In der Automobilindustrie sind Kohlenstofffasern in aller Munde. Trotz der Kritik an den Kosten betreiben die meisten Automobilhersteller zumindest privat F&E-Anstrengungen, um kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFRP) – ein wichtiges Mittel für die Leichtbau-Produktion von Pkw und leichten Lkw – aktiv zu nutzen, um die bevorstehenden CO2-Emissions- und Kraftstoffverbrauchsvorschriften zu erfüllen. Die europäischen Automobilhersteller sind Vorreiter. Einige haben bereits Nutzfahrzeuge mit hohem CFK-Anteil auf den Markt gebracht und damit sowohl in der Fachpresse als auch in den öffentlichen Medien für Aufsehen gesorgt.
Eine unbequeme Wahrheit
Bis vor kurzem wurden bei diesen Diskussionen die Kosten und die Mittel für die Einhaltung der EU-Richtlinie über Altfahrzeuge (ELV) weitgehend außer Acht gelassen. Sie schreibt vor, dass 85 Prozent des Gewichts der Materialien, die in jedem für das Modelljahr 2015 und später gebauten Pkw und leichten Lkw verwendet werden, wiederverwendbar oder recycelbar sein müssen. Metalle und einfache Kunststoffe – amorphe Werkstoffe – haben sich als recyclingfähig erwiesen. Für CFK gilt dies jedoch nicht. Ja, die Altauto-Verordnung erlaubt eine gewisse Entsorgung – bis zu 10 % des Fahrzeuggewichts können verbrannt werden, die restlichen 5 % können auf einer Mülldeponie landen. Aber die Rechnung geht nicht auf: Wenn die Kohlefaser ein wichtiges Werkzeug im Leichtbauwerkzeugkasten der Automobilhersteller werden soll, ist das Recycling von CFK aus Altfahrzeugen ein absolutes Muss. Die gute Nachricht ist, dass dieses Problem, das einst als fast unlösbar galt, dank entschlossener und wachsender Bemühungen um die Entwicklung von Recyclingtechnologien für CFK
immer schneller gelöst wird.
Zweigleisiger Angriff
Die Recyclingstrategien konzentrieren sich auf zwei Fronten. Die erste ist die Rückgewinnung und Wiederverwendung von CFK-Abfallströmen (Off-Spec-Material, Abfälle aus Schneide-/Beschneidevorgängen usw.) in Form von Trockenfasern und Prepreg.
Tim Rademacker, Geschäftsführer von CFK Valley Recycling (Stade, Deutschland), nennt einen geschätzten Bedarf an Frischfasern im Jahr 2014 (siehe Abb. 3, links) von 50.000 metrischen Tonnen (110 Mio. lb) und merkt an, dass, wenn 30 % davon als Produktionsabfälle enden – eine häufig genannte Zahl -, das Ergebnis ~10.000 metrische Tonnen (~22 Mio. lb) kommerzieller recycelter Kohlenstofffasern (RCF) ist, bevor die End-of-Life-Strukturen (EOL) berücksichtigt werden. Die Recycler sagen voraus, dass die Automobilhersteller große Nutznießer der Fasern sein werden, die aus den Kohlenstofffaser-Abfallströmen anderer Industriezweige zurückgewonnen werden. „Wir können in einem Monat bis zu 50 Tonnen CF-Abfälle aus der Windkraft erhalten“, sagt Alex Edge, Sales and Business Development Manager beim Recycler ELG Carbon Fibre Ltd. (Coseley, Großbritannien), und merkt an, dass ein Großteil davon anfällt, wenn Materialien für den Aufbau von Turbinenschaufeln vorbereitet werden.
„Die meisten unserer eingehenden Abfälle stammen aus der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie“, sagt Rademacker, der im Gegensatz zu Edge meint: „Wir sehen noch nicht viel von der Windkraft, die immer noch hauptsächlich Glasfasern verwendet.“
Besonders vielversprechend sind die RCF aus der Luftfahrt. „In der Luft- und Raumfahrt fallen tonnenweise Abfälle an“, sagt Edge, „aber die müssen in anderen Märkten verwendet werden.“ Ein wichtiger Grund dafür ist, dass Fasern, die mit den derzeitigen Mitteln wiedergewonnen werden, zerhackt werden. Die derzeit in Windturbinen- und Flugzeugstrukturen unbrauchbaren Fasern (eine Ausnahme bilden die Innenräume von Flugzeugen) werden seit langem in Verbundwerkstoffen für die Automobilindustrie eingesetzt, insbesondere im Innenraum und unter der Motorhaube. „Wir haben in den letzten Jahren viel mit großen OEMs zusammengearbeitet, sowohl bei der Abfallentsorgung in der Luft- und Raumfahrt als auch bei der Endverwendung von Recyclingprodukten in der Automobilindustrie“, sagt Edge.
Deshalb besteht das Ausgangsmaterial der Recycler heute hauptsächlich aus Abfall. Die Verwerter sehen die Abfallverarbeitung jedoch nicht als Selbstzweck. Langfristig wollen sie den Anwendern von CFK helfen, den „Kreislauf zu schließen“: Wenn die Automobilhersteller sicherstellen müssen, dass die Werkstoffe recycelbar sind, dann ist es für sie von großem Vorteil, wenn sie die Fasern aus Altfahrzeugen für die Produktion neuer Fahrzeuge wiederverwenden können. Die Aufbereitung von Abfällen wird daher als ein wichtiger erster Schritt angesehen, da sich die Recycler auf die Verarbeitung der zunehmenden Anzahl von CFK-Teilen vorbereiten, die jedes Jahr das EOL erreichen werden.
Obwohl verschiedene Verfahren für das Recycling von Kohlenstofffasern entwickelt wurden, darunter einige, bei denen die langen Fasern und sogar die Gewebebindung erhalten bleiben, werden alle derzeit kommerziell erhältlichen CFK einer Pyrolyse unterzogen (siehe Abb. 1 und weitere Informationen in der Anmerkung des Herausgebers am Ende dieses Artikels). Die eingehenden Abfälle werden nach Art (Trockenfaser, Prepreg, EOL-Teile) und in einigen Fällen nach Fasertyp sortiert. EOL-Teile werden zerkleinert oder gehäckselt, und alle Materialien werden zu einer homogenen Größe geschreddert, was die Masse für die Pyrolyse erhöht. Bei der Pyrolyse wird das verbleibende Matrixmaterial der zerkleinerten EOL-Teile und der Prepreg-Abfälle verdampft (das dann durch Belüftung abgesaugt wird), wobei jedoch die Fasern intakt bleiben. Außerdem werden Schlichte und Bindemittel aus den Fasern entfernt. Nach der Pyrolyse kann die kundenspezifische Konditionierung, wie unten erwähnt, eine maßgeschneiderte Faserschlichte und/oder Bindemittel umfassen, die auf die Oberfläche der wiedergewonnenen Faser für die spezifische Wiederverwendung des Kunden aufgetragen werden.
Gewerbliche Kapazität
In wenigen Jahren, haben sich Recyclingbetriebe von Pilotprojekten zu kommerziellen Produktionsanlagen entwickelt. Obwohl sich ihre Namen geändert haben und andere hinzugekommen sind, sind die Hauptakteure dieselben geblieben.
Im Jahr 2011 übernahm der deutsche Metallrecycler ELG Haniel (Duisburg, Deutschland) die Recycled Carbon Fibre Ltd. (Coseley, Großbritannien; vormals Milled Carbon Group) und dessen großtechnische Recyclinganlage (2009 in Betrieb genommen) und benannte es in ELG Carbon Fibre um.
Warum sollte ein Metallrecycler in den RCF-Markt einsteigen? „Sie sahen mehr und mehr Metalle, die mit Kohlenstofffasern verunreinigt waren, und eine Möglichkeit, einen hohen Wert aus den Abfällen der Luft- und Raumfahrt zu gewinnen“, erklärt Edge von ELG Carbon Fibre. „Wir verarbeiten 2.000 Tonnen Abfall und erzeugen 1.000 Tonnen wiedergewonnene CF pro Jahr mit Hilfe eines patentierten Pyrolyseverfahrens und eines 21 m langen Bandofens.“
ELG CF sortiert den Abfall und zerkleinert ihn. „Wir verwenden dann ein automatisiertes System, um eine ausgewählte Abfallmenge aus einem von vier Lagerbunkern abzurufen“, erläutert Edge, „die dann zum Ofen transportiert wird.“ Die Fasern werden dann zu geschnittenen, gemahlenen oder pelletierten Faserprodukten verarbeitet, und eine Nadelmatte befindet sich in der Entwicklung.
Edge sagt, dass das Interesse sowohl an gemahlenen Fasern als auch an Langfaserpellets, die in Langfaser-Thermoplasten (LFTs) verwendet werden, gestiegen ist. ELG CF arbeitet mit 10 bis 20 Lieferanten der LFT-Industrie zusammen und bietet ein Standardgranulat mit einem Durchmesser von 6 mm/0,24 Zoll an, das 6 mm bis 10 mm lange Fasern verwendet (siehe Abb. 2). Das Unternehmen sagt, dass es maßgeschneiderte Formulierungen anbieten kann, z. B. ein PEEK-kompatibles Bindemittel im Gegensatz zum Standardsystem für thermoplastische Kunststoffe aus Nylon (Polyamid oder PA) und Polypropylen (PP). „Es gibt einen großen Trend zu gespritzten Teilen aus langen Fasern“, bemerkt Edge, „und CF hat einen echten Vorteil gegenüber Talkum- und Silica-Füllstoffen. Wir sind für diesen Absatzmarkt gut gerüstet und haben erst vor kurzem damit begonnen, uns mit den Möglichkeiten von Duroplastverbindungen zu befassen.“
Das 2005 gegründete Unternehmen Materials Innovation Technologies LLC (MIT LLC, Fletcher, N.C.) begann 2009 mit der Rückgewinnung von Kohlenstofffasern und eröffnete seine kommerzielle Recyclinganlage MIT-RCF in Lake City, S.C., dank der Kapitalbeteiligungen der South Carolina Research Authority (SCRA, Columbia, S.C.) und Toyota Tsusho America (Maryville, Tenn.). Das Unternehmen, das 2015 in Carbon Conversions Inc. umbenannt wurde, verarbeitet Ströme aus verschiedenen Quellen: Trockenabfälle von Faserherstellern, Flechtern und Webern, unausgehärtete Prepregs von Prepregern, Tier-1-Unternehmen und OEMs sowie vollständig ausgehärtete Teile. Die Sortierung ist eine Priorität. „Die Kunden wollen einen definierten Input für die Preform- oder Rollenware, die sie verwenden werden“, erklärt Mark Mauhar, Präsident und COO von Carbon Conversions. „Es gibt nur eine Art von Teil und eine Art von Faser pro Charge. Wir verfolgen die Herkunft des Materials sehr genau.“
Nach der Pyrolyse verkauft Carbon Conversions die daraus resultierenden geschnittenen RCF direkt oder verarbeitet sie zu LFT-Pellets oder zu Rollen mit geschnittenen Fasermatten. Die Matten haben ein Gewicht von 50 bis 1.000 g/m2 (1,5 bis 29,5 oz/yd2) und sind bis zu 49 Zoll/1,2 m breit. Zu den Mehrwertprodukten gehören Mischungen aus geschnittenen Kohlenstoff- und thermoplastischen Fasern – z. B. 60 % Polyphenylensulfid (PPS)/40 % CF -, die nach dem firmeneigenen Co-DEP-Verfahren hergestellt werden (siehe Abb. 4). Carbon Conversions stellt auch netzförmige Vorformlinge mit einer Größe von bis zu 1,8 m x 1,8 m her, wobei das patentierte 3-DEP-Slurry-Verfahren zum Einsatz kommt, das unabhängig von der Größe eine hohe Gleichmäßigkeit (Flächengewichtsstandardabweichung von 1-3 %) und Zykluszeiten von ein bis zwei Minuten bietet. Mauhar fasst zusammen: „Wir verfügen über sehr flexible Prozesse, mit denen wir Materialien maßschneidern und eine einheitliche Dicke und ein einheitliches Gewicht mit geringen Eigenschaftsschwankungen herstellen können.“
In der Tat hat das Unternehmen mehrere Automobilteile auf dem Weg zur Marktreife und arbeitet an der Validierung neuer Hochgeschwindigkeitsprozesse, um seine RCF-Produkte in kostengünstige Automobilteile umzuwandeln. Der Wachstumsplan von Carbon Conversions sieht eine Erweiterung der Anlagen vor, sobald der Markt aufholt. Laut Mauhar „müssen wir 3 bis 5 Millionen Pfund/Jahr an verkauften Recyclingfasern erreichen, bevor wir unsere Kapazitäten erweitern.“
Der Umwelt- und Entsorgungsdienstleistungskonzern Karl Meyer AG hat die Arbeit am Recycling mit CFK Valley e.V. (Stade, Deutschland) im Jahr 2005 und errichtete 2007 eine großtechnische RCF-Anlage, die CFK Valley Recycling. Im Jahr 2010 zog das Unternehmen nach Wischhafen, Deutschland. Heute kann die Anlage bis zu 1.000 Tonnen RCF pro Jahr produzieren und hat langfristige Entsorgungsverträge mit dem Flugzeughersteller Airbus (Toulouse, Frankreich), den Automobilherstellern Bugatti (Molsheim, Frankreich) und BMW (München, Deutschland) sowie anderen CFK-Marktführern abgeschlossen, um die Rohstoffversorgung sicherzustellen. Außerdem gründete es die carboNXT GmbH als Vertriebspartner für seine gehackten und gefrästen RCF-Produkte.
CFK Valley Recycling sieht in der Aufbereitung der Fasern für die Wiederverwendung beim Kunden eine wichtige Wertschöpfung des Recyclers (siehe Abb. 5). Im Mittelpunkt steht dabei die Faser-Matrix-Haftung. „Als Reaktion auf die Marktnachfrage haben wir unser Verfahren so modifiziert, dass wir keine Probleme mit der Verklebung haben“, erklärt CFK-Mitarbeiter Rademacker. „Bei Duroplasten können wir die Schlichte neu auftragen, und bei Thermoplasten können wir ein spezielles Bindemittel hinzufügen, um die Matrixhaftung zu maximieren.“ Auch die Faserlänge kann individuell angepasst werden, um beispielsweise den Anforderungen der Compoundierung gerecht zu werden.
„Wir haben in Textilmaschinen investiert und können Vliesstoffe herstellen“, ergänzt Rademacker. Diese sind zwischen 1.100 und 1.300 mm breit und haben ein Gewicht von 10 g/m2 (0,3 oz/yd2) im Nasslegeverfahren bis 600 g/m2 (18 oz/yd2) im Air-Lay-Verfahren.
Vom Ziehen zum Schieben
Mit dem Ziel, kommerzielle Mengen an kundenfreundlichen RCF zu liefern, stehen die großen Akteure auf festeren Füßen, aber der Weg dorthin ist noch nicht gerade und glatt. Vor vier Jahren war die größte Sorge der Recycler die Sicherheit ihrer Rohstoffversorgung (siehe „Erfahren Sie mehr“). Doch laut Mauhar von Carbon Conversions ist das nicht mehr der Fall: „Die Flugzeughersteller erzeugen so viel Abfall, da sie die Produktionsraten erhöhen, dass die Schrottmenge den Markt für die wiedergewonnenen Produkte übersteigt. Und es besteht kein Zweifel daran, dass ein ausreichendes Angebot an EOL-Rohstoffen vorhanden sein wird: Jedes Jahr gelangen 35 Millionen Fahrzeuge in die Recycling-Infrastruktur – 13 Millionen in Nordamerika und 11 Millionen in Westeuropa. Darüber hinaus werden die ersten Flugzeuge, die mit CFK-Bauteilen gebaut wurden, wahrscheinlich innerhalb der nächsten 10 Jahre ihr EOL erreichen, und mehr als 12.000 Flugzeuge werden in den nächsten zwei Jahrzehnten weltweit ausgemustert, kurz bevor die ersten CFK-beladenen Flugzeuge vom Typ Boeing 787 und Airbus A350 XWB in den Ruhestand gehen können.
Für die Faserrückgewinnungsspezialisten geht es also derzeit darum, das weiterzuverkaufen, was sie bereits verarbeiten können. Derzeitige Schätzungen der kombinierten RCF-Kapazität belaufen sich auf 3.500 bis 5.000 metrische Tonnen (>7,5 bis 11 Millionen lb) pro Jahr.
Das größte Absatzpotenzial liegt bei großvolumigen Automobilanwendungen. Mauhar glaubt, dass die Wiederverwendung von RCF beschleunigt werden könnte, wenn Abfallerzeuger, Recycler und Automobilnutzer zusammenarbeiten, um die erforderliche Entwicklung abzuschließen. Obwohl einige Faser- und Textilhersteller (siehe „Carbon fiber recycling update: The supply side“ am Ende dieses Artikels oder unter „Editor’s Picks“) und einige OEMs ihre eigenen Abfälle recyceln – allen voran BMW – haben sich nur wenige Akteure innerhalb der CFK-Lieferkette dazu verpflichtet, von kommerziellen Recyclern hergestellte RCF zu verwenden.
Recycler räumen ein, dass der Markt für RCF-Anwendungen hinterherhinkt, behaupten aber, dass das Problem nicht in der mechanischen Leistung liegt: RCF-Studien zeigen, dass die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul weit unter den Zielvorgaben der Faserhersteller für Neuware für industrielle Anwendungen liegen (siehe Abb. 6 & 7). Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, längere Fasern zurückzugewinnen. Einem Bericht von Hitachi Chemical (Tokio, Japan) aus dem Jahr 2014 zufolge hat die Japan Carbon Fiber Manufacturers Assn. (JCMA) eine Recyclinganlage, die jetzt gemeinsam von Toray Industries und der Teijin Group (beide mit Sitz in Tokio, Japan) und Mitsubishi Rayon Co. Ltd. (Osaka, Japan) betrieben wird, wurde um ein Pyrolyseverfahren erweitert, das im Gegensatz zu der älteren JCMA-Anlage mit einer Kapazität von 1.000 Tonnen/Jahr keine Vorzerkleinerung erfordert. Entwickelt von Takayasu Co. Ltd. (Kakamigahara City, Japan) entwickelt, hat dieses neue Verfahren Berichten zufolge eine Kapazität von 60 Tonnen/Jahr. Und noch neuere Recyclingverfahren, die auf die Rückgewinnung von Endlosfasern ausgelegt sind (siehe „Recycelte Kohlenstofffasern: Vergleich von Kosten und Eigenschaften“ am Ende dieses Artikels oder klicken Sie auf den Titel unter „Editor’s Picks“) und Methoden zur Ausrichtung diskontinuierlicher RCF (z. B. orientiert vs. ungeordnet) deuten darauf hin, dass die Recycler schon bald in der Lage sein könnten, RCF-Produkte anzubieten, deren Leistung den Zielvorgaben für die Luft- und Raumfahrt entspricht.
Gewerbliche Recycler weisen auch darauf hin, dass RCF im Vergleich zu Frischfasern eine Kostenersparnis von 20-40 % bietet. Das ist keine leere Behauptung. Das Projekt CAMISMA (Carbon fiber/Amid (kurz für Polyamid)/Metal Interior Structure using Multi-material System Approach) hat kürzlich das Potenzial von RCF in thermoplastischen Prozessen aufgezeigt. Der führende Automobilzulieferer Johnson Controls (JCI, Burscheid, Deutschland) und seine Partner haben erfolgreich eine CFK-Sitzrückenlehne aus RCF-Materialien geformt, die im Vergleich zu herkömmlichen Metallkonstruktionen mehr als 40 % an Gewicht einspart, ohne die im Projekt festgelegte Grenze von 5 $ pro eingespartem kg zu überschreiten. (Der Prozess wird im Inside Manufacturing“-Beitrag dieser Ausgabe mit dem Titel CAMISMA’s car seat back“ beschrieben: Hybridverbundwerkstoff für hohe Stückzahlen“. Klicken Sie auf den Titel unter „Editor’s Picks“). Für die Autohersteller, die über die Kosten der Fasern besorgt sind, könnten solche Daten zwar nicht das Murren beenden, aber den Lärmpegel senken.
Die Hindernisse für die Akzeptanz sind dieselben, mit denen sich die Befürworter von Verbundwerkstoffen konfrontiert sehen, wenn sie versuchen, alte Materialien zu ersetzen: Unzureichende Aufklärung, Unterbrechung etablierter Lieferketten und die Notwendigkeit eines glaubwürdigen Nachweises der Machbarkeit des Waste-to-Reuse-Prozesses und der Leistung des RCF-Endprodukts.
Derjenige, der nach einer solchen Demonstration sucht, muss nicht weiter suchen als nach den viel beachteten Fahrzeugen BMW i3 und i8 (siehe „BMW Leipzig: Das Epizentrum der i3-Produktion“ unter „Editor’s Picks“). Etwas in den Hintergrund gerückt durch die öffentliche Aufmerksamkeit für die Entwicklung von BMWs vertikal integrierter Beschaffungskette für neue, schwere Abschleppfahrzeuge ist die Wiederverwendung von Produktionsabfällen in den Dächern des i3 und i8 sowie in der Rücksitzstruktur des i3. SGL Automotive Carbon Fibers (SGL ACF, Wackersdorf, Deutschland) sammelt Web- und Preform-Kitting-Abfälle aus der Produktion der CFK-Life-Module der i-Fahrzeuge und schneidet sie in Chips, die dann verarbeitet werden, um die einzelnen Fasern zu öffnen, gefolgt von einer mechanischen Kardierung, um die Fasern zu entwirren und auszurichten (siehe „Recycelte Carbonfaser: Kosten und Eigenschaften im Vergleich“ unter „Editor’s Picks“). Die Fasern werden dann in verschiedenen Winkeln geschichtet – je nachdem, wo das endgültige Teil verwendet werden soll – und zu Vliesstoffen (Matten oder Vlies) vernäht. Die Vliesstoffe für die Dachstrukturen werden unter Verwendung von Hochdruck-RTM (HP-RTM) und Araldite-Epoxidharz von Huntsman Advanced Materials (The Woodlands, Texas und Basel, Schweiz) geformt, während für die selbsttragende Rücksitzschale das Polyurethan (PUR) Elastolit von BASF (Ludwigshafen, Deutschland) verwendet wird, das Berichten zufolge das erste CF/PUR-Bauteil in der Serienproduktion ist. Das vom Automobilsitzspezialisten F.S. Fehrer (Kitzingen, Deutschland) gefertigte Bauteil integriert auch eine Getränkehalterbefestigung und eine Ablageschale. Das reduziert die Montageschritte und das Bauteilgewicht und erfüllt mit einer Wandstärke von nur 1,4 mm/0,6 Zoll die Crash-Anforderungen.
Carbon Conversions sieht auch die Notwendigkeit, zu zeigen, dass RCF-Produkte die Anforderungen der Automobilhersteller erfüllen können (Abb. 8 vergleicht RCF-Materialien mit herkömmlichen Materialien). Mauhar sagt: „Wir arbeiten mit Roctool Inc. zusammen, um unsere Werkstoffe in dessen Formgebungsverfahren mit schneller Zykluszeit zu demonstrieren.“ Zu diesem Zweck versucht RocTool, die Geschwindigkeit des RCF-Thermoformens durch sein Light Induction Tooling (LIT) zu verbessern. LIT verwendet ein induktiv erwärmtes (keine Flüssigkeiten) und gekühltes Stahlwerkzeug und einen Silikonkern mit Vakuumunterstützung, um Teile ohne Vorwärmung der Form und mit nur 8 bar Luftdruck zu formen. Laut RocTool kosten die Werkzeuge nur ein Fünftel der Kosten, die bei herkömmlichen Verfahren anfallen, und das bei Zykluszeiten von nur 105 Sekunden.
Zu den getesteten Materialien gehören PP, PET und PA12 mit RCF und anderen Fasern, und laut Mathieu Boulanger, Präsident von RocTool North America, bietet LIT sowohl strukturierte als auch glänzende Oberflächen. Zu den Möglichkeiten gehört auch die Dekoration während des Spritzgießens, und die Ergebnisse nach dem Spritzgießen sind verzugsfrei, selbst bei dünnen Laminaten (1 mm/0,04 Zoll). „Die Möglichkeit, Tausende von Teilen pro Tag mit RCF-Materialien zu formen, könnte die derzeitige Landschaft wirklich verändern“, sagt er. Mauhar fügt hinzu, dass die Massenproduktion ein Muss ist, wenn ein signifikanter Prozentsatz der recycelten CFK-Abfälle erfolgreich wiederverwendet werden soll und sich der Kreis für die Nachhaltigkeit von Carbon Composites schließen soll.
Echter Fortschritt = echte Teile
CFK’s Rademacker glaubt, dass der Einsatz von CF zunehmen wird, Vor allem im Bereich der Autocomposites, wo BMW den Wert von Frischfasern und recycelten Produktionsabfällen, die jeweils entsprechend optimiert werden, deutlich demonstriert hat. „Sie werden dies in ihre Serienprodukte für den Einsatz in Teilstrukturen übertragen“, prognostiziert Rademacker. In der Tat werden laut SGL ACF 10 % des in den BMW i-Fahrzeugen verwendeten CFK recycelt, und BMW hat bereits erklärt, dass es seine CFK-Technologie über die i- und M-Modelle hinaus einsetzen will. „Auch hier gibt es Möglichkeiten für recycelte Kohlenstofffasern“. Er sieht auch, dass andere in der Autoindustrie zunehmend auf thermoplastische Anwendungen setzen. Franz Storkenmaier, Leichtbau-Manager bei BMW, wird in der Fachpresse häufig zitiert und nannte Sitzrahmen, Armaturenbrettrahmen und Reserveräder als RCF-Ziele und sagte kürzlich der Zeitschrift Auto Express: „Kohlefaser ist ein teures Material, aber wenn man Produktionsabfälle verwendet, dann ist das eine andere Kostenstruktur als die Verarbeitung von Rohkohlefaser.“
In der Tat hat Carbon Conversions eine innere Motorhaube für ein Mittelklasse-Fahrzeug entwickelt, die gerade die OEM-Demonstration durchläuft. Das Unternehmen sieht Potenzial für weitere Anwendungen in Luxusmodellen. Außerdem hat es einem Tier-1-Zulieferer ein Angebot für einen Geländewagen mit einer Produktionskapazität von 500.000 Fahrzeugen pro Jahr unterbreitet. „Dies ist ein Innenraumteil, bei dem unser Co-DEP-Verfahren und thermoplastische Fasern verwendet werden, die mit RCF und anderen Fasern gemischt werden können“, erklärt Mauhar und behauptet, dass Carbon Conversions einen 30 % leichteren, kostenneutralen Ersatz für die Naturfaser/Thermoplast bietet, die in Europa für Türinnenseiten und Innenraumträgerstrukturen verwendet wird, und einen 40 % leichteren, kostenneutralen Ersatz für das spritzgegossene Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), das in den U.S.
Aber Rademacker sagt, dass mehrere Probleme die breite Einführung von RCF noch behindern. Nur mit großen CF-Abfallproduzenten zusammenzuarbeiten, sei nicht vorteilhaft, da diese bereits über einen etablierten Lieferantenstamm verfügen, den sie nicht stören wollen, da die Materialien und Lieferanten bereits qualifiziert sind. Er schlägt vor, dass die Chancen stattdessen bei großen Abfallquellen liegen, die auch neue Formen von CF-Rohstoffen benötigen – Formen, die noch verfeinert und qualifiziert werden müssen. Dies ist ein wichtiger Grund, warum die Recycler die Automobilindustrie ins Visier nehmen. Außerdem sind die Kunden von Frischfasern daran gewöhnt, Festigkeit und Modul zu spezifizieren. „Ich kann die eingehenden Abfälle sortieren und die RCF-Eigenschaften beeinflussen“, erklärt Rademacker, „aber die Industrie braucht Anwendungen, die zu den Produkten passen, die wir auf der Grundlage der bereits vorhandenen Abfallströme liefern können. Die Konstrukteure müssen darüber nachdenken, wo diese Produkte eingesetzt werden können“, fügt er hinzu. „Wir müssen noch ein besseres Verständnis dafür entwickeln, was RCF-Produkte in den endgültigen Bauteilen bewirken werden.“
Anmerkung des Herausgebers: Lesen Sie mehr über Solvolyse und andere Alternativen zur Rückgewinnung von Kohlenstofffasern in „Recycling carbon fibre reinforced polymers for structural applications: Technology review and market outlook“, verfasst von Soraia Pimenta und Silvestre Pinho | Exemplare können hier angefordert werden.
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