten zudem die Entwicklungen aus dem Bereich nachwachsender Rohstoffe in Kombination mit biobasierten Harzsystemen. Das Projekt Gro-Coce verfolgte das Ziel, durch die Verbindung nachhaltiger Bauprodukte und -weisen ein innovatives Deckensystem zu entwickeln, welches auf Grundlage der Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV-Bauweise) als ökonomische und ökologisch vorteilhafte Alternative zu den momentan vorherrschenden, energie- und ressourcenintensiven Deckenkonstruktionen aus Stahlbeton funktioniert. Das Deckensystem besteht aus Holzstegen, deren Zugzone durch hochleistungsfähige hanffaserbasierte Armierungstextilien verstärkt wird. Dadurch gelingt eine deutliche Reduktion des notwendigen Holzquerschnittes und eine anforderungsgerechtere sowie verantwortungsvollere Nutzung des Querschnitts für alle üblichen Spannweiten des Hoch- und Geschossbaus. Ziel war die Verwirklichung hoher mechanischer Kennwerte der Fasern, bei gleichzeitig geringer Streuung der Materialeigenschaften, um ein im Vergleich zu industriell gefertigten Fasern konkurrenzfähiges und nachhaltiges Produkt aufbieten zu können.

Zudem stellt das STFI neueste Möglichkeiten zur kontinuierlichen Herstellung von Organoblechen vor. Unter Einsatz einer Intervallheißpresse wurden in den letzten Jahren Organobleche auf Basis unterschiedlichster Verstärkungsstrukturen in Kombination mit thermoplastischen Matrixsystemen entwickelt. Die Palette reicht dabei vom industrieüblichen PP und PA bis hin zu hochtemperaturbeständigen Polymeren wie PPS oder PEI.

• Austausch über das Netzwerkprojekt Hanfbast Sachsen (HaSaX) ´

Ende Februar besuchte Wolfram Günther, Staatsminister für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft des Freistaats Sachsen, das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) in Chemnitz. Gesprächsgegenstand des Besuchs war das Forschungsvorhaben „Hanfbast aus Sachsen“ für eine nachhaltige Produktion von textilen Halbzeugen und Produkten (HaSaX)“. Das STFI erarbeitet zum gegenwärtigen Zeitpunkt ein Forschungsnetzwerk in Kooperation mit der Firma texulting GmbH, Hohenstein-Ernstthal, in dem das Potenzial von Hanfbast als biobasiertes Leichtbaumaterial betrachtet wird.

Das Neue ist; dieser Hanfbast wird aus ungerösteten also naturbelassenen Hanfpflanzen gewonnen und behält damit sein naturgegebenes, sehr hohes Leistungspotenzial. Das Verfahren der Gewinnung ist neu und deshalb gibt es bis zur industrieprozesstauglichen Verarbeitung der Bastfasern viele Entwicklung-schritte, welche bis zur Nutzung des Materials noch zu bewältigen sind. Zusammen mit einer Gruppe sächsischer Mittelständler sucht das STFI deshalb Unterstützung bei der sächsischen Politik zur Umsetzung der noch offenen Entwicklungsaufgaben für die Nutzbarmachung von Hanfbast.

Verfolgt wird die Vision einer vollumfänglichen Nutzung des Hanfes z. B. im Baubereich. Ziel ist es, mit hanfbasierten Sandwichelementen künftig Baustoffe anzubieten, die eine sehr gute Kreislauffähigkeit aufweisen. Hinsichtlich des CO2-Fußabdruckes können hanfbasierte Sandwichelemente mit klassischen Systemen konkurrieren. Neben den Gebäudeinnenschichten, die wegen der guten Dämmeigenschaften auch aus Hanf bestehen, kann dann auch die Gebäudehülle ein Tragelement aus Hanflaminat sein. Der Markt für leichte Gebäudehüllen wächst ständig und legt europa- und deutschlandweit momentan um jährlich 5 % zu – eine gute Perspektive für Bauwerke aus Hanf.

Der Einsatz nachhaltiger und biobasierter Materialien gewinnt in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung. Gründe dafür sind zum einen das steigende Bewusstsein bezüglich Umwelt- und Ressourcenschonung, Verknappung von Rohstoffen jedoch auch die zunehmende Verschärfung der gesetzlichen Vorgaben.

Composites, die aus mineralischen und/oder erdölbasierten Rohstoffen bestehen, weisen von der Erzeugung bis zum Recycling einen erheblichen CO2-Footprint auf. Um die CO2-Emission zu reduzieren, ist der Einsatz biobasierter Hochleistungsfasern anstelle der Glas- oder Kunststofffasern ein Lösungsansatz. Das mechanische Leistungspotenzial von Hanfbast ist vergleichbar mit dem von Glasfasern und wurde unter Nutzung einer neuen Bastfaser-Gewinnungsmethode erstmals 2015 nachgewiesen. So besitzen die aus derart isoliertem Hanfbast hergestellten Composites um bis zu 40 % höhere mechanische Kennwerte als jene Bauteile, bei denen ausschließlich konventionell aufgeschlossene Naturfasern eingesetzt werden.

• Wechsel in den Organen des STFI vollendet

Mit Beginn des Monats November 2021 ist die Führung des Sächsischen Textilforschungsinstitutes an Dr. Heike Illing-Günther übergegangen. Sie nimmt fortan die Position des Geschäftsführenden Direktors wahr. Der bisherige Direktor, Dipl.-Ing.-Ök. Andreas Berthel, übergibt die laufenden Geschäfte und wechselt in den Vorstand des Institutes als Vorstandsvorsitzender. Für seine langjährige Tätigkeit als außerordentlich erfolgreicher geschäftsführender Direktor bedanken sich alle Mitarbeiter des STFI ganz herzlich.

Der langjährige Vorstandsvorsitzende und erste geschäftsführende Direktor des STFI, Prof. Dr.-Ing. Hilmar Fuchs, als auch der Stellvertretende Vorsitzende des Vorstandes, Dipl.-Ing. Hans Martin Wohlfart, beenden altersbedingt ihre Vorstandstätigkeit.

Neben der Ernennung von Dr. Heike Illing-Günther zur neuen Geschäftsführenden Direktorin, berief der Vorstand Dipl.-Inform. Hendrik Beier zum Stellvertretenden Geschäftsführenden Direktor des STFI. Beide sind langjährige und erfahrene Mitarbeiter des Institutes und können dadurch die Grundwerte, wie Innovationsstärke und Kundennähe in ihre zukünftige Tätigkeit einbringen.

Dr. rer. nat. Heike Illing-Günther ist verheiratet und Mutter von drei erwachsenen Söhnen. Ihr Studium der Chemie und Werkstofftechnik absolvierte sie an der Bergakademie Freiberg und der Technischen Universität Chemnitz, das sie 1992 mit dem Diplom abschloss.

Nach ihrer Promotion (1995) an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena auf dem Gebiet der Lebensmittel- und Umwelttoxikologie erfolgte 1996 ihr Einstieg in die Textilprüfung am Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland in Greiz. Arbeitsschwerpunkte der folgenden 10 Jahre waren neben der chemische Textilanalytik und dem Qualitätsmanagement der akkreditierten Prüfstelle, die Textilmikroskopie/Digitale Bildverarbeitung und -auswertung sowie die Textilbeschichtung, die Oberflächenmodifizierung sowie Projekte zu Smart Textiles.

Seit 2006 ist sie am Sächsischen Textilforschungsinstitut (STFI) Chemnitz tätig. Hier stieg sie in der Abteilung Technische Textilien/Web- & Maschenwaren ein und beschäftigte sich mit Projekten im Bereich der Technischen Textilien, vor allem der textilen Halbzeuge für endlosfaserverstärkte Kunststoffe sowie der Funktionsintegration in textile Halbzeuge und Smart Textiles.

Seit 2010 arbeitete Dr. Heike Illing-Günther als Forschungsleiter des Institutes. Außerdem ist sie ebenfalls seit 2001 als nationaler und internationaler Fachgutachter tätig, ebenso wie als Lehrbeauftragter an der TU Chemnitz und der TU Dresden sowie der Kunsthochschule Berlin Weißensee.

• Delegationen der GRÜNEN aus sächsischem Landtag und Europaparlament besuchen Sächsisches Textilforschungsinstitut

Die Bundestagswahl 2021 rückt näher und Politiker:innen aus Bund und Ländern sind aktiv in ihrem Wahlkampf unterwegs. Schlagworte wie Nachhaltigkeit, Ressourcen- und Umweltschonung, Kreislaufwirtschaft und Innovation finden sich in den Programmen vieler Parteien wieder und sind wichtiger Bestandteil so mancher Zukunftsvision. Das Thema Forschung spielt dabei oft eine tragende Rolle.

Das Sächsische Textilforschungsinstitut e. V. (STFI) empfing in dieser Woche gleich zwei Mal politischen Besuch. Am 07.09. stattete die Europa-Parlaments-Abgeordnete Anna Cavazzini (DIE GRÜNEN/EFA) dem renommierten Forschungsinstitut einen Besuch ab. Als Vorsitzende des Binnenmarktausschusses des Europäischen Parlaments wirkt Sie an Gesetzesvorschlägen zum Europäischen Green Deal mit. Dafür sucht Sie den Austausch mit Expert:innen und Stakeholdern. Zudem wollte Cavazzini, welche selbst in Chemnitz studierte, mit dem Termin auch Sichtbarkeit für die innovative Arbeit in Sachsen erzeugen. Am STFI konnte Sie sich einen Überblick zu den Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in der Textilbranche verschaffen. Bei der Präsentation des Institutes wurde der Fokus auf erfolgreiche, zum Teil internationale, nachhaltige und „grüne“ Projekte gelegt. Themen rund um alternative Rohstoffquellen und nachwachsende Rohstoffe für Hochleistungs- und Chemiefasern waren ebenso Gegenstand der Vorstellung. Ob Fassaden-, Dach- und Gleisbettbegrünungen oder Pflanzeninseln: in diesen Bereichen hat das Sächsische Textilforschungsinstitut seit vielen Jahren immer wieder innovative Projekte initiiert, die durch den Transfer von Forschungsergebnissen zum Teil auch den Weg auf den Markt gefunden haben. Im Anschluss fand in der „Textilfabrik der Zukunft“, einem der Forschungs- und Versuchsfelder am STFI, eine angeregte Diskussion über Urban Farming, CE-Zertifizierung, Energieeffizienz und Verbraucherschutz zwischen der Abgeordneten Anna Cavazzini und der zukünftigen Geschäftsführenden Direktorin, Dr. Heike Illing-Günther sowie weiteren Mitarbeitern des STFI statt.

Einen Tag darauf, am 08.09., empfing das STFI eine Delegation der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN des sächsischen Landtages. Als Abschluss einer Klausurtagung am 7. und 8. September besuchten die Abgeordneten in kleinen Gruppen lokale Einrichtungen, Initiativen und Institutionen aus den Bereichen Zivilgesellschaft, Forschung und Wirtschaft. Das Sächsische Textilforschungsinstitut durfte sich dabei auf die Fraktionsvorsitzende Franziska Schubert und den Wirtschaftspolitischen Sprecher Gerhard Liebscher freuen. Wie schon am Vortag konnten hier interessante Gespräche zu den Themen Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung, Prüfung, Zertifizierung und Innovation in der Forschung geführt werden. Zu Beginn wurde das Institut vorgestellt, im Anschluss daran fand ein kleiner Rundgang durch ausgewählte Technika des STFI statt.

In der vergangenen Woche konnte auch der Oberbürgermeister der Stadt Chemnitz, Sven Schulze, welcher bereits seit Oktober 2020 im Amt ist, seinen Antrittsbesuch am Sächsischen Textilforschungsinstitut durchführen. Coronabedingt musste dieser immer wieder verschoben werden. Bei einem Rundgang am 02.09. lernte er die Arbeiten des Institutes im Bereich technischer Textilien, Vliesstoffe, textiler Leichtbau Veredlung und Digitalisierung kennen und zeigte sich beeindruckt von der Vielseitigkeit der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am STFI. Die gute Kooperation der Forschungseinrichtung mit der Stadt soll auch unter Sven Schulze fortgeführt werden.

• Erweiterte Forschungskompetenzen mit neuen Technika für Prüfung und Textilrecycling

Am 22. Juli 2021 legte das Sächsische Textilforschungsinstitut e. V. (STFI) auf einem rund 9.000 m² großen Baugelände in Chemnitz den Grundstein für einen neuen Gebäudekomplex. Die Vergrößerung des Forschungsinstitutes schafft Platz für neue Anlagen und erweitert die Kompetenzen im Bereich Textilrecycling und Prüfung. Der Bau des neuen Zentrums für Nachhaltigkeit wird vom Freistaat Sachsen anteilig gefördert und soll im kommenden Jahr fertiggestellt werden.

Dem Begriff der Nachhaltigkeit soll in vielerlei Hinsicht Rechnung getragen werden: Hauptschwerpunkte der zukünftigen Arbeiten im neuen Zentrum für Nachhaltigkeit am STFI werden das faserbasierte mechanische Recycling von textilen Flächen und Garnen und nachfolgende Forschungsarbeiten zu deren Wiederverwendbarkeit sein. Die Technika werden mit modernsten Filteranlagen sowie einer Fotovoltaik-Anlage ausgerüstet. Weiterhin werden im Gebäude Prüfstände für Laserschutzkleidung, Atemschutzmasken und weiterer medizinischer Schutzausrüstung aufgebaut. Mit diesen Investitionen will man den Anforderungen an ein leistungsstarkes Prüfinstitut gerecht werden.

Mit der Einbindung eines modernen Showrooms in den Gebäudekomplex, der sowohl als Beratungs- als auch Kreativraum genutzt werden kann, wird die Möglichkeit geschaffen, Ergebnisse von Forschungsarbeiten in Szene zu setzen und in entspannter Atmosphäre mit Partnern über zukünftige Forschungsinhalte zu diskutieren.

Ein zusätzliches Highlight sind 10 nicht öffentliche Ladestationen für batterieelektrische Fahrzeuge, damit Gäste und Mitarbeiter ihre PKW mit Energie versorgen können.

• 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.“

Betriebsdaten sinnvoll nutzen und Ausfallzeiten reduzieren: Das waren nur einige der Ziele, die die Textil vernetzt-Kollegen vom Sächsischen Textilforschungsinstitut (STFI) beim Retrofitting einer Rundstrickmaschine bei der thoenes® Dichtungstechnik GmbH aus dem sächsischen Klipphausen erreicht haben.

Die Rundstrickmaschine produziert Kunststoffgestricke, die unter anderem im Fahrzeugbau zum Einsatz kommen, um Druckluftgeräusche zu reduzieren. Die derzeit erhobenen Daten werden in Ermangelung an Schnittstellen momentan noch nicht an übergeordnete Systeme übergeben und weiterverarbeitet. Das Team vom STFI hat nun eine sensorbasierte Nachrüstung der Maschine vorgenommen. Dazu haben sich die Kollegen in mehreren Workshops einen Überblick verschafft, welche Anforderungen in der laufenden Produktion anfallen. Im Mittelpunkt standen die Messung der Drehzahl und die Bestimmung des Spulendurchmessers, um Laufzeit, Geschwindigkeit und Verarbeitungsmenge an der Maschine zu erfassen. Hierzu verbaute thoenes einen Hallsensor an der Maschine, der zur Drehzahlmessung genutzt wurde. Am STFI wurden zudem weitere Erfassungsmethoden erprobt. Die Programmierung der Controller-Systeme erfolgte in der Programmiersprache C und für die Vorauswertung der Sensordaten kam das grafische Programmierwerkzeug Node-RED zum Einsatz. Dieses nutzt das Unternehmen zudem, um mobil Störungsmeldungen zu erfassen.

Am Chemnitzer Schaufenster des STFI ist nun die Realisierung eines Retrofit-Demonstrators geplant. Hieran sollen weitere Lösungsansätze gezeigt werden, zugleich wird dieser anderen interessierten Unternehmen als Leihgabe zur Verfügung stehen.

Die neue Bundesagentur für Sprunginnovationen in Leipzig bezeichnet disruptive Technologien und Produkte, die die Märkte von Deutschland aus revolutionieren sollen, als High Potentials – kurz HiPos. In Chemnitz werden diese HiPos für die Textilindustrie 4.0, insbesondere für die Herstellung von Technischen Textilien, im Forschungsprojekt futureTEX entwickelt. Regelmäßig treffen sich die Unternehmer und FuE-Leiter aus den 180 Mitgliedsfirmen des Konsortiums zum KompetenzFrühstück, um über Synergien in der Umsetzung der Forschungsresultate zu diskutieren.