Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Neuartige hybride Halbzeuge auf Basis von Recycling-Carbonfasern für Anwendungen im Strukturleichtbau

Forschungsthema

rCF-Hybride - Neuartige hybride Halbzeuge auf Basis von Recycling-Carbonfasern für Anwendungen im Strukturleichtbau

Forschungsziel

Ziel ist die Herstellung eines neuartigen hybriden Halbzeuges durch Kombination von Nassvliesen aus Rezyklatfasern mit endlosfaserverstärkten CFK-Halbzeugen und deren Weiterverarbeitung zu komplexen 3D-Strukturen.

Lösungsweg

Recyclierte Carbonfasern (aus dem Pyrolyseprozess) und thermoplastische Fasern werden mittels der faserschonenden Nassvliestechnologie zu einem isotropen Organoblechhalbzeug verarbeitet und entsprechend spezifischer Belastungspunkte mit thermoplastischen UD-Tapes kombiniert. Verschiedene Konzepte zur Verbindung der Einzellagen werden erarbeitet und untersucht, um großserientaugliche Verarbeitungstechnologien zur Herstellung und Weiterverarbeitung des Hybridhalbzeuges zu entwickeln. Durch die Belastungsanalyse eines Beispielbauteiles soll die Leistungsfähigkeit des neuartigen Halbzeugs bewertet werden.

Angestrebte Ergebnisse

Sichere, effektive und faserschonende Verarbeitung recyclierter Carbonfasern über die Nassvliestechnologie. Entwicklung spezifischer werkstofflicher Bauteil-Lösungen mit optimaler Lastenaufnahme, die in hoher Stückzahl hergestellt werden können – dabei deutliche Einsparung von Bauteilgewicht und Kosten.

Wirtschaftliche Bedeutung für kmU/Nutzen für KMU

Die Herstellung von papierbasierten Halbzeugen zum Einsatz in Faserverbundwerkstoffen, bietet Papierunternehmen eine Möglichkeit in Randbereiche der Textil- und Folienmärkte einzutreten.

Transfer

Neben der anwendungsorientierten Forschung umfasst das Tätigkeitsfeld der PTS auch die Weiterbildung und Beratung der Mitarbeiter, insbesondere von KMUs, insbesondere der Zellstoff und Papier erzeugenden und der Papier verarbeitenden Industrie. Die im Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnisse werden auf der Internet-Website der PTS abrufbar sein und der Kenntnistransfer durch Berichte und Veröffentlichungen in die Praxis gefördert.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines neuartigen hybriden Halbzeuges mit thermoplastischer Matrix, dessen Basis Recycling-Carbonfasern, überwiegend rückgewonnen im pyrolytischen Verfahren, und Neufasern bilden.

Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass es möglich ist über eine gesteuerte Rohstoffauswahl aus rezyklierten Carbonfasern und thermoplastischen Matrixfasern und der definierten Kombination mit UD-Tapes, Halbzeuge für Faserverstärkte Leichtbaustrukturbauteile zu erzeugen.

Die neuartigen hybriden Halbzeuge ermöglichen eine anwendungsspezifische Auslegung von Bauteilen mit kostengünstig erzeugten Nassvliesen aus rezyklierten Carbonfasern. Die Kombination der Nassvliese und UD-Tapes zeigt eine Kompensation möglicher Biegesteifigkeitsnachteile der Nassvliese mittels UD-Tapes.

Die Ergebnisse des Projekts haben gezeigt, dass es möglich ist, mit den neu entwickelten Halbzeugen aus thermoplastischer Matrixfaser und rezyklierter Carbonfaser als Verstärkungsfaser konventionell am Markt verfügbare Faserhalbzeuge zu ersetzen. Die sehr guten mechanischen Kennwerte und die Verarbeitung recycelter Hochleistungsfasern gelten hierbei als die treibenden Faktoren für eine erfolgreiche und nachhaltige Marktetablierung.

Es ist somit für die, überwiegend im KMU-Bereich befindlichen, Spezialpapier- und Halbzeughersteller möglich einen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber Wettbewerbern zu generieren, wenn die neu entwickelten Faserhalbzeuge erzeugt und eingesetzt werden. Der Nutzen der Forschungsergebnisse für kleine und mittlere Unternehmen liegt in der Erschließung neuer Produkt- und Kundenfelder für die werkstoffliche Anwendung von Papieren und Nassvliesen. Davon profitieren vor allem die stark KMU-geprägten Branchen der Spezialpapierhersteller und der Kunststoffverarbeiter.