Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer wirtschaftlichen und industriellen Prozesskette zur Fertigung von neuartigen hochorientierten Tapes aus recycelten Carbonstapelfasern (rCF) in reproduzierbarer Qualit\u00e4t f\u00fcr lasttragende Compositebauteile. Dazu soll zuerst die Technologie von der Faseraufbereitung bis zur Tapefertigung im Laborma\u00dfstab entwickelt werden, um den Nachweis einer grunds\u00e4tzlichen Umsetzbarkeit zu erbringen. Anschlie\u00dfend soll die erprobte Prozesskette in den industriellen Ma\u00dfstab \u00fcberf\u00fchrt und in die bestehende Maschinentechnik integriert werden.
\nDer Anlass des Vorhabens ist, dass durch den zunehmenden Einsatz von Carbonfasern (CF) f\u00fcr Leichtbauanwendungen die Problematik der Entsorgung bzw. der ressourceneffizienten sinnvollen Wiederverwertung dieses hochwertigen Materials in den Vordergrund r\u00fcckt. Um die maximalen Eigenschaften von CF auszusch\u00f6pfen, soll ein neuer Ansatz der Entwicklung von Tapes aus rCF mit h\u00f6chster Ressourceneffizienz f\u00fcr technische Anwendungen umgesetzt werden. Die zu entwickelnden unidirektional verst\u00e4rkten (UD)-Tapes erweisen sich aufgrund ihrer zahlreichen Vorz\u00fcge gegen\u00fcber bisherigen CFK-Fertigungsverfahren f\u00fcr die Massenherstellung von CFK-Bauteilen als sehr zukunftsf\u00e4hig.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1:\tPr\u00e4zisierung der Anforderungen; Auswahl der Fasermaterialien und Festlegung der Tapestruktur \t(Neuhof\/ITM)
\n2:\tWeiterentwicklung der rCF-Krempel und Krempelbandherstellung (ITM)
\n3:\tWeiterentwicklung der Reguliereinheit der Strecke und Herstellung der Streckenb\u00e4nder (Neuhof\/ITM\/ Rieter)
\n4:\tUmsetzung der rCF-Tapes im Laborma\u00dfstab (ITM)
\n5:\tTransfer der Technologie zur Tapeherstellung vom Laborma\u00dfstab in den Industriema\u00dfstab (Neuhof, ITM, Rieter)
\n6:\tErprobung und Weiterentwicklung der Tapefertigungsanlage zur kontinuierlichen rCF-Tapeherstellung (Neuhof, ITM)
\n7:\tCharakterisierung der Fasern, B\u00e4nder und rCF-Tapestrukturen (ITM)
\n8:\tHerstellung eines geometrisch komplexen CFK-BauteilDemonstrators aus den entwickelten rCF-Tapes durch Thermopressen (Neuhof\/ITM)
\n9:\t\u00d6konomisch\/\u00f6kologische Bewertung bzw. Bilanzierung (Neuhof\/ITM)
\n10:\tBerichterstattung (Neuhof\/ITM)<\/p>\n
Es wurden folgende Methoden zur Bearbeitung des Projektes hinsichtlich des Einflusses auf die \tCarbonfaserverarbeitung bzw. Fasereink\u00fcrzung angewandt.
\nV1.\tEinfluss der Geschwindigkeit der Einzugswalzen, des Vorrei\u00dfers, des Tambours und des Abneh\tmers sowie der Arbeiter-Wender-Paare der Spezialkrempelanlage
\nV2: \tEinfluss der Abst\u00e4nde der Einzugswalzen, des Vorrei\u00dfers, des Tambours und des Abnehmers sowie der Arbeiter-Wender-Paare der Spezialkrempelanlage
\nV3:\tEinfluss der Abzugsgeschwindigkeit, der Abtastwalzenbelastung, des Abstandes der Abtastrolle und der Einlaufbandfeinheit der Spezialstreckenanlage auf die Regulierung
\nV4:\tEinfluss der Abzugsgeschwindigkeit, der Walzenbelastung, der Oberwalzen- und der Unterwalzenh\u00e4rte und der Walzenoberfl\u00e4chenbeschaffenheit, des Abstandes der Walzen, des Verzuges sowie der Einlaufbandfeinheit der Regulierstrecke
\nV5:\tEinfluss der Faserl\u00e4nge und des Carbonfaservolumenanteils
\nV6:\tUntersuchung der Impr\u00e4gnierung und Thermostabilisierung bei unterschiedlichen Auftragsmenge und Temperatur
\nV7:\tEntwicklung der UD-rCF-Tapefertigungsanlage
\nV8:\tFertigung von rCF-Tapes bei unterschiedlichen Parametern und darauf basierten Verbundpr\u00fcfk\u00f6rper
\nV9:\tCharakterisierung der Fasern, B\u00e4nder, rCF-Tapestrukturen und rCF-UD-Verbundplatten <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Das Kick-off-Meeting am 18.07.2018 und weitere Meetings am 11.11.2018, 29.04.2019, 29.10.2019, 20.02.2020, 17.06.2020, 12.10.2020 und 9.11.2020 haben in Dresden und Neuhof unter Beteiligung al-ler Projektpartner stattgefunden. Dabei wurden Anforderungen an rCF und thermoplastische Fasern de-finiert und festgelegt:
\n\u0095\tZur Realisierung eines breiten Anwendungsspektrums wurden alle Arten von rCF ber\u00fccksichtigt – Auswahl des rCF-Typs (rCF Typ I bestehen aus Restspulen und Verschnitt, rCF Typ II bestehen aus impr\u00e4gnierten Strukturen und rCF Typ III bestehen aus End-of-Life-CFK-Bauteilen)
\n\u0095\tDie PA 6 Faser wurde aufgrund ihrer geringen Viskosit\u00e4t w\u00e4hrend der Konsolidierung, ihres geringen Schrumpfes und ihrer guten thermischen Eigenschaften als thermoplastische Faser definiert. Basierend auf der Literatur und der Meinung von Industrieexperten wurde eine einheitliche Faserl\u00e4nge von 40 mm und 60 mm f\u00fcr alle Untersuchungen ausgew\u00e4hlt.
\n\u0095\tZur Erreichung der maximalen Verbundeigenschaften werden die Faservolumenanteile rCF\/PA 6 wie folgt variiert: 45 %\/55%; 50 %\/50%; 55 %\/45%; 60 %\/40%; 65 %\/35 %
\n\u0095\trCF-Tapebreite 100 mm
\n\u0095\trCF-Tapedicke 0,3: 0,7: 1,0 mm
\n\u0095\tDemonstratorbauteil: Fahrradsattel<\/p>\n
Dar\u00fcber hinaus wurden weitere folgende Punkte festgelegt:
\n\u0095\tUm eine gezielte Qualit\u00e4tssicherung, Analyse der Einflussparameter w\u00e4hrend des Krempel- und Verstreckungsprozesses sowie die Wechselwirkung bzw. Zusammenh\u00e4nge der verschiedenen Faktoren zu untersuchen, soll zun\u00e4chst mit dem rCF-Typ I mit einer definierten einheitlichen Faserl\u00e4nge von 80 mm sowie mit einem definierten Faservolumenanteil von 50 % bei unterschiedlichen technologischen und maschinentechnischen Parametern die Fasersch\u00e4digung im Krempelprozess bewertet und darauf basierend die Speziallaborkrempelanlage gezielt modi-fiziert und optimiert werden.
\n\u0095\tBasierend auf den optimalen technologischen und maschinentechnischen Einstellparametern werden die verschiedenen Krempelb\u00e4nder aus rCF-Typ I mit einer definierten Faserl\u00e4nge von 40 mm, 60 mm, 80 mm und 100 mm sowie Faservolumenanteil von 45 %, 50 %, 55 %, 60 % und 65 % entwickelt.
\n\u0095\tAus den entwickelten Krempelb\u00e4ndern, Streckenb\u00e4ndern und Tapes werden UD Verbundk\u00f6r-pern gefertigt und hinsichtlich mechanischer Eigenschaften charakterisiert. Auf Basis dieser Ergebnisse wird eine Vorzugsvariante der Tapestruktur mit entsprechender Faserl\u00e4nge und ent-sprechendem Faservolumenanteil festgelegt. Mit diesen Parametern sollen die Krempelb\u00e4nder, Streckenb\u00e4nder und Tapes aus den rCF-Typ II und III entwickelt, charakterisiert und f\u00fcr die weitere Verarbeitung herangezogen werden. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Liste der bisherigen Vortr\u00e4ge und Ver\u00f6ffentlichungen ist nachfolgend aufgef\u00fchrt:
\n[1]\tKhurshid M.F., Hasan M. M. B., Abdkader A. and Cherif C. Processing of waste carbon and polyamide fibers for high-performance thermoplastic composites: A novel technology for the manufac-turing of unidirectional tapes structure (Under Review). Journal of Industrial Textile, (eingereicht und akzeptiert)
\n[2]\tKhurshid M.F., Hasan M. M. B., Hoebel S., Abdkader A. and Cherif C. Uni-Directional tape struc-ture consisting of recycled carbon fibre and polyamide 6 fibres for high performance thermoplastic composites (2021). In: 20th World textile conference Autex (2021), Guimar\u00e3es, Portugal, pp.205\u0096206, ID 130
\n[3]\tKhurshid, M. F., Hengstermann, M., Badrul Hasan, M. M., Abdkader, A., & Cherif, C. Recent de-velopments in the processing of waste carbon fiber for thermoplastic composites \u0096 A review. Journal of Composite Materials, 2020; 54(14): 1925-1944
\n[4]\tKhurshid M.F., Abdkader A and Cherif C. Processing of waste carbon and polyamide fibres for high performance thermoplastic composites: Influence of carding parameters on fibre orientation, fibre length and sliver cohesion force. Journal of the Textile Institute. 2020; 111(9) : 1277-1187
\n[5]\tKhurshid M.F., Abdkader A and Cherif C. (2020). Processing of waste carbon and polyamide fibers for high performance thermoplastic composites: Modifications to the auto leveling system to enhance the quality of hybrid drawn sliver. Journal of Industrial Textile. https:\/\/doi.org\/10.1177\/1528083720913530 (Online)
\n[6]\tKhurshid MF, Abdkader A and Cherif C. Process development for Uni-Directional tape structure based on recycled carbon fibre and thermoplastic fibres for fibre-reinforced plastics. In: 19th World textile conference on textiles at the crossroads. 2019, Ghent, Belgium, pp.1\u00966 (5A1_0483) (https:\/\/ojs.ugent.be\/autex\/article\/view\/11656)
\n[7]\tKhurshid, M. F., Abdkader, A., Hasan, MMB Cherif, Ch: Uni-Directional tape structure consisting of recycled carbon fibre and polyamide 6 fibres for high performance thermoplastic composites. In: Renewable sources for advanced fibres and materials, Autex Conference, Guimar\u00e3es, Portugal, September 6-9, 2021
\n[8]\tKhurshid, M. F., Abdkader, A., Cherif, Ch.: An innovative tape structure for the development of recycle carbon fibre reinforced thermoplastics. In: Digital Conference in the context of the master’s degree program in textile and clothing technology, Alumni Conference, Dresden, July 2-3, 2021
\n[9]\tKhurshid, M. F., Abdkader, A., Hasan, MMB Cherif, Ch.: Novel tape structures based on recycle carbon and polyamide fibers for high performance fiber reinforced plastics, In: 4th European industry and Research exchange on technical textile, Future techniques and challenges for Recycling, Frankfurt, 11-12 March, 2021.
\n[10]\tAbdkader, A., Khurshid, M. F., Sauer, P., Cherif, Ch.: Entwicklung einer industriellen Prozesskette zur Herstellung von nachhaltigen UD-Tapes aus recycelten Carbon stapel Fasern und Thermoplast fasern f\u00fcr die kosteng\u00fcnstigen Ressourcen effiziente Massenfertigung von Verbundbauteilen, In: Aufbereitung und Verwertung Carbon faserhaltiger Abf\u00e4lle Fachaustausch, Dessau-Ro\u00dflau, Deutschland, 20 September, 2019
\n[11]\tKhurshid, M. F., Abdkader, A., Cherif, Ch.: Process Development for Uni Directional tape structure based on recycled carbon and thermoplastic fibres for fibre-reinforced plastics. In: Recycling, Life cycle analysis, sustainability and circularity, Autex Conference, Ghent, June 11-15, 2019
\n[12]\tKhurshid, M. F., Abdkader, A., Cherif, Ch., :Development of an Industrial Process Line for the Production of UD tapes based on recycled carbon staple fibers (rCF) and thermoplastic fibers\u0092\u0092 In: Towards Sustainability Forum, Techtextil, Frankfurt, May 14-17, 2019<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des Vorhabens wurde die gesamte Prozesskette der industriellen Herstellung von neuartigen, \u00f6kologischen und \u00f6konomischen UD-rCF-Tapes entwickelt. Diese umfasst die Faseraufbereitung, den Krempelprozess zur Krempelbandbildung, den Streckprozess zur Streckenbandbildung sowie die abschlie\u00dfende Fertigung des UD-rCF-Tapes aus rCF und Thermoplastfasern in einer modifizierten Hochleistungsstrecke.
\nAnhand des entwickelten, neuartigen Herstellungsprozesses wird aus der gesamten Prozesskette eine \u00f6konomische Analyse zur Wirtschaftlichkeit des entwickelten Tapes erstellt. Parallel erfolgt eine \u00f6ko-logische Bewertung der hergestellten rCF-Tapes. Durch die Prozessentwicklung wird zum einen eine hohe \u00f6kologische und \u00f6konomische Nachhaltigkeit der Produktion von Carbonfaser-Halbzeugen, zum anderen eine hohe Ressourceneffizienz durch exzellente Verbundeigenschaften erreicht.
\nDamit diese entwickelte Technologie zur Umsetzung der rCF-Tapes in breitem Spektrum in die Indust-rie transferiert werden kann, soll im n\u00e4chsten Schritt auf Basis der erprobten Pilottapefertigungsanlage in Zusammenarbeit mit Textilmaschinenbauern eine Serienanlage realisiert werden.
\nDie entwickelten rCF-Tapes und Fertigungstechnologie und die daraus hergestellten CFK-Bauteile leis-ten somit einen sehr hohen Beitrag zum Umweltschutz, zur Ressourcenschonung und zur Nachhaltig-keit. Die CF-Abf\u00e4lle werden zweckm\u00e4\u00dfig wieder in den Wertstoffkreislauf eingesetzt, wodurch die Rohstoff- und Materialeffizienz deutlich gesteigert werden. Das verringert den Einsatz der f\u00fcr die CF-Fertigung notwendigen fossilen Rohstoffe (PAN auf Basis von Erd\u00f6l).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer wirtschaftlichen und industriellen Prozesskette zur Fertigung von neuartigen hochorientierten Tapes aus recycelten Carbonstapelfasern (rCF) in reproduzierbarer Qualit\u00e4t f\u00fcr lasttragende Compositebauteile. Dazu soll zuerst die Technologie von der Faseraufbereitung bis zur Tapefertigung im Laborma\u00dfstab entwickelt werden, um den Nachweis einer grunds\u00e4tzlichen Umsetzbarkeit zu […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[51,68,2423,53],"class_list":["post-26826","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-ressourcenschonung","tag-sachsen","tag-umweltkommunikation","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"33809\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"","dbu_projektdatenbank_bsumme":"371.824,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Die Spinnerei Neuhof GmbH & Co. KG","dbu_projektdatenbank_strasse":"Dr.-Enders-Str. 59","dbu_projektdatenbank_plz_str":"95030","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Hof","dbu_projektdatenbank_p_von":"2018-07-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2021-09-30 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"3 Jahre und 3 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"092816030","dbu_projektdatenbank_inet":"www.spinnerei-neuhof.de","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Sachsen","dbu_projektdatenbank_foerderber":"150","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-33809_01-Hauptbericht.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26826","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26826\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":43524,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26826\/revisions\/43524"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26826"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=26826"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=26826"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}