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Jahresbericht 2021

Recycling von Kohlenstofffasern und anschließendes Upcycling
für die Herstellung von 3D-rCFK-Teilen

Recycling of carbon fibers and subsequent upcycling for the production
of 3D-rCFRP parts

D. Rabe, M. M. B. Hasan, A. Abdkader, E. Häntzsche, Ch. Cherif

Abstract Hauptziel des internationalen Forschungsprojekts
war die Entwicklung und Umsetzung einer neuen
Carbon fibers (CF) are used in CF reinforced plastic Wertschöpfungskette bestehend aus Rückgewin-
(CFRP) components. However, waste CF, CFRP and nung von CF, Wiederbeschlichtung der recycelten
the end-of-life (EOL) CFRP structures will cause a CF (rCF) mit einer zu entwickelnden Schlichte und
recycling challenge in the next decades because of Herstellung eines Hybridgarns aus den losen rCF.
strict environmental regulations. Currently, recy- Das rCF-Hybridgarn dient als Ausgangsmaterial für
cling is carried out almost entirely by the use of die textiltechnologische Weiterverarbeitung zu Ver-
pyrolysis to regain CF as a valuable resource. This stärkungsstrukturen für die Herstellung neuer CFK-
high temperature process is energy consuming and Bauteile.
the resulting fibers are brittle. Hence, they are not
suitable for textile processing into yarns or new An der Faculty of Textile Science and Technology der
reinforcement structures. To enable a grave to cra- Shinshu University wurde ein kontinuierlicher Pro-
dle processing, a new approach based on a solvol- zess für das CFK-Recycling unter Verwendung von
ysis recovery of CF and the subsequent spinning überhitztem Dampf (< 300 °C) und einem geeigne-
process to obtain a hybrid yarn suitable for weft ten Katalysator entwickelt. Dabei wird die Epoxid-
knitting processing was the focus of the internation- matrix des Verbundes zu öligen Substanzen zer-
al research project IGF/CORNET 256EBR “3D-r-CFRP”. setzt und die CF können mit einer Faserlänge bis
zu 100 mm schnell und schonend zurückgewonnen
Einleitung werden. Verfügbare Technologien zur Herstellung
von Hybridgarnen müssen für die Verarbeitung von
Carbonfasern (CF) sind die am häufigsten verwen- rCF aufgrund der Sprödigkeit, mangelnder Schlich-
deten Hochleistungsfasern für masseoptimierte, te der glatten Garnoberfläche und der elektrischen
hochbelastbare Verbundwerkstoffe. Die große Men- Leitfähigkeit modifiziert werden. Im Rahmen des
ge an CF-Abfall, die bei der Herstellung von carbon- Projektes wurden am ITM der TU Dresden aus den
faserverstärktem Kunststoff (CFK) und am Ende der bereitgestellten rCF neue Hybridgarnstrukturen mit
Lebensdauer (EOL) von CFK-Komponenten anfällt, skalierbaren mechanischen Eigenschaften durch
belastet jedoch die globale Umwelt. Deshalb wer- Modifikation des DREF-Friktionsspinnverfahrens
den die CFK-Altlasten in naher Zukunft sozioöko- entwickelt. Diese rCF-Hybridgarne wurden mit der
nomische Probleme verursachen [1]. Aus diesem Mehrlagenflachstricktechnik zu leicht umformbaren
Grund ist die Rückgewinnung von CF aus CFK sowie textilen Verstärkungshalbzeugen weiterverarbeitet.
deren Wiedereinführung in die Kreislaufwirtschaft in Dazu wurde der Mehrlagenflachstrickprozess an
Anbetracht der Umweltbelastung und des CO -Aus- die Verarbeitungseigenschaften der rCF-Hybridgar-
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stoßes eine nachhaltige Herausforderung [2]. Die ne angepasst. Die entwickelten und gefertigten Ver-
Rückgewinnung erfolgt heute fast ausschließlich auf stärkungshalbzeuge wurden im Heißpressprozess zu
pyrolytischem Weg. Dabei werden die EOL-CFK-Kom- thermoplastischen CFK-Bauteilen verarbeitet.
ponenten hohen Temperaturen (450 bis 600 °C) aus-
gesetzt [1, 3]. Im Vergleich zu neuen CF ist die Fes- Materialien und Methoden
tigkeit von derart zurückgewonnenem, recyceltem
CF (rCF) verringert. Außerdem ist die textile Weiter- Im Forschungsprojekt wurde als Filamentgarn für
verarbeitung (z. B. Kardieren, Spinnen, Stricken) der alle Untersuchungen der CF-Roving Toray T700SC
spröden Pyrolysefasern anspruchsvoll und schränkt 50 C 12k mit einer Feinheit von 800 tex verwendet.
ihren Anwendungsbereich auf das Downcycling zu Der Fasertyp „rCF-Typ 1“ bezeichnet im Folgenden
Vlies oder Spritzgussgranulat ein [4, 5]. Infolgedes- unbehandelte, geschnittene Fasern von 100 mm
sen werden rCF-Verbundwerkstoffe (rCFK) derzeit als Länge aus diesem CF-Roving. Der Fasertyp „rCF-Typ
Produkte mit geringer Leistungsfähigkeit und hohem 3“ bezeichnet Fasern, die aus Industrieabfällen, d. h.
Preis durch eine aufwendige Wiederaufbereitung unausgehärteten oder teilweise gehärteten, unidi-
eingestuft [1]. Ein neuer Ansatz ist erforderlich, um rektionalen (UD) CF-Tapes gewonnen wurden.
die bestehenden Nachhaltigkeitsanforderungen [2]
zu erfüllen und rCF zu erhalten, die für die textile Dafür wurden die Industrieabfälle in 100 x 100 mm
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Verarbeitung zu Hybridgarnen und darüber hinaus große Stücke geschnitten und einer Solvolyse unter-
zu textilen Preforms für die Herstellung von Hoch- zogen. Der Prozess zur Faserrückgewinnung wurde
leistungs-CFK-Bauteilen verwendet werden können. an der Faculty of Textile Science and Technology der

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