From the Sector

At this year's JEC World, STFI will be presenting highlights from carbon fibre recycling as well as a new approach to hemp-based bast fibres, which have promising properties as reinforcement in lightweight construction.

Green Snowboard
At JEC World in Paris from 5 to 7 March 2024, STFI will be showcasing a snowboard from silbaerg GmbH with a patented anisotropic coupling effect made from hemp and recycled carbon fibres with bio-based epoxy resin. In addition to silbaerg and STFI, the partners Circular Saxony - the innovation cluster for the circular economy, FUSE Composite and bto-epoxy GmbH were also involved in the development of the board. The green snowboard was honoured with the JEC Innovation Award 2024 in the “Sport, Leisure and Recreation” category.

VliesComp
The aim of the industrial partners Tenowo GmbH (Hof), Siemens AG (Erlangen), Invent GmbH (Braunschweig) and STFI united in the VliesComp project is to bring recycled materials back onto the market in various lightweight construction solutions. The application fields "Innovative e-machine concepts for the energy transition" and "Innovative e-machine concepts for e-mobility" were considered as examples. On display at JEC World in Paris will be a lightweight end shield for electric motors made from hybrid nonwovens - a mixture of thermoplastic fibre components and recycled reinforcing fibres - as well as nonwovens with 100% recycled reinforcing fibres. The end shield was ultimately manufactured with a 100% recycled fibre content. The tests showed that, compared to the variant made from primary carbon fibres using the RTM process, a 14% reduction in CO₂ equivalent is possible with the same performance. The calculation for the use of the prepreg process using a bio-resin system shows a potential for reducing the CO₂ equivalent by almost 70 %.

Bast fibre reinforcement
To increase stability in the plant stem, bast fibres form in the bark area, which support the stem but, in contrast to the rigid wood, are very flexible and allow slender, tall plants to move in the wind without breaking.A new process extracts the bast bark from hemp by peeling.The resulting characteristic values, such as tensile modulus of elasticity, breaking strength and elongation, are very promising in comparison with the continuous rovings made of flax available on the market.The material could be used as reinforcement in lightweight construction.At JEC World, STFI will be exhibiting reinforcing bars that have been processed into a knitted fabric using a pultrusion process based on bio-based reinforcing fibres made from hemp bast for mineral matrices.

The winners of the prestigious Innovation Award for Fibre-Reinforced Plastics of the AVK, the German Federation of Reinforced Plastics, were presented in Salzburg this year. This award always goes to businesses, institutions and their partners for outstanding innovations in composites the three categories Products & Applications, Processes & Methods and Research & Science. Projects are submitted in all three categories and are evaluated by a jury of experts in engineering and science as well as trade journalists, who look at each project in terms of their levels of innovation, implementation and sustainability.

Products & Applications category
First place: “Insulating Coupling Shaft for Rail Vehicles” – Leichtbauzentrum Sachsen GmbH, partner: KWD Kupplungswerk Dresden GmbH

Second place: “Electric Car Battery Housing Components Based on Innovative Continuous Fibre-Reinforced Phenolic Resin Composites” – SGL Carbon

Third place: “High Performance Recycled Carbon Fibre Materials (HiPeR)” – Composites Technology Center GmbH (CTC GmbH), partners: Faserinstitut Bremen e. V, Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V., C.A.R. FiberTec GmbH; partners Japan: Faserinstitut Bremen e.V., Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V., C.A.R. FiberTec GmbH; Partner Japan: CFRI Carbon Fiber Recycle Industry Co., Ltd., IHI Logistics and Machinery Corporation, ICC Kanazawa Institute of Technology

Innovative Processes & Methods category
First place: “Chopped Fibre Direct Processing (CFP)” – KraussMaffei Technologies GmbH, partner: Wirthwein SE

Second place: “CIRC - Complete Inhouse Recycling of Thermoplastic Compounds” – Fraunhofer Institute for Production Engineering and Automation (IPA), partners: Schindler Handhabetechnik GmbH, Vision & Control GmbH

Third place: “CarboScreen – Sensor-Based Monitoring of Carbon-Fibre Production” – CarboScreen GmbH, partner: Institute of Textile Technology at RWTH Aachen University

Research & Science category
First place: “Development of a Stereocomplex PLA Blend on a Pilot Plant Scale” – Faserinstitut Bremen e. V.

Second place: “Fibre-Reinforced Salt as a Robust Lost Core Material” – Technical University of Munich, Chair of Carbon Composites, partners: Apppex GmbH, Haas Metallguss GmbH

Third place: “VliesSMC – Recycled Carbon Fibres with a Second Life in the SMC Process” – Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI), partner: Fraunhofer Institute for Chemical Technology (ICT)

Entries for the next Innovation Award 2024 can be submitted from January 2024 onwards.

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.

Das Thema Nachhaltigkeit ist immer wieder Bestandteil der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am Sächsischen Textilforschungsinstitut. In der aktuellen Ausgabe der STFI-Webtalks wird der Schwerpunkt auf nachhaltige und innovative Neuentwicklungen, im Speziellen mit dem Rohstoff Hanf gelegt.

Hanf ist abseits von Cannabis- und Seilherstellung vielseitig einsetzbar. Wie aus den Naturfasern neuartige Produkte entstehen können, wird Inhalt der Vorträge der Wissenschaftlerinnen Elke Thiele und Ina Sigmund sein. Beide präsentieren Ergebnisse von Projekten, deren Grundlage der Rohstoff Hanf bildete:

Der erste Teil der webTalks beschäftigt sich mit Biogenen Heavy Tows. Mit dem Ziel, Hochleistungsfaserverbunde aus Hanfbast zu entwickeln, wurde das Projekt gemeinsam mit den Forschungspartnern Invent GmbH Braunschweig, Technitex Sachsen GmbH, Hohenstein-Ernstthal und Hanffaser Uckermark eG, Prenzlau bearbeitet. In der Präsentation werden Möglichkeiten der Bastfaseraufbereitung zu endlosen Fasersträngen dargestellt und Varianten der Halbzeugherstellung präsentiert. Die Kennwerte der neuartigen Naturfaserverbunde bewegen sich im Bereich von Glasfaserverbunden.

Anschließend werden im zweiten Teil innovative Maschenwaren aus biologisch angebautem Hanf vorgestellt, die sogenannten Lyohemp-Strickwaren. Hanf aus regionalem Anbau ist aufgrund seines Eigenschaftsprofils nur bedingt für die Textilproduktion geeignet. Stand der Technik sind Vliesstoffe als textile Halbzeuge für die Produktion von Naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) für die Automobilindustrie oder Dämmstoffe. Hanfreststoffe bzw. ungenügende Faserqualitäten wurden daher als Ausgangsmaterial für die Zellstoffgewinnung herangezogen. Aus Hanfzellstoff wurde nach dem Lyocell-Verfahren eine Celluloseregeneratfaser entwickelt (Lyohemp), die sich zu feinen Garnen ausspinnen lässt.

Nächste Ausgabe der STFI webTalks am 12. August 2021 von 10:00 bis 10:45Uhr.
Die Teilnahme ist kostenlos und ohne Anmeldung über den Link möglich.