Basisuntersuchungen zu rezyclierten Carbonfasergarnen
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
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Titel | Title |
Bericht aus dem Jahrbuch 2023
Recycling von Carbonfasern
Aus rezyklierten Carbonfasern mittels Nassvliesmethode hergestelltes Garn
Das im Jahr 2022 gestartete Basisvorhaben B1 dient neben einem weiteren Basisvorhaben als Starterprojekt für das Gesamtvorhaben WIRreFa | WIR! recyceln Fasern. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, Carbonfasern wiederaufzubereiten und in verschiedenen Branchen (bspw. Automobil- oder Baubranche) wiederzuverwenden. Ein Downcycling wird dabei kategorisch ausgeschlossen. Durch das Einbinden einer Vielzahl von in Sachsen ansässigen Firmen und Praxispartnern soll das Gesamtvorhaben eine möglichst große Aktzeptanz erzeugen und Innovationen entwicklen. Die Herstellung von Carbonbewehrungen (Stäbe und Gelege) aus rezyklierten Fasern steht dabei im Vordergrund.
Grundaufgaben des Basisvorhabens sind:
- das Aufstellen einer Prozesskette,
- das Aquirieren von Praxispartnern,
- die Entwicklung und Untersuchung von Bewehrungen,
- das Aufzeigen von Lücken bezüglich der Bewehrungsentwicklung und
- das Erarbeiten eines Einsatzkonzepts zum Einsatz der recycelten Fasern in anderen branchenübergreifenden Bereichen.
Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde ein numerisches Modell für Halbzeuge aus rezyklierten Fasern erstellt. Insbesonders die Faserlänge, die Faserorientierung und der Verbund zwischen den einzelnen Fasern in den Halbzeugen werden mit dem numerischen Modell untersucht. Durch Zugversuche an Rovings bzw. Garnen aus rezyklierten Carbonfasern und die Einbindung von materialspezifischen Kennwerten wird das numerische Modell kalibriert.
Zur Kalibrierung wurden im Projekt Garne bzw. Rovings hergestellt und untersucht. Mittels Nassvliesherstellung beim Fraunhofer Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV konnten die losen rezyklierten Einzelfasern zu Vliesen und diese Vliese dann zu Garnen weiterverarbeitet werden. Neben Garnen aus rezykliertem Carbon wurden zusätzlich Garne und Gelege aus Naturfasern betrachtet. Diese Versuche dienten zur Abgrenzung bzw. zum Vergleich von Rovings aus Carbon- und Naturfasern. Durch das Einbeziehen CO2-reduzierter Betone wurde zudem die Kombination eines alternativen Betons mit Carbonbewehrungen analysiert. Das hergestellte Nassvlies erlaubt die Herstellung von flächigen Bauteilen. Ein branchübergreifender Einsatz ist dadurch neben dem Baubereich gewährleistet.
Bericht aus dem Jahrbuch 2022
Neue Aufgabe für alte Fasern
Rezyklierte Carbonfasern
Das Basisvorhaben B1 dient als Starterprojekt für das Gesamtvorhaben WIRreFa: WIR! recyceln Fasern im Rahmen der BMBF-Initiative WIR! – Wandel durch Innovation in der Region. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, die Region Elbtal Sachsen zum Vorreiter in Bezug auf Aufbereitung und Wiederverwertung von Carbonfasern zu machen. Dabei steht das Herstellen neuer Bewehrungen aus rezyklierten nichtmetallischen Fasern im Vordergrund. Ein Downcycling wird kategorisch ausgeschlossen. Durch das Einbinden einer Vielzahl lokal ansässiger Firmen soll das Projekt eine möglichst große Anzahl an Innovationen hervorbringen.
Das Basisvorhaben B1 bildet neben einem weiteren Basisvorhaben die Grundlage für eine Vielzahl von Folgeprojekten. Ziel des Vorhabens ist es, ein Anforderungsprofil an die rezyklierten Fasern, deren Aufbereitung und Weiterverarbeitung zu erstellen. Dazu gehören das Aufstellen einer Prozesskette, die Entwicklung und Erprobung von Bewehrungen aus rezyklierten Fasern und das Erarbeiten eines Einsatzkonzepts zum Einsatz der recycelten Fasern in anderen, branchenübergreifenden Bereichen. Im Basisvorhaben sollen sich die Untersuchungen speziell auf die Anwendung der Fasern als Faserstrang, als Vlies oder als ungeordnete Anordnung im Faserbeton konzentrieren.
Weiterhin soll ein numerisches Modell für Halbzeuge aus rezyklierten Fasern erstellt werden. Maßgebend werden hier im Vergleich zu neuwertigen Bauteilen die spezifischen mechanischen Eigenschaften der kurzen Fasern sein. Durch die Berücksichtigung der ungeordneten Faserorientierung und der vorhandenen Rückstände an den Kurzfasern soll das Modell möglichst realitätsnah erstellt werden. Dieses numerische Modell wird durch praktische Versuche (Zugversuche, Verbundversuche) mit Halbzeugen aus rezyklierten Fasern kalibriert und angepasst.
Die abschließende Konzeption für den branchenübergreifenden Einsatz universeller, recycelter Faserkonstruktionen sieht die Anwendung von linear oder flächig aufbereiteten Faserprodukten inner- und außerhalb des Bauwesens vor.