Dresdner Kunststoffexperten demonstrieren Potentiale der Kreislaufwirtschaft

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Marmorierte Rucksack-Schnalle aus 100 Prozent post-consumer Rezyklat von HolyPoly (Foto: HolyPoly GmbH)

„Neutralleichtbau“ ist der essentielle Bestandteil der Zukunftsstrategie des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden. Unter diesem Stichwort wollen die Wissenschaftler nachhaltige Bauweisen und ressourcenneutrale Prozesse entwickeln und in die industrielle Anwendung transferieren.

Mit der Anybrid GmbH, einer Ausgründung aus dem ILK, soll dabei einerseits die hocheffiziente Verfahrenstechnologie des mobilen Spritzgießens auf dem Markt eingeführt werden. Die Kreislaufführung von Kunststoffen andererseits steht bei der HolyPoly GmbH im Zentrum, zu deren Team gleich mehrere Absolventen des ILK gehören. Anybrid, HolyPoly und das ILK kooperieren dabei im Bereich der Verarbeitungstechnologie in der zirkulären Kunststoffwirtschaft sowie der Entwicklung und Fertigung hochwertiger Recycling-Bauteile.

Die mehrfach ausgezeichnete Technologie des Robotised Injection Moulding (Robin) von Anybrid setzt auf minimalistische Werkzeugsysteme und eine ressourceneffiziente Verarbeitung der Kunststoffe. Jan Luft (Mitgründer und Leiter Forschung und Entwicklung bei Anybrid) stellt heraus: „Unser Anlagenkonzept basiert darauf, mit minimalem Energieeinsatz möglichst viel Output zu generieren. Deshalb setzen wir im lasttragenden Schließsystem unserer Anlage auf Leichtbautechnologien und -werkstoffe“.

In einer ersten orientierenden Pilotstudie wurde das Robin-System verwendet, um verschiedene fasergefüllte Thermoplaste sowie deren Recyclingmaterial nach mehrfachen Aufbereitungen zu verarbeiten und Prüfkörper herzustellen. Nach dem Testen der entsprechenden Prüfkörper am ILK wurden die Materialien bei HolyPoly wieder zerkleinert und zu Mahlgut aufbereitet. So konnten zum Beispiel die mechanischen und rheologischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Anzahl an Aufbereitungszyklen durch das umfangreiche Equipment des ILK zur Materialprüfung bewertet werden. Diese zirkuläre Testserie wurde sowohl an einer klassischen schneckenbasierten Spritzgießmaschine als auch mit dem Robin-System, welches ein energieeffizientes Kolbenspritzaggregat verwendet, durchgeführt.

Verbesserte Fließfähigkeit, Erhöhung der mechanischen Eigenschaften

Wesentliches Ergebnis der Studie ist die Quantifizierung des Degradationsverhaltens der Rezyklate, das vorwiegend auf die geringeren Faserlängen zurückzuführen ist. Dies verursacht wiederum eine verbesserte Fließfähigkeit des Kunststoffs und eine Reduzierung der mechanischen Eigenschaften. So konnte etwa bei einem glasfasergefüllten Polyamid 6 nach zehn Verarbeitungszyklen eine Degradation der mechanischen Eigenschaften (Festigkeit und E-Modul) um circa 43,8 Prozent ermittelt werden, während die Fließfähigkeit sich etwa um den Faktor 4 verbessert hat.

Bei der Gegenüberstellung der beiden Maschinentechniken konnte zudem festgestellt werden, dass die Degradation mit dem Robin-System um bis zu 15 Prozent geringer ist. Auch bei der näheren Analyse der Faserlängen nach mehreren Verarbeitungen konnte herausgestellt werden, dass die Länge bei der zweiten Verarbeitung stark reduziert wird, während die weiteren Verarbeitungszyklen nur geringfügig Einfluss haben.

Nicht mehr die Ausnahme, sondern die Regel

Dieses Vorgehen soll nun systematisch auf weitere Materialien übertragen werden, um ein umfangreiches Verständnis über das Verhalten der Thermoplaste bei mehrfachen Aufbereitungen zu haben. Prof. Maik Gude vom ILK meint dazu: „Gerade auf dem Weg hin zu einer Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe gilt es zu verstehen, wie die einzelnen Prozess- und Recyclingschritte die Eigenschaften beeinflussen, um Unsicherheiten zu quantifizieren und bei der industriellen Anwendung abzubauen.“

Genau in diesem Umfeld entwickeln die Ingenieure von HolyPoly für ihre Kunden nachhaltige Kunststoffprodukte, die aus Rezyklaten hergestellt werden. Ein aktuelles Beispiel ist die Entwicklung einer Gurtbefestigung für eine Tragetasche (siehe Abbildung), die neben allen notwendigen mechanischen Eigenschaften zusätzlich durch die moderne Optik punktet. Dazu hebt Pascal Haaf (Geschäftsführung von HolyPoly) hervor: „Wir arbeiten für eine Welt von morgen, in der das Recycling von Kunststoffen nicht mehr die Ausnahme, sondern die Regel ist. Unser Ziel sind nachhaltige Kunststoffprodukte: 100 Prozent recycelt und 100 Prozent recyclingfähig.“

Quelle: TU Dresden, HolyPoly GmbH, Anybrid GmbH (Gemeinsame Pressemitteilung)