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LightCycle

Endlosfaserverstärkte thermoplastische Leichtbau-Verbunde (z.B. für Verkehr und erneuerbare Energie) haben ein niedriges Gewicht und führen zu deutlicher CO2-Einsparung. Trotz etablierter Fertigungstechnologien und Gewichtseinsparung ist weiterer Fortschritt im Leichtbau zunehmend schwierig, da die Nachhaltigkeit dieser Produkte wegen der ungelösten Recyclingproblematik derzeit nicht gegeben ist, obwohl das Regulativ u.a. eine 85 %-ige Rezyklierung eines Altfahrzeuges fordert.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation/Motivation

Bei der Produktion von Polypropylen(PP)-Organoblechen oder PP-UD-Tapes für den Leichtbau fallen bis zu 40 % Verschnitt an, der bisher nur teilweise in den Stoffkreislauf zurückgeführt wird. Die Wiederverarbeitung von Sekundärcomposites aus thermoplastischen Organoblechen oder UD-Tapes ist kaum erforscht, woraus Hemmnisse für den Einsatz von Rezyklaten resultieren, v.a. auch in der Automotive-Branche wegen hoher Qualitätsanforderungen und enger Spezifikationen.

Rezyklate haben außerdem eine „Hitze-Historie", weshalb eine Wiederverarbeitung zum gleichen Produkt dadurch oftmals unmöglich ist. Faserverstärkte Komposit-Bauteile landen daher als post-consumer(P-C)- Abfall in der Verbrennung. Für die Einhaltung der Recyclingquoten und einen breiten Markteinsatz sind folglich die Entwicklung von innovativen Recyclingkonzepten und neuartiger Verfahrenstechnik mit geschlossenem Produktkreislauf erforderlich.

Inhalte und Zielsetzungen

Ziel dieses Projektes ist die Weiterentwicklung des Spritzgießcompoundierens (SGC) zu einer gänzlich neuen und innovativen Verfahrenstechnik für die kreislauforientierte und energieeffiziente Güterverwertung von glasfaserverstätkten Thermoplast Komposit-Abfällen (LightCycle Prozess). Neben diesen werden zusätzlich Polypropylen-Regenerate (rPP) aus P-C- und Post-Industrial(P-I)-Quellen als Matrixmaterial herangezogen und umfassend charakterisiert. Durch im Idealfall vollständige Einsparung von Neumaterial und Senkung des Energiebedarfs durch den einstufigen LightCycleProzess werden vorhandene Ressourcen optimal genutzt, massiv CO2 eingespart und Stoffkreisläufe durch Upcycling zu hochwertigen technischen Produkten geschlossen.

Methodische Vorgehensweise / Erwartete Ergebnisse

Dafür muss (1) ein neues SGC-Verfahren in Form einer LightCycle-Pilotanlage entwickelt, (2) eine Rezeptiermethodik für die thermooxidative Stabilisierung und Glasfaser(GF)-Verstärkung aus Rezyklat erarbeitet, (3) eine Inline-Messtechnik für die kontinuierliche Detektion von GF-Gehalt und Schmelzequalität in Echtzeit entwickelt, und (4) die Wirkzusammenhänge zwischen relevanten Prozessparametern und den mechanischen Eigenschaften der TC-Bauteile im Hinblick auf eine in einem Nachfolgeprojekt zu entwickelnde KI-basierte Qualitätsregelung bestimmt werden.

Diese vier innovativen Entwicklungen sind wichtige Elemente einer robusten Prozessführung mit hoher stofflicher und energetischer Effizienz. Schlussendlich werden (5) die compoundierten GF-verstärkten Regranulate im Rahmen einer Fallstudie für die Herstellung eines einfachen thermoplastischen Demonstrator-Bauteiles mit UD-Tape Verstärkung und GF-rPP-Umspritzung verwendet, um die Anwendbarkeit des Verfahrens unter Beweis zu stellen.

Mit Hilfe von (6) Ökobilanzierung wird der verbesserte ökologische Fußabdruck für den einstufigen Prozess (LightCycle-Pilotanlage) gegenüber dem zweistufigen für die Herstellung von rPP-Leichtbau-Spritzgussteilen gegenübergestellt.

Publikationen

Präsentationsunterlagen

Poster

Paper

Projektbeteiligte

Projektleitung

Die Konsortialführung erfolgt durch den Lehrstuhl für Spritzgießen von Kunststoffen, an der Montanuniversität Leoben und wird im September 22 an den Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung übergeben.

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

  • Montanuniversität Leoben
  • Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung
  • Lehrstuhl für Verarbeitung von Verbundwerkstoffen
  • Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe
  • Johannes Kepler Universität Linz – LIT Factory
  • Institut für Polymer Injection Moulding and Process Automation
  • Institut für Polymer Processing and Digital Transformation
  • ENGEL Austria GmbH
  • Leistritz Extrusionstechnik GmbH
  • Gabriel-Chemie Gesellschaft m.b.H

Kontaktadresse

Montanuniversität Leoben
Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung
Nina Krempl, DI(FH)
Otto Glöckel Straße 2
A-8700 Leoben
E-Mail: nina.krempl@unileoben.ac.at
Web: www.kunststofftechnik.at