Im Projekt "All-Polymer" werden Kunststofffaserverbundwerkstoffe (KFVW) eingesetzt, um Recyclingkunststoffe aufzuwerten. Durch die Zusammenarbeit von Nachhaltigkeitsforschern, Kunststoff-, Recycling- und Faserverbundexperten aus unterschiedlichen Branchen sollen Kreislaufwirtschaften entstehen, die zu einer erheblichen Verringerung von CO2-Emissionen und Kunststoffabfällen führen.
Neue Potenziale für Fasern
Das Projekt zielt auf eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Recyclingkunststoffen im Leichtbau. Dadurch kann der Anteil an Rezyklat in bestehenden Produkten erhöht und neue Produktsegmente für Recyclingkunststoffe erschlossen werden. Dadurch, dass die KFVW sortenrein und somit zu 100 Prozent recyclingfähig sind, kann ein vollständiger Recyclingkreislauf aufgebaut werden. Die höhere Leistungsfähigkeit sorgt zudem für Energieeinsparungen während des Produktlebens.
Um die im Vorfeld definierten mechanischen Eigenschaften zu erhalten, werden die Bauteile faserverstärkt. Dazu werden bereits bestehende sowie neue Prozesse wie additives Tapelegen – das automatisierte Ablegen von faserverstärkten Kunststoff-Tapes auf ebenen Strukturen – genutzt. Die faserverstärkten Bauteile aus Recyclingkunststoff werde auf ihre mechanischen Eigenschaften hin analysiert und bei den jeweiligen Recyclingunternehmen dem Prozess zugeführt. Zudem wird der Einfluss der Fasern auf die Eigenschaften des Rezyklats untersucht.
Die recycelten faserverstärkten Bauteile sollen erneut als Ausgangsmaterial eingesetzt werden, damit ein Kreislauf entsteht. Bereits der Einsatz eines geringen Anteils faserverstärkten Materials führt zu einer erheblichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Bauteils, sodass sich dieser Ansatz durch Verfahrensvereinfachungen, Materialeinsparungen und vermehrten Einsatz von Sekundärkunststoffen bereits für Produkte im Niedrigpreissegment lohnt.
Ergebnisse (Stand Juni 2022)
Durch die Untersuchung der Tape-Bauteil-Haftung sowie mittels mechanischer Charakterisierungen konnten Anforderungen für die verschiedenen Anwendungsfälle identifiziert und die UD-Tape- und
Bauteileigenschaften angepasst werden. Die Verbindung zwischen Bauteil und UD-Tape wurde je nach Anwendungsfall mittels eines Schweiß- oder Pressverfahrens hergestellt. Beide Prozesse konnten wesentlich verbessert und an die Anforderungen der Bauteile angepasst werden. Stabile Prozesse, die zu gut haftenden Tapes führen, wurden realisiert. Eine Betrachtung der ökologischen und ökonomischen Rahmenbedingungen unterstützte die technische Entwicklung.
Der Status quo der teilnehmenden Unternehmen bei der Kreislaufwirtschaft konnte durch eine begleitende Zirkularitätsbewertung erfasst werden.
Darüber hinaus wurden Potentiale aufgezeigt, durch die die Projektteilnehmer:innen sich zukünftig noch nachhaltiger aufstellen können. Für einen der Anwendungsfälle wurde zudem eine Lebenszyklusanalyse inklusive CO2-Bilanz erstellt.
Die technischen, ökologischen und ökonomischen Ergebnisse zeigen, dass mehrere Arten der
Aufwertung realisiert werden können. Durch den Einsatz von faserverstärkten Tapes lässt sich der
Rezyklatanteil erhöhen und ein Leistungsverlust durch den Einsatz von Rezyklat kompensieren.
Dadurch lassen sich neue, anspruchsvolle Anwendungsgebiete für Bauteile erschließen, die schon zu
100% recyclebar sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Bauteile zu verstärken, die dadurch in
der Konstruktion leichter gestaltet werden können. Dadurch wird nicht nur weniger Kunststoff
eingesetzt, sondern auch bei jedem Transportvorgang des Produkts während des Lebenszyklus Energie eingespart.
Projektteam aus Wirtschaft und Wissenschaft
Die Projektbeteiligten aus Wirtschaft und Wissenschaft gehen bei ihrem „All Polymer“-Vorhaben arbeitsteilig vor, damit sie ihre Ziele einer Kreislaufführung erreichen. Die Unternehmen HAHN Kunststoffe und BSB Recycling beschäftigen sich mit der Untersuchung vorliegender Recyclingmaterialien aus verschiedenen Quellen sowie dem Recycling der faserverstärkten Bauteile. Infinex Kunststofftechnik, HAHN Kunststoffe und Röchling definieren die Prototypen und entwickeln gegebenenfalls neue Prozesse für den Einsatz der Faserkunststofftapes. A+ Composites und DSM untersuchen die Herstellung der Faserverbundtapes und deren Modifizierung für den Einsatz mit Sekundärkunststoffen. Die Prozessintegration und Prozessentwicklung der anderen Partner werden von A+ Composites begleitet.
Die Aufgaben der Arbeitsgruppe Materialphysik der Universität Koblenz Landau sind die Verbesserung der Faserhaftung mit der Matrix sowie die Charakterisierung der Bauteile, Materialien und Tapes und die Entwicklung des Recyclingprozesses. Der Lehrstuhl für Sustainability Management der TU Kaiserslautern wird sich mit staatlichen Anreizsystemen, der Entwicklung von Geschäftsmodellen und der Untersuchung ökologischer Implikationen beschäftigen.
Publikationen
Rathgeber,S., Brzeski, M.: Stark mit mehr Rezyklat, UmweltMagazin (2023), S. 16-18: https://www.ingenieur.de/wp-content/uploads/2023/09/UmweltMagazin_9-10_2023_UMW-9-10-2023.pdf
Goerzen, J.: Fully recyclable fiber composite plastics for the circular economy, Waste Management World (2023): https://waste-management-world.com/resource-use/fully-recyclable-fiber-composite-plastics-for-the-circular-economy
Spraul, K. & Stumpf, S. (2022). Circular Business Models: A Network Approach to Promote Circularity and Value Co-Creation from the Producer’s Perspective. In Bals, L., Tate, W.L., & Ellram, L.M. (Eds.), Circular Economy Supply Chains: From Chains to Systems (pp. 89-107). Emerald Publishing Limited, Bingley. https://doi.org/10.1108/978-1-83982-544-620221005
Projektflyer der Fördermaßnahme (deutsch/englisch) (März 2021)
Die Projektflyer bieten einen Einblick in die Inhalte und Ziele der ReziProK Projekte und stellen jeweils erste Ergebnisse vor.
Projektblatt der Fördermaßnahme (deutsch) (September 2019)
Die Projektblätter bieten eine Kurzübersicht über die einzelnen Projekte und deren Ziele.
Beiträge zu der ReziProK Transferkonferenz im Juni 2022
Poster (Juni 2022)
Präsentation (Juni 2022)
Bildnachweis: All-Polymer Projektpartner