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15.02.2017

Die wirtschaftliche Alternative

CFK-Bauteile erfolgreich recyceln

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind nur halb so schwer wie Stahl, dafür erheblich stabiler. Mit diesen Eigenschaften sind sie insbesondere für die Luftfahrtindustrie oder den Automobilbau von Interesse. Doch die Fertigung der Fasern ist kostenintensiv.

Eine wirtschaftliche Alternative kann es sein, CFK-Komponenten zu recyceln. Welche Herausforderungen und Chancen darin liegen, zeigte die Vecoplan AG in dem Workshop „Recyceln von CFK-Komponenten“ gemeinsam mit Transferinitiative Rheinland-Pfalz, Ecoliance Rheinland-Pfalz e.V. und CC West, einer Abteilung des Carbon Composites e.V.

  • Recycling: Prozess der mechanischen Aufbereitung (© Vecoplan)

    Recycling: Prozess der mechanischen Aufbereitung (© Vecoplan)

  • Bild 2: Zerkleinerungstechnik: Einwellenzerkleinerer VAZ 2000 mit Niederhalter für sperriges Aufgabematerial, pneumatisch absenkbaren Gegenmessern und HiTorc-Direktantrieben (© Vecoplan)

    Bild 2: Zerkleinerungstechnik: Einwellenzerkleinerer VAZ 2000 mit Niederhalter für sperriges Aufgabematerial, pneumatisch absenkbaren Gegenmessern und HiTorc-Direktantrieben (© Vecoplan)

  • Zuführung: Gurtförderer mit einer Breite von 1400 mm (© Vecoplan)

    Zuführung: Gurtförderer mit einer Breite von 1400 mm (© Vecoplan)

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„Für viele Unternehmen, die CFK einsetzen und weiterverarbeiten, ist die Kostensenkung und Beschleunigung der Herstellung dieses Materials das dringendste Problem“, so Vecoplan-Ingenieur Stefan Stehle. Eine Lösung sei es, Carbonfasern hochwertig zu recyceln, um sie ohne Qualitätsverlust zurückzugewinnen und weiterverarbeiten zu können.

Vom Stanzabfall zum Interieur-Luftfahrtbauteil

Doch wie geeignet sind aufbereitete thermoplastische CFK-Reste für die Flugzeugindustrie? Darüber referierten die Ingenieure Dr. Robert Lahr und Michael Päßler vom Institut für Verbundwerkstoffe. In der Flugzeugindustrie besitzt CFK als Konstruktionswerkstoff ideale Eigenschaften. Das Material ist leicht, fest, korrosionsbeständig und unermüdlich. Gegenstand ihrer Untersuchung waren Rumpfsegmente mit tragenden Bauteilen aus CFK.

Das Ausgangsmaterial bestand aus Abfällen, die beim Stanzen thermoplastischer Clips entstehen. Gefertigt werden diese aus dem teuren kohlenstoffverstärkten Polyphenylensulfid (PPS). Jedes Flugzeug benötigt rund 10 000 Clips. Bei der Produktion fallen etwa 40 bis 50% dieses Werkstoffs als Abfall an. Ihre Verwertung stelle somit eine Stellschraube dar, mit der sich der Carbon-Preis senken lässt.

Zudem ist dies ein wachsender Markt. Denn zu den klassischen Produktionsabfällen wie Verschnitt und Fehlchargen gesellen sich auch immer mehr Bauteile, die am Ende ihres Lebenszyklus angelangt sind. Betriebe hätten damit sortenreine Produktionsabfälle zur Verfügung. Im Vergleich mit beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff, der häufig im Flugzeugbau zum Einsatz kommt, hat das kurzfaserige CFK sogar ähnliche Eigenschaften.

Nachfrage nach recycelten CFK steigt

Mit der Herstellung, der Nutzung und der Wiederverwertung von kohlenstofffaserverstärkten Duroplasten in Leichtbau-Anwendungen beschäftigte sich Prof. Dr. Oliver Türk. Er ist Vorstandsmitglied der Ecoliance RLP e.V. und wissenschaftlicher Leiter der Transferstelle Bingen. Der Bedarf an recycelten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen wird laut Türk weiter zunehmen – insbesondere in der Automobilindustrie. „Mit dem wiederverwerteten CFK lässt sich leichter bauen, was den CO2-Verbrauch reduziert.“ Damit gewinnt das Thema Recycling immer mehr an Bedeutung. Bis zum Jahr 2020 erwartet Türk eine jährliche Wachstumsrate von 13%.

Recyclingverfahren sind bislang allerdings nur wenig etabliert. Die Hauptanwendungen werden vor allem bei thermoplastischen Halbzeugen wie Organofolien oder -blechen und der Herstellung von Faservliesen gesehen. „Damit ein erfolgreicher Wiedereinsatz in CFK-Bauteilen wirtschaftlich möglich ist, müssen die Recyclingprozesse verbessert werden“, so Türk abschließend.

Aus der Praxis

Für die Herstellung von Formteilen und Halbzeugen aus recycelten CFK-Komponenten lieferte Vecoplan eine Anlage, die aus Einwellenzerkleinerern des Typs VAZ 2000, Niederhaltern für sperriges Aufgabematerial, pneumatisch absenkbaren Gegenmessern und einem Gurtförderer mit einer Breite von 1400 mm besteht. Die Zerkleinerer sind mit den HiTorc-Direktantrieben ausgestattet. Diese haben ein Drehmoment von 20 000 Nm.

Das Be- und Entladefördersystem erreicht eine Gesamtkapazität von etwa 1170 m³/h. „Um CFK zu dosieren, haben wir eine Sonderkonstruktion für die chargenweise Abfüllung entwickelt“, sagt Stefan Stehle. Diese besteht aus Doppelschleusen mit automatischer Füllstandskontrolle, Spezial-Dosierbehältern und Zwischenlagern. Um Platten mit Stärken über 15 mm oder mit Längen ab 1500 mm zu zerkleinern, werden diese vor den Zerkleinerern vorkonfektioniert. Die komplette Anlage hat eine Kapazität von 15 000 t/a. Die Bauphase dauerte insgesamt nur etwa sechs Monate.

(me)

Unternehmensinformation

Vecoplan AG

Vor der Bitz 10
DE 56470 Bad Marienberg
Tel.: 02661 6267-0
Fax: 02661 6267-70

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