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ReProOrgano

Prozessentwicklung zum Recycling von Organoblech-Verschnitten mit direkter Implementierung in den Hybridbauteil-Fertigungsprozess mit zusätzlicher Bewertung

Im Leichtbau findet zunehmend eine Funktionalisierung von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen statt. Dabei ist das Spritzgussverfahren von thermoplastischen Kunststoffen in Kombination mit endlosfaserverstärkten Thermoplasten (Organoblechen) besonders geeignet. Für die Herstellung von Hybridbauteilen fällt aufgrund der spezifischen Konfektionen und lastgerechter Orientierung im späteren Bauteil, eine konstante Menge Verschnitt an. Im Rahmen des Projekts soll ein geeignetes Verfahren entwickelt werden, um diese Verschnitte als Spritzgusskomponente in den Hybridbauteilprozess zu implementieren. Dabei wird ein geschlossener Kreislauf mit einer hohen Wertschöpfung und hohen Qualität des Endresultates angestrebt. Insbesondere sollen die Wechselwirkungen der Werkstoffeigenschaften, die Maschinentechnik sowie die Wirtschaftlichkeit untersucht werden unter Berücksichtigung des Einsparpotenzials durch materialeffiziente Herstellungs- und Bearbeitungstechnologien der gesamten Prozesskette.

Hintergrund und Inhalt des Projektes

Zur Herstellung der sog. Hybridbauteile werden die Organoblech-Zuschnitte mittels Infrarotstrahlern erhitzt und in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und umgeformt. Dabei werden Funktionselemente auf bzw. durch das Organoblech gespritzt. Bereits beim Zuschneiden der Organobleche ist jedoch mit ca. 10-30% Verschnitt zu rechnen. Speziell bei der Firma Bond Laminates fallen bereits 10 Tonnen Verschnittmaterial pro Monat an. Grund dafür sind zum einen die benötigenden spezifischen Geometrien bzw. die Konfektionierung der Zuschnitte durch Ausschnitte und Durchbrüche, zum anderen muss beim Zuschneiden auf die lastgerechte Orientierung der Endlosfasern im späteren Hybridbauteil geachtet werden. Derzeit wird der Verschnitt, der sowohl die Kosten als auch die Umweltwirkungen des Faserverbundkunststoffes negativ beeinflusst, energetisch verwertet. Damit ist das stoffliche Verwertungspotential (Recyclingpotential) des ressourcenintensiven Faserverbundwerkstoffes ungenutzt. Mittlerweile werden Faserverbundkunststoffe von zahlreichen Betreibern von Müllverbrennungsanlagen aber nicht mehr angenommen, da es aufgrund der nicht brennbaren Fasern zum Verstopfen der Abluftfilter kommt. Dies stellt für die Hersteller und Anwender dieser Hybrid-Leichtbauteile ein erhebliches Problem dar. An diesem Punkt der Wertschöpfungskette setzt das Forschungsprojekt an.

Projektziel

Im Rahmen des Projekts wird die Entwicklung einer Closed-loop-Strategie angestrebt.
Mit dem Ergebnis dieses Forschungsvorhabens wird weiterhin ein optimales Verfahren entwickelt, um Organoblech-Verschnitte möglichst wirtschaftlich ohne Verlust von mechanischen Kennwerten gegenüber dem herkömmlichen Spritzgussgranulat aufzubereiten und in den Spritzguss-Serienprozess zu integrieren.
Es werden folgende Forschungsergebnisse erwartet:
• Hohe Wertschöpfung mit möglichst hoher Qualität
• Einbringung direkt in die Prozesskette zur Herstellung von    Hybridbauteilen
• Möglichst hohe Faserlängen im Endprodukt
• Möglichst wirtschaftliche und ökologische Aufbereitung und Verwertung der Organoblechabfälle - Vergleich und Bewertung der Prozessführung
•  Ausgiebige Analyse über mechanische Materialkennwerte im Rezyklat sowie im späteren Hybridbauteil

Projektablauf

Das Projekt ist in drei Phasen gegliedert:

• In Phase I sollen grundlegende Untersuchungen zur Zerkleinerung, Aufbereitung und Dosierung der Organoblech-Verschnitte durchfegührt werden.
• In Phase II wird eine umfangreiche Wirtschaftlichkeitsanalyse des Recyclingprozesses und ganzheitliche Bewertung der Umweltentlastungseffekte mittels Life Cycle Assessment (Ökobilanzierung) durchgeführt.
• In Phase III werden die mechanischen Kennwerte der Resultate  betrachtet und analysiert.

 

Innovation

Die Organoblechverarbeitung wird zunehmend in der Serienherstellung von Fahrzeugbauteilen angewendet. Der Verschnitt der Organobleche liegt bauteilabhängig bei ca. 10-30%, ein Faktum welches sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich einen hohen Forschungsbedarf generiert. Generell ist die Machbarkeit für das Recyceln der Organobleche aufgrund der Werkstoffeigenschaften bekannt. Allerdings besteht hoher Forschungsbedarf, um die Wechselwirkungen zwischen der komplexen Werkstoffstruktur, der Maschinentechnik zur Aufbereitung und Wiederverwertung sowie den wirtschaftlichen Faktoren der mehrstufigen Wertschöpfungskette zu untersuchen. In dieser Wertschöpfungskette sollen die Verschnitte des endlosverstärkten Halbzeugs zu einer langglasfaserverstärkten Spritzgusskomponente für Funktionselemente bei der Organoblechverarbeitung direkt im Verarbeitungsprozess, ohne Minderungen von mechanischen Eigenschaften, wiederverwertet werden. Diese Implementierung in den Fertigungsprozess unter Betrachtung der mechanischen Eigenschaften weist einen hohen Innovationsgrad auf. Dabei steht der ökonomische und ökologische Mehrwert durch das Einbringen eines hohen Anteils des „Produktionsabfalls“ im Vordergrund.

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