DE102011118296A1 - CFK-Formmasse für das SMC-Verfahren, Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats - Google Patents
CFK-Formmasse für das SMC-Verfahren, Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011118296A1 DE102011118296A1 DE201110118296 DE102011118296A DE102011118296A1 DE 102011118296 A1 DE102011118296 A1 DE 102011118296A1 DE 201110118296 DE201110118296 DE 201110118296 DE 102011118296 A DE102011118296 A DE 102011118296A DE 102011118296 A1 DE102011118296 A1 DE 102011118296A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- carbon fiber
- recyclate
- matrix material
- kfr
- fibers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/02—Separating plastics from other materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
- C08J11/04—Recovery or working-up of waste materials of polymers
- C08J11/10—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation
- C08J11/12—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by dry-heat treatment only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
- B29B2017/0424—Specific disintegrating techniques; devices therefor
- B29B2017/0496—Pyrolysing the materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2707/00—Use of elements other than metals for preformed parts, e.g. for inserts
- B29K2707/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
- C08J2300/24—Thermosetting resins
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats bereit. Das Verfahren umfasst die Schritte: Zerkleinern eines CFK-Materials, das Kohlenstofffaser-Bündel (KFB) in einem Matrixmaterial aufweist, in ein Rezyklat-Ausgangsmaterial, in dem von Matrixmaterial umgebene Kohlenstofffaser-Bündel-Abschnitte (BA) vorliegen. Dann Unterziehen des Rezyklat-Ausgangsmaterials einer Zersetzungsbehandlung des Matrixmaterials bis zu einem Grad, bei dem die Kohlenstofffasern der Bündel-Abschnitte (BA) gebunden bleiben und die Kohlenstofffasern (2) an einem Umfang der Bündel-Abschnitte (BA) im Wesentlichen frei liegen, und dabei Bilden des Kohlenstofffaser-Rezyklats (KFR). Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer CFK-SMC-Formmasse aus dem Kohlenstofffaser-Rezyklat (KFR) und die CFK-SMC-Formmasse selbst offenbart.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstofffaser-Rezyklats und ferner ein Verfahren zur Herstellung einer CFK-SMC-Formmasse (Kohlenfaserverstärkte Kunststoff-Sheet-Molding-Compound) hieraus. Weiter wird eine CFK-SMC-Formmasse offenbart.
- Das Recycling von Wertstoffen gewinnt angesichts knapper werdender Rohstoffe immer mehr an Bedeutung. So werden heute in vielen Bereichen unterschiedliche Materialien rezykliert, um daraus neue Gegenstände herzustellen, Auch das Recycling faserhaltiger Materialien, insbesondere faserverstärkter Kunststoffe, ist bekannt.
- So beschreibt
EP 0 407 925 B1 eine Recycling-Kunststoffmasse aus einem ungesättigten Polyesterharz und zerkleinertem Kunststoffabfall, der im Wesentlichen aus vernetztem Polyesterharz, Verstärkungsfasern und gegebenenfalls Füllstoffen besteht und mehr als 50 Gew.-% Faseranteil mit einer Länge von mehr als 0,5 mm enthält. Der Kunststoffabfall wird zunächst grob zerkleinert und dann so zerschlagen, dass einzelne Glasfasern herauspräpariert werden, wobei die Fasern noch weitgehend mit Kunststoff umhüllt sind. Die herauspräparierten Fasern liegen im Wesentlichen als längliche Faserbüschel vor, die durch den restlichen Kunststoff des ursprünglichen Bauteils zusammengehalten werden. Dem zerkleinerten Kunststoffabfall werden ungesättigte Polyesterharze zugesetzt. Der Recycling-Kunststoff-Formmasse können neben dem ungesättigten Polyesterharz und den zerkleinerten Kunststoffabfällen ferner inerte Füllstoffe sowie übliche Kunstharzadditive zugesetzt werden. -
EP 0 566 830 B1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, um eine duroplastische Pressmasse herzustellen, die ein zerkleinertes und damit streufähiges GFK-Rezyklat beinhaltet. In diesem Verfahren wird eine Harzpaste mit Eindickungsmittel vorvermischt und anschließend mit dem streufähigen GFK-Rezyklat auf der Basis von vernetztem faserverstärktem duroplastischem Kunststoff kontinuierlich durchmischt. Die Rezyklat-Harz-Masse wird anschließend bahnförmig ausgebracht. Bei dem Rezyklat handelt es sich um zerkleinerte Faser-Harz-Werkstoffe wie SMC-Matten (Prepregs), Premix-Pressmassen (BMC), Spritzgießmassen oder kontinuierlich imprägnierte Compounds, die durch definiertes Zerkleinern zu einem Granulat verarbeitet wurden. - Eine herkömmliche Faserverstärkung in SMC-Werkstoffen besteht aus Glasfaserbündeln, die mit einer Länge von 1,2 cm bis 2,5 cm in eine Matrix aus einem Harz und ggf. mineralischen Füllstoffen eingebettet werden. Diese Faserbündel werden während der Herstellung und Verarbeitung der SMC-Werkstoffe teilweise aufgelöst und normalerweise nicht vollständig imprägniert. Diese spezifische Einbettung der Faserbündel in die Matrix ergibt die charakteristischen Eigenschaften eines SMC-Materials.
- Versuche, Kohlenstofffasern anstelle von Glasfasern zur Verstärkung einzusetzen, führen regelmäßig zu abweichenden Faser-Matrix-Anordnungen, in denen die Faserbündel weitgehend aufgelöst sind und nahezu vollständig imprägniert werden. Da die weitgehend aufgelösten Kohlenstofffaser-Bündel eine geringe Eigensteifigkeit aufweisen, werden wichtige Parameter wie das Fließverhalten und der erreichbare Füllgrad der SMC-Werkstoffe nachteilig beeinflusst. Zudem ergeben sich im fertigen SMC-Bauteil wellige Anordnungen und Verwirbelungen der Fasern, was zumindest örtlich zu ungünstigen mechanischen Eigenschaften führt. Kohlenstofffaserverstärkte SMC Werkstoffe werden kommerziell angeboten, sind aber aufgrund der dargestellten Probleme sowie der hohen Preise für Kohlenstofffasern kostenintensiv.
- Um die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden und für kohlenstofffaserverstärkte SMC-Werkstoffe gleichartige Faser-Matrix-Anordnungen zu erzeugen wie für glasfaserverstärkte SMC-Werkstoffe, müssten die Kohlenstofffaser-Bündel mit einem geeigneten Binder versehen werden.
- Hieraus ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Kohlenstofffaser-Rezyklats bereitzustellen, das ein geeignetes Edukt für die Weiterverarbeitung zum SMC-Halbzeug ist.
- Weiter ergibt sich die Aufgabe der Herstellung einer CFK-Formmasse, die ebenfalls zur Fertigung von SMC-Halbzeugen und SMC-Bauteilen geeignet ist.
- Diese Aufgaben werden durch die Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
- Es ergibt sich ferner die Aufgabe, hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften verbesserte CFK-SMC-Formmassen zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit der CFK-SMC-Formmasse mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
- In einem ersten Aspekt umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstofffaser-Rezyklats die Schritte:
- – Zerkleinern eines CFK-Materials, das Kohlenstofffaser-Bündel in einem Matrixmaterial aufweist, in ein Rezyklat-Ausgangsmaterial, in dem von Matrixmaterial umgebene Kohlenstofffaser-Bündel-Abschnitte vorliegen,
- – Unterziehen des Rezyklat-Ausgangsmaterials einer Zersetzungsbehandlung des Matrixmaterials bis zu einem Grad, bei dem die Kohlenstofffasern der Bündel-Abschnitte gebunden bleiben und die Kohlenstofffasern an einem Umfang der Bündel-Abschnitte im Wesentlichen frei liegen, und dabei Bilden des partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats.
- Der hier verwendete Begriff ”Rezyklat-Ausgangsmaterial” meint ein Edukt aus in (Längs-) Abschnitte zerkleinerten Kohlenstofffaser-Bündeln, wobei quasi Faserabschnitte als geordnete Faserstücke die Bündel bilden und von Matrixmaterial und ggf. von Füllstoffen und andere Additiven umgeben sind. Das Rezyklat-Ausgangsmaterial dient der Herstellung des Zwischenprodukts ”Kohlenstofffaser-Rezyklat”, das seinerseits wieder ein Edukt für CFK-SMC-Formassen und SMC-Bauteile hieraus ist.
- Bei der Zersetzungsbehandlung kann es sich um eine thermische Behandlung handeln, bei der das Matrixmaterial zumindest teilweise in ein Verkohlungsprodukt überführt wird, das die Fasern der Bündel-Abschnitte gebunden hält. Die thermische Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher keine Pyrolyse im klassischen Sinne, sondern eine Karbonisierung der Kunststoffmatrix, bei der neben flüchtigen Kohlenwasserstoffen und anderen kohlenstoffhaltigen Gasen freier Kohlenstoff und das Verkohlungsprodukt entsteht. Dabei wird das Matrixmaterial um ein Bündel herum so weit zersetzt, dass sich gerade am Umfang des Bündels nach außen frei liegende Fasern befinden, während der ”Kern” des Bündels vom Verkohlungsprodukt gebunden bleibt. ”Verkohlungsprodukt” im Sinne der vorliegenden Erfindung meint, dass das Matrixmaterial so weit karbonisiert wird, dass die Eigenschaften des Matrixharzes nur noch so weit vorhanden sind, dass es weiter als Binder zwischen den Fasern wirkt.
- Die Partikel, die so erhalten werden, können pelletförmig sein, insbesondere zylindrisch pelletförmig. Die randständig vorliegenden freien Fasern prädestinieren dieses Kohlenstofffaser-Rezyklat zum Einsatz in CFK-SMC-Formmassen, da diese Fasern in der weiteren Verarbeitung die Aufnahme frischen Matrixmaterials unterstützen. Durch die erfindungsgemäße Zersetzungsbehandlung können bei entsprechender Wahl der Zersetzungsbedingungen etwa vorteilhaft zwei bis fünf freiliegende Faserlagen geschaffen werden.
- Um die Faserlagenzahl einzustellen, können die Bedingungen Temperatur, Druck und Dauer etwa bei der thermischen Zersetzung entsprechend eingestellt werden.
- Das Verkohlungsprodukt kann, gerade bei der thermischen Behandlung, vorteilhaft mikroporös sein, was ebenfalls bei der Weiterverarbeitung das Eindringen frischen oder ”reinen” Matrixmaterials bei der Herstellung der CFK-SMC-Formmasse fördert. Dies führt zu einer verbesserten Verbindung zwischen Matrix und Faserbündeln.
- Alternativ zur thermischen Zersetzungsbehandlung kann diese Zersetzungsbehandlung auch eine nasschemische oder eine Ätzbehandlung der oberflächennahen Matrixbestandteile der Bündel-Abschnitte sein. Auch hier kann die freiliegende Faserlagenzahl durch die Dauer der Behandlungszeit oder die Wahl der Chemikalie eingestellt werden.
- Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kohlenstofffaserbündel eine Breite von 1 mm bis 4 mm, eine Dicke von 0,1 mm bis 0,3 mm und eine Länge von 10 mm bis 30 mm haben. Dieses definierte Verhältnis von Breite zu Dicke zu Länge (es ergibt sich u. a. aus der Tex-Zahl der ursprünglich verwendeten CF-Rovings) dient dazu, einheitliche Verarbeitungsbedingungen und eine gleich bleibende Materialqualität sicherzustellen.
- In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer CFK-SMC-Formmasse. Es umfasst die Schritte:
- – Bereitstellen zumindest eines aushärtbaren Matrixmaterials, das flächig ausgebracht ist,
- – Zuführen eines Kohlenstofffaser-Rezyklats, das durch das hierin vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats erhältlich ist, in einer statistisch gleichmäßigen Verteilung zu dem flächig ausgebrachten Matrixmaterial, und Einbringen des Kohlenstofffaser-Rezyklats (KFR) in das Matrixmaterial, dabei Imprägnieren zumindest der freiliegenden Fasern am Umfang der Bundel-Abschnitte und Erhalten der CFK-SMC-Formmasse, wobei der Volumengehalt des Kohlenstofffaser-Rezyklats an der CFK-SMC-Formmasse bis zu 50% beträgt.
- Mit diesem Verfahren gelingt so die Herstellung einer CFK-SMC-Formmasse aus Rezyklatstoffen, wo andernfalls teure Rohstoffe eingesetzt werden müssten. Durch das Eindringen des Matrixharzes in die frei liegenden Fasern am Umfang der Bündel-Abschnitte und in das poröse Material, das die Bündel-Abschnitte zusammenhält, wird eine sehr gute Verbindung zwischen dem frischen Matrixmaterial und dem Kohlenstofffaser-Rezyklat erreicht und damit eine qualitativ hochwertige CFK-SMC-Formmasse mit hohem Anteil organisierter Fasern.
- Je höher der Volumengehalt der Faserbündel in der CFK-SMC-Formmasse ist, desto höhere Steifigkeitseigenschaften können später im daraus hergestellten SMC-Bauteil erzielt werden. Daher beträgt der Volumengehalt des Kohlenstofffaser-Rezyklats vorzugsweise bis zu 50%. Im Übrigen kann das Matrixharz ein schrumpfarmes Matrixharz sein. Abhängig von der Auswahl des schrumpfarmen Matrixharzes kann ggf. auf die Zugabe mineralischer Füllstoffe, die sonst die Schrumpfung beeinflussen, ganz verzichtet werden. Ferner können in dem Matrixharz ein Netzmittel und/oder Füllstoffe vorliegen. Die Benetzung der Faserbündel, bzw. der freiliegenden Einzelfasern kann durch den Einsatz eines geeigneten Netzmittels weiter verbessert werden. Insofern können die für die Herstellung von SMC-Werkstoffen relevanten Eigenschaften des Matrixharzes und der Formmasse eingehalten werden. Ebenso kann das Kohlenstofffaser-Rezyklat mit einem Reinharz vorimprägniert werden, was zu stabileren Bündeln führt.
- Zweckmäßig erfolgt das Zuführen des Kohlenstofffaser-Rezyklats mittels Dosier- und Verteilungseinrichtungen, insbesondere mittels einer Dosierbandwaage mit Rüttelsieb und Vibrationsvordosierung und einer nachgeschalteten Vibrationsrinne, so dass eine statistisch gleichmäßige Verteilung des Kohlenstofffaser-Rezyklats erreicht wird. Um ferner das Kohlenstofffaser-Rezyklat ausreichend in das Matrixmaterial einzubringen, kann eine Walze eingesetzt werden.
- Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine CFK-SMC-Formmasse, die ein Kohlenstofffaser-Rezyklat umfasst, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist. Sie enthält zumindest ein aushärtbares Matrixmaterial, das zumindest die freiliegenden Fasern am Umfang der Bündel-Abschnitte durchdringt. Der Volumengehalt des Kohlenstofffaser-Rezyklats an der CFK-SMC-Formmasse beträgt bis zu 50%.
- CFK-SMC-Formmassen werden zur Produktion von SMC-Werkstoffen eingesetzt, die, ebenso wie die damit erhaltenen Bauteile, leistungsfähiger sind. Ferner ergibt sich durch die Verwendung von Rezyklatmaterial eine deutliche Kostenreduzierung gegenüber dem Einsatz ”neuer” Faserwerkstoffe.
- Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 zeigt ein Verfahrensablaufschema. -
2 zeigt einen Querschnitt durch Pellets eines Kohlenstofffaser-Rezyklats. - Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats KFR wird ein CFK-Material zerkleinert, das als Abfall angefallen ist, beispielsweise als Verschnitt bei der Herstellung von CFK-Bauteilen, und das Kohlenstofffaser-Bündel KFB in einem Matrixmaterial aufweist. Durch dieses Zerkleinern entsteht ein Rezyklat-Ausgangsmaterial, in dem von Matrixmaterial umgebene Kohlenstofffaser-Bündel-Abschnitte BA vorliegen. Die Bündel-Abschnitte
1 , die im Produkt erhalten bleiben (siehe2 ) sollen eine Breite von 1 mm bis 4 mm, eine Dicke von 0,1 mm bis 0,3 mm und eine Länge von 10 mm bis 30 mm haben. - Dann wird das Rezyklat-Ausgangsmaterial einer Zersetzungsbehandlung unterzogen, wobei sich das Matrixmaterials bis zu einem Grad zersetzt, bei dem die Kohlenstofffasern der Bündel-Abschnitte BA gebunden bleiben und die Kohlenstofffasern
1 am Umfang der Bündel-Abschnitte BA außenseitig frei gelegt werden. So wird das Kohlenstofffaser-Rezyklat KFR erhalten. -
2 zeigt mikroporäses Matrixmaterial2 , das in dem Kohlenstofffaser-Rezyklat KFR nach einer thermischen Behandlung verbleibt, randständig freigelegte Fasern1 des Faserbündel-Abschnitts BA und die den Kern bildenden Fasern3 . Die Fasern1 ,3 in den Abschnitten BA sind im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet. Durch die unvollständige thermische Zersetzung verbleibt das Verkohlungsprodukt3 als Bindemittel zwischen den Kohlenstofffasern2 und bewirkt deren Zusammenhalt. - Das erhaltene Kohlenstofffaser-Rezyklat kann optional zunächst mit einem Reinharz vorimprägniert werden, bevor es in dem nächsten Schritt des Verfahrens mit einem Matrixharz imprägniert wird, das zusätzlich ein Netzmittel und ggf. Füllstoffe enthalten kann.
- Das Verfahrensablaufschema in
1 zeigt die wesentlichen Schritte bei der Herstellung einer CFK-SMC-Formmasse. - Hierzu wird zunächst ein aushärtbares Matrixmaterial flächig ausgebracht, beispielsweise durch ein Rakelverfahren auf ein Trägermaterial. Dem Matrixmaterial wird anschließend das Kohlenstofffaser-Rezyklats KFR mittels Dosier- und Verteilungseinrichtungen zugeführt, die insbesondere aus einer Dosierbandwaage mit Rüttelsieb und Vibrationsvordosierung und einer nachgeschalteten Vibrationsrinne bestehen können. Hierdurch wird eine statistisch gleichmäßige Verteilung des Rezyklats KFR auf dem Matrixmaterial sichergestellt. Im Gegensatz zu klassischen Verfahren, bei denen der Auftrag eines Matrixmaterials auf Verstärkungsfasern in gewöhnlicher Weise mit Rakelkästen erfolgt, wird in einem nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahren das Kohlenstofffaser-Rezyklats KFR in das Matrixmaterial eingebracht, beispielsweise indem es mittels einer Walze eingedrückt wird.
- Beim Einbringen werden zumindest die freiliegenden Fasern
1 am Umfang der Bündel-Abschnitte BA, vorzugsweise aber auch das mikroporöse Verkohlungsprodukt3 mit dem Matrixmaterial imprägniert. Abschließend wird eine CFK-SMC-Formmasse erhalten, deren Volumengehalt an Kohlenstofffaser-Rezyklats KFR bis zu 50% beträgt. - Die CFK-SMC-Formmasse kann von einem Fachmann mit bekannten Verfahren zu kohlenstofffaserverstärkten SMC-Bauteilen weiterverarbeitet werden.
- Falls es gewünscht ist, eine noch bessere Verbindung zwischen Faserbündeln aus dem Kohlenstofffaser-Rezyklat KFR und dem frisch hinzu gegebenen Matrixmaterial zu erzielen, kann das Kohlenstofffaser-Rezyklat KFR mit einem Reinharz, also einem füllstoff- und zusatzmittelfreien Matrixharz vorimprägniert sein. Dieses Matrixmaterial kann dasselbe sein wie das, in das das Kohlenstofffaser-Rezyklat KFR eingebettet wird.
- Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Kohlenstofffaser-Rezyklate können sowohl die technischen Eigenschaften eines kohlenstofffaser-verstärkten SMC-Materials verbessert, als auch die Materialkosten für die Verstärkungsfasern deutlich reduziert werden.
- Grundsätzlich sind auch andere, herkömmliche Verstärkungsfasern wie Glasfasern, Keramikfasern und Metallfasern erfindungsgemäß rezyklierbar.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0407925 B1 [0003]
- EP 0566830 B1 [0004]
Claims (10)
- Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstofffaser-Rezyklats, umfassend die Schritte: – Zerkleinern eines CFK-Materials, das Kohlenstofffaser-Bündel (KFB) in einem Matrixmaterial aufweist, in ein Rezyklat-Ausgangsmaterial, in dem von Matrixmaterial umgebene Kohlenstofffaser-Bündel-Abschnitte (BA) vorliegen, – Unterziehen des Rezyklat-Ausgangsmaterials einer Zersetzungsbehandlung des Matrixmaterials bis zu einem Grad, bei dem die Kohlenstofffasern der Bündel-Abschnitte (BA) gebunden bleiben und die Kohlenstofffasern (
1 ) an einem Umfang der Bündel-Abschnitte (BA) im Wesentlichen frei liegen, und dabei Bilden eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats (KFR). - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zersetzungsbehandlung eine thermische Behandlung ist und wobei das Matrixmaterial zumindest teilweise in ein Verkohlungsprodukt (
3 ) überführt wird, das die Fasern der Bündel-Abschnitte gebunden hält. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zersetzungsbehandlung eine nasschemische oder eine Ätzbehandlung der oberflächennahen Matrixbestandteile der Bündel-Abschnitte (BA) ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verkohlungsprodukt (
3 ) mikroporös ist und wobei insbesondere das partikuläre Kohlenstofffaser-Rezyklat (KFR) pelletförmig, insbesondere zylindrisch pelletförmig ist. - Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bündel-Abschnitte (
1 ) eine Breite von 1 mm bis 4 mm, eine Dicke von 0,1 mm bis 0,3 mm und eine Länge von 10 mm bis 30 mm haben. - Verfahren zur Herstellung einer CFK-Formmasse für das SMC-Verfahren, umfassend die Schritte: – Bereitstellen zumindest eines aushärtbaren Matrixmaterials, das flächig ausgebracht ist, – Zuführen eines Kohlenstofffaser-Rezyklats (KFR), das durch das Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 erhältlich ist, in einer statistisch gleichmäßigen Verteilung zu dem flächig ausgebrachten Matrixmaterial, und Einbringen des Kohlenstofffaser-Rezyklats (KFR) in das Matrixmaterial, dabei Imprägnieren zumindest der freiliegenden Fasern (
1 ) am Umfang der Bündel-Abschnitte (BA), dadurch Erhalten der CFK-Formmasse, wobei der Volumengehalt des Kohlenstofffaser-Rezyklats (KFR) an der CFK-Formmasse bis zu 50% beträgt. - Verfahren nach Anspruch 6, wobei beim Imprägnieren das Matrixmaterial das mikroporöse Verkohlungsprodukt (
3 ) zumindest teilweise durchdringt. - Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Zuführen des Kohlenstofffaser-Rezyklats (KFR) mittels Dosier- und Verteilungseinrichtungen erfolgt, insbesondere mittels einer Dosierbandwaage mit Rüttelsieb und Vibrationsvordosierung und einer nachgeschalteten Vibrationsrinne.
- Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Einbringen des Kohlenstofffaser-Rezyklats (KFR) mittels einer Walze erfolgt.
- CFK-Formmasse für des SMC-Verfahren, erhältlich durch das Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die CFK-Formmasse ein Kohlenstofffaser-Rezyklat (KFR) umfasst, das durch das Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 erhältlich ist und zumindest ein aushärtbares Matrixmaterial umfasst, das zumindest die freiliegenden Fasern (
1 ) am Umfang der Bündel-Abschnitte (BA) durchdringt, wobei der Volumengehalt des Kohlenstofffaser-Rezyklats an der CFK-Formmasse bis zu 50% beträgt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201110118296 DE102011118296A1 (de) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | CFK-Formmasse für das SMC-Verfahren, Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201110118296 DE102011118296A1 (de) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | CFK-Formmasse für das SMC-Verfahren, Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102011118296A1 true DE102011118296A1 (de) | 2012-10-31 |
Family
ID=47007807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE201110118296 Ceased DE102011118296A1 (de) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | CFK-Formmasse für das SMC-Verfahren, Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102011118296A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3626769A4 (de) * | 2017-05-17 | 2020-05-27 | Shinryo Corporation | Verfahren zur herstellung von regenerierten kohlenstofffaserbündeln, regenerierten kohlenstofffasern und regenerierten kohlenstoffkurzfasern, vorrichtung zur herstellung von regenerierten kohlenstofffaserbündeln, verfahren zur herstellung von kohlenstofffaserverstärktem harz und regenerierte kohlenstofffaserbündel |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0407925B1 (de) | 1989-07-11 | 1993-11-10 | BASF Aktiengesellschaft | Recycling-Kunststofformmasse |
| EP0566830B1 (de) | 1992-02-20 | 1998-04-29 | ERCOM COMPOSITE RECYCLING GmbH KUNSTSTOFFAUFBEREITUNG | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer duroplastischen Pressmasse aus Faser-Harz-Werkstoff, insbesondere einer SMC-Matte (Prepreg) |
| DE10026761C1 (de) * | 2000-05-30 | 2002-01-10 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Wiederverwertung von Faserverbundwerkstoffen |
| DE102008002846A1 (de) * | 2008-05-08 | 2009-12-03 | Cfk Valley Stade Recycling Gmbh & Co. Kg | Abfallaufbereitungsverfahren und Anordnung dazu |
| JP2011122032A (ja) * | 2009-12-09 | 2011-06-23 | Japan Fine Ceramics Center | 炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法 |
-
2011
- 2011-11-10 DE DE201110118296 patent/DE102011118296A1/de not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0407925B1 (de) | 1989-07-11 | 1993-11-10 | BASF Aktiengesellschaft | Recycling-Kunststofformmasse |
| EP0566830B1 (de) | 1992-02-20 | 1998-04-29 | ERCOM COMPOSITE RECYCLING GmbH KUNSTSTOFFAUFBEREITUNG | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer duroplastischen Pressmasse aus Faser-Harz-Werkstoff, insbesondere einer SMC-Matte (Prepreg) |
| DE10026761C1 (de) * | 2000-05-30 | 2002-01-10 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Wiederverwertung von Faserverbundwerkstoffen |
| DE102008002846A1 (de) * | 2008-05-08 | 2009-12-03 | Cfk Valley Stade Recycling Gmbh & Co. Kg | Abfallaufbereitungsverfahren und Anordnung dazu |
| JP2011122032A (ja) * | 2009-12-09 | 2011-06-23 | Japan Fine Ceramics Center | 炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP 2011 122 032 A, englische Maschinenübersetzung aus AIPN |
| JP 2011122032 A, englische Maschinenübersetzung aus AIPN * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3626769A4 (de) * | 2017-05-17 | 2020-05-27 | Shinryo Corporation | Verfahren zur herstellung von regenerierten kohlenstofffaserbündeln, regenerierten kohlenstofffasern und regenerierten kohlenstoffkurzfasern, vorrichtung zur herstellung von regenerierten kohlenstofffaserbündeln, verfahren zur herstellung von kohlenstofffaserverstärktem harz und regenerierte kohlenstofffaserbündel |
| US11359060B2 (en) | 2017-05-17 | 2022-06-14 | Shinryo Corporation | Method of producing reclaimed carbon fiber bundles, reclaimed carbon fibers, or reclaimed milled carbon fibers, device for producing reclaimed carbon fiber bundles, method of producing carbon fiber reinforced resin, and reclaimed carbon fiber bundles |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2282879B1 (de) | Abfallaufbereitungsverfahren und anordnung dazu | |
| EP3065936B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines halbzeugs zur verarbeitung zu einem cfk-bauteil aus kohlefaserabfällen | |
| DE102010008349A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Pellets aus Faserverbundwerkstoffen | |
| DE102010008370A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Halbzeugs aus Faserverbundwerkstoff | |
| DE102011115966B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer CFK-Formmasse und Verfahren zur Herstellung eines partikulärenKohlenstofffaser-Rezyklats | |
| DE102010042349B4 (de) | Textiles Halbzeug, insbesondere Prepreg, auf Basis von aus Recyclingfasern zusammengesetztem Carbonfaservlies, Verfahren zur Herstellung und Verwendung des textilen Halbzeugs sowie Carbonfaserverstärkter Verbundwerkstoff | |
| DE102011081263A1 (de) | Verfestigte Faserbündel | |
| DE102008048334A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von einem faserverstärkten Verbundwerkstoff | |
| DE102015115974A1 (de) | Herstellungsverfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzformteils | |
| DE102011079525A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunstststoffhalbzeugs | |
| WO2018206788A1 (de) | Verfahren zur wiederaufbereitung von faserverbundwerkstoffen | |
| DE102011109724A1 (de) | Faserverstärktes Kunststoffverbundbauteil, Faser-Matrix-Halbzeug und Herstellungsverfahren | |
| EP3245048B1 (de) | 3-dimensionales hochfestes faserverbundbauteil und verfahren zu seiner herstellung | |
| DE102015014752A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils und Faserverbundwerkstoff-Bauteil | |
| EP2886693B1 (de) | Vliesstoff aus Carbonfasern und thermoplastischen Fasern | |
| DE102013222403B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Innenverkleidungsbauteils | |
| DE102011118296A1 (de) | CFK-Formmasse für das SMC-Verfahren, Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines partikulären Kohlenstofffaser-Rezyklats | |
| DE102007042287B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils | |
| DE102010042282A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte, insbesondere für die Bau- oder Möbelindustrie, und eine solche Faserplatte | |
| EP2842727B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines faserverstärktes Verbundbauteils | |
| EP2860026B1 (de) | Polymerverbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE102011117943A1 (de) | Faserverstärktes Kunststoffverbundbauteil, Faser-Matrix-Halbzeug und Herstellungsverfahren | |
| DE102017110282A1 (de) | Baustoff | |
| EP3049231A1 (de) | Verfahren zur verwendung von zuschnittsresten von faserstrukturen | |
| EP1988068B1 (de) | Verfahren zur herstellung von mit fasern verstärkten formkörpern |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R230 | Request for early publication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20130125 |