Erfolgreiches Recycling von CFK mit Vecoplan Know-how

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Für die Zerkleinerungstechnik liefert Vecoplan Einwellenzerkleinerer VAZ 2000 mit Niederhalter für sperriges Aufgabematerial, pneumatisch absenkbaren Gegenmessern und den leistungsstarken HiTorc-Direktantrieben (Foto: Vecoplan AG)

Bad Marienberg — 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 ist es, CFK-Komponenten zu recyceln. Welche Herausforderungen und Chancen darin liegen, zeigte die Vecoplan AG in einem Workshop gemeinsam mit Experten der Transferinitiative Rheinland-Pfalz, ECOLIANCE Rheinland-Pfalz e.V. und CC West, einer Abteilung des Carbon Composites e.V.

„Für viele Unternehmen, die CFK einsetzen und weiterverarbeiten, ist die Kostensenkung und Beschleunigung der Herstellung dieses Materials das dringendste Problem“, beschrieb Vecoplan-Ingenieur Stefan Stehle. „Eine Lösung ist es, Carbonfasern hochwertig zu recyceln, um sie ohne Qualitätsverlust zurückzugewinnen und weiterverarbeiten zu können.“ Die Vecoplan AG entwickelt, produziert und vertreibt dazu Maschinen und Anlagen, die Primär- und Sekundärrohstoffe im Produktions- und Wertstoffkreislauf zerkleinern, fördern und aufbereiten.

Als Beispiel nannte Stehle in seinem Vortrag das englische Unternehmen ELG Carbon Fibre, das in der Nähe von Birmingham sitzt. Für die Herstellung von Formteilen und Halbzeugen aus recycelten CFK-Komponenten lieferte Vecoplan eine Anlage, die aus leistungsstarken Einwellenzerkleinerern VAZ 2000, Niederhaltern für sperriges Aufgabematerial, pneumatisch absenkbaren Gegenmessern und einem Gurtförderer mit einer Breite von 1.400 Millimetern besteht. Die Zerkleinerer sind mit den leistungsstarken HiTorc-Direktantrieben ausgestattet. Diese haben ein Drehmoment von 20.000 Newtonmetern. Das Be- und Entladefördersystem erreicht eine Gesamtkapazität von etwa 1.170 Kubikmetern in der Stunde. „Um CFK zu dosieren, haben wir eine Sonderkonstruktion für die chargenweise Abfüllung entwickelt“, sagte Stehle. Diese besteht aus Doppelschleusen mit automatischer Füllstandskontrolle, Spezial-Dosierbehältern und Zwischenlagern. Um Platten mit Stärken über 15 oder mit Längen ab 1.500 Millimeter zu zerkleinern, werden diese vor den Zerkleinerern vorkonfektioniert. Die komplette Anlage hat eine Kapazität von 15.000 Tonnen im Jahr. Ihre Bauphase dauerte insgesamt nur etwa sechs Monate.

Prozess der mechanischen Aufbereitung: Vecoplan entwickelt, produziert und vertreibt dazu Maschinen und Anlagen (Foto: Vecoplan AG)

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 erfüllt CFK als Konstruktionswerkstoff ideale Eigenschaften. Das Material ist leicht, fest, korrosionsbeständig und unermüdlich. Zudem bedeutet jedes Kilogramm weniger eine Ersparnis an Treibstoff. 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 Prozent dieses Werkstoffs als Abfall an. Ihre Verwertung stellt somit eine Stellschraube dar, mit der sich der Carbon-Preis steil nach unten drehen 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 haben damit sortenreine Produktionsabfälle zur Verfügung. Und im Vergleich mit beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff, der häufig im Flugzeugbau zum Einsatz kommt, hat das kurzfaserige CFK sogar ähnliche Eigenschaften.

Für die Zuführung bietet Vecoplan Gurtförderer mit Breiten von 1.400 Millimeter (Foto: Vecoplan AG)

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. Das Institut, das zur Technischen Hochschule Bingen gehört, legt den Fokus seiner Arbeit auf regenerative Energiesysteme, rationelle Energienutzung und biogene Werkstoffe. Der Bedarf an recycelten Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen wird 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 Prof. Türk eine jährliche Wachstumsrate von 13 Prozent. 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. Die optimalen Maschinenkomponenten für diesen Prozess liefert Vecoplan.

www.vecoplan.de

Quelle: a1kommunikation Schweizer GmbH / Vecoplan AG