Projekt FVK Cycle – Universität Innsbruck

FVK Cycle

Komponententrennung zum Recycling faserverstärkter Kunststoffe

Faserverbundkunststoffe (FVK) sind Werkstoffe, die insbesondere im Leichtbau eingesetzt werden. Ähnlich wie bei vielen anderen Kompositwerkstoffe auch, existiert momentan kein Verfahren, um FVK nach Ende der Gebrauchstüchtigkeit werterhaltend in ihre einzelnen Bestandteile (Fasern und Polymer) aufzutrennen. Im Stand der Technik werden FVK daher oft deponiert oder in Granulatform als Füllstoffe unter starker Wertminderung genutzt.

Unser Ziel ist es, eben jene komponentenreine Auftrennung von FVK und folgend eine Kreislaufwirtschaft der Komponenten erstmals zu ermöglichen. Hierzu wird das Prinzip des „Debonding on Demand“ genutzt, das in der Klebstofftechnologie etabliert ist. Generell werden dabei Substanzen genutzt, die auf bestimmte Stimuli reagieren und in der Folge eine Enthaftung der Komponenten auslösen. Die verwendeten stimuli-responsiven Substanzen sind in Reinform kristallin, sodass sie nicht ohne signifikante Verluste der Haftfestigkeit in der Grenzphase eingesetzt werden können. Um die Substanzen an der Kristallisation zu hindern, werden sie auf Trägerpartikeln immobilisiert und dann in die Grenzphase eingebracht.

Durch die stimuli-responsiven Substanzen werden Risse und Enthaftungseffekte erreicht. Um eine optimale Trennung der Komponenten zu ermöglichen, müssen die Substanzen sowohl in der Polymermatrix als auch an der Grenzphase lokalisert werden. Dazu sind neben der Betrachtung des Polymers insbesondere auch Adaptionen im Faserspinnprozess erforderlich, indem die Partikel in herkömmlichen Schlichten hinzugefügt werden. Letzteres ist für die Integration der Substanzen an der Grenzphase entscheidend und mit einigen Herausforderungen verbunden.

Des Weiteren sollten die Partikel kleiner als 100 nm sein, um ein möglichst großes Verhältnis zwischen Volumen (=Trägerpartikel) und Oberfläche (=stimuli-responsive Substanz) zu generieren. Aufgrund der einfachen Synthese, wird als Trägerpartikel Magnetit genutzt. Die stimuli-responsive Substanz kann über verschiedene Synthesen kovalent oder nicht-kovalent an die Partikeloberfläche angebunden werden. Diese so entstandenen Core-Shell-Partikel werden mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) analysiert.

Erste Spinnversuche haben gezeigt, dass die Partikel in der Grenzphase die Haftfestigkeit zwischen Matrix und Glasfaser verringern. Um dies zu verhindern wird eine zusätzliche Schicht aus Silica auf die Core-Shell-Partikel aufgetragen. Diese sorgt dafür, dass die Partikel kovalent an die Glasfaser binden können. Da die Partikel für Spinnversuche im großen Maßstab hergestellt werden müssen, wird zusätzlich daran geforscht, unter welchen Reaktionsbedingungen eine kontinuierliche Reaktionsführung möglich ist.