Bauteile aus Carbonfasern besser wiederverwerten

Im Kampf gegen jedes Gramm Gewicht gelten Fahrzeugentwicklern oftmals faserverstärkte Kunststoffe als Werkstoff der Wahl. Vor allem die Verstärkung der Kunststoffmatrix mit ultraleichten Kohlenstofffasern bieten eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit in Faserrichtung sowie eine sehr gute chemische Beständigkeit gleichermaßen. Doch aufgrund des energieintensiven Herstellungsprozesses der Carbonfasern sind eine lange Nutzungsphase sowie angestrebte Second-Life-Anwendungen notwendig, um die eher ungünstige CO2-Bilanz der Herstellung zu amortisieren. Dieser Aufgabe hat sich die Universität Augsburg gemeinsam mit Partnern aus der Industrie im Verbundprojekt GaRecCa "Ganzheitliche Recycling-Prozesskette für Carbonfasergewebe & Gelege" angenommen. 

In diesem Rahmen entstand ein neues Verfahren zur Faser-Matrix-Separation, das auf dem physikalischen Prinzip der induktiven Erwärmung von Carbonfasern basiert. In ihrem Artikel Ganzheitliche Recycling-Prozesskette für Carbonfasergewebe und Gelege aus der Lightweight Design 5-2016 beschreiben Frank Manis, Jakob Wölling und Anna Schneller die neue Technik. Die Faser-Matrix-Separation erfolgt dabei durch eine gezielte und selektive Erwärmung der elektrisch leitfähigen Carbonfasern. Elektrische Wirbelströme werden mittels eines elektromagnetischen Wechselfelds im Bauteil generiert und führen so zu einer unmittelbaren Erwärmung der Faser-Matrix-Grenzfläche.

Die induktive Faser-Matrix-Separation stellt somit ein unmittelbares Erwärmungsverfahren dar, da die Erwärmung im Objekt selbst erfolgt. Dies führt gekoppelt mit sehr kurzen Prozesszeiten zu einem geringeren Energiebedarf im Vergleich zu bekannten Recyclingverfahren", so die Autoren.

Vorstoß in ein von Japan dominiertes Thema

Bei dieser Methode, so die Autoren weiter, sei es im Gegensatz zu bekannten Recyclingmethoden nicht notwendig, einen Großteil der chemischen Bindungen des Matrixmaterials in die gasförmige Phase zu überführen, da die Anbindung an die Matrix bereits an den Grenzflächen zerstört werde. Somit könnten intakte Patchstrukturen in Form der Gewebelagen aus dem Verbund erzeugt werden.

Mit diesem Vorstoß etablieren sich die Augsburger in einem Themenkreis, der bereits fest in asiatischer Hand schien. So berichtet Yoshitaka Kageyama in seinem Kapitel Recycling Technologies of Carbon Fiber Composite Materials aus dem Fachbuch High-Performance and Speciality Fibers von einer aufschlussreichen Literaturrecherche. Demnach wurden zwischen Januar 2009 und April 2014 insgesamt 197 wissenschaftliche Fachaufsätze und Tagungsbeiträge zum Thema CFK-Recycling veröffentlicht. 135 davon stammen dem Autor zufolge von japanischen Forschungseinrichtungen. In Kageyamas Buchkapitel findet sich auch eine Tabelle, in der der Autor alle gängigen Verfahren zum CFK-Recycling mit ihren wichtigsten technischen Parametern gegenübergestellt hat.