QB3R - QS-gefertigte Hochleistungsbauteile auf Basis 100% biobasierter Rohstoffe mit hohem Reparatur- und Recyclingpotential
Kurzbeschreibung
Ausgangssituation/Motivation
Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (FKV) bieten sich in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen als Werkstoffe für langlebige Sachgüter an. FKV können als Leichtbaumaterialien in höchster Vollendung eingesetzt werden und liefern damit einen hervorragenden Beitrag zur Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn die FKV mit Naturfasern als Verstärkungsmaterial (NFK) und biobasierten Kunststoffen als einhüllendes Matrixmaterial verwendet werden. Während Naturfasern bereits vielfältig eingesetzt werden, sind die für langlebige Sachgüter benötigten duromeren Harzsysteme bislang und bestenfalls nur als teilweise biobasierte Materialien verfügbar.
Im Bereich der Hochleistungsharze werden derzeit weit überwiegend petrochemisch hergestellte Epoxidharze auf Basis von Bisphenol-A verwendet, ein Harzsystem, welches aufgrund toxikologischer Bedenken zunehmend zur Diskussion gestellt wird.
Inhalte und Zielsetzungen
Das gegenständliche Vorhaben „QS-gefertigte Hochleistungsbauteile auf Basis 100% biobasierter Rohstoffe mit hohem Reparatur- und Recyclingpotential" (kurz: QB3R) zielt darauf ab Epoxidharzsysteme mit einem biobasierten Kohlenstoffanteil von 100% zu entwickeln. QB3R-Harze sollen in ihren Bestandteilen toxikologisch unbedenklich sein und sich mit einer breiten Palette an Verarbeitungstechniken qualitätsgesichert zu Hochleistungsbauteilen für langlebige Sachgüter verarbeiten lassen.
Sie sollen der Gruppe der Vitrimere zugeordnet sein und bietet damit die Möglichkeit der für marktgängige Duromere unüblichen Nach- bzw. Neuvernetzung. Auf Basis der Vitrimer-Funktionalität sollen innovative Reparatur- und Recyclingkonzepte aufgezeigt und damit die Lebenszyklen nachhaltig verlängert sowie der Grad des Downcyclings bei der Wiederverwertung deutlich reduziert werden.
Methodische Vorgehensweise
Durch eine koordinierte Materialentwicklung in Abstimmung mit einer zugehörigen Bewertung der Prozessfähigkeit und der gezielten Entwicklung von innovativen Reparatur- und Recyclingverfahren wird ein ganzheitliches Vorgehen verfolgt.
Die ergänzende Entwicklung eines minimalinvasiven Monitoringkonzepts zur Prozessüberwachung soll der Verifizierung der Vitrimer-Funktionalität dienen. Eine zugehörige LCA wird hierzu eine belastbare Datenbasis liefern und soll bewerten, ob biobasierte Ausgangsmaterialien ökologisch vorteilhaft sind und anhand welcher Parameter sich deren Funktionalität in der Ökobilanz berücksichtigen lässt.
Erwartete Ergebnisse
Das Vorhaben wird im Themenkomplex der biobasierten NFK Materialien einen deutlich über den Stand der Technik hinausgehenden Wissenszuwachs in folgenden Bereichen liefern:
- Analyse und Entwicklung geeigneter Synthesemethoden und Rezepturen
- Einsatz robuster Verarbeitungsprozesse
- Nutzung minimalinvasiver Prozessmonitoringmethoden
- Einsatz lebenszykluserweiternder Reparaturmethoden
- Recyclingverfahren mit deutlich reduzierter Gefahr des Downcyclings
- Belastbare LCA
Die damit gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse sollen die Ausgangsbasis bilden um in nachfolgenden Entwicklungen die zielgerichtete Umsetzung von marktrelevanten Produkten zu ermöglichen.
Publikationen
Projektbeteiligte
Projektleitung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Schledjewski - Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Verarbeitung von Verbundwerkstoffen
Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen
- Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe
- Kompetenzzentrum Holz GmbH
- Kästle GmbH
- bto-epoxy GmbH
- R&D Consulting GmbH & Co KG
Kontaktadresse
Otto Glöckel Straße 2
A-8700 Leoben
Tel.: +43 (3842) 402 2700
Fax: +43 (3842) 402 2702
E-Mail: Ralf.Schledjewski@unileoben.ac.at