Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Rahmen des Forschungsprojekts wird eine Methode entwickelt, die eine Qualit\u00e4tssicherung des Recyclingmaterials aus glasfasergef\u00fcllten PA6- und PA66-Granulaten aus dem Automobilsektor gew\u00e4hrleistet, ohne eine sortenreine Trennung der Materialien vorauszusetzen. Das Projekt unterscheidet sich somit von konventionellen Recyclingverfahren, bei denen eine sortenreine Trennung der Polymere gew\u00e4hrleistet werden muss. Die Herausforderung beim Recycling von Polyamiden liegt prim\u00e4r in der fehlenden Technologie zur Trennung unterschiedlicher Polyamid-Typen. Aufgrund chemischer Analogien sowie abweichender thermischer, mechanischer und rheologischer Eigenschaften k\u00f6nnen diese mit standardm\u00e4\u00dfig verwendeten Sortierverfahren nicht effizient differenziert werden.
\nDie Reproduzierbarkeit der Mischbarkeit unterschiedlicher Polyamide zielt auf die Produktion eines verkaufsf\u00e4higen Mischgranulats und die Schlie\u00dfung des Recyclingkreislaufs ab. Das \u00fcbergeordnete Ziel ist die Schonung von Ressourcen, insbesondere durch die Wiederaufbereitung energieintensiver Polymere. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn diesem Projekt wurden die Arbeitsschritte und angewandten Methoden zur Entwicklung eines verkaufsf\u00e4higen Recycling-Misch-Polyamidgranulats detailliert dargestellt.
\nBeschaffung:
\nIn einem ersten Schritt wurden die Eingangsmaterialien beschafft und charakterisiert. Dazu wurden Polyamidabf\u00e4lle beschafft und einer Reihe von Analysen unterzogen, darunter Feuchtemessungen, thermogravimetrische Analyse (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) sowie die Ermittlung der Flie\u00dfeigenschaften durch MFI-Messungen und die Bestimmung der Viskosit\u00e4tszahlen (VZ).
\nZerkleinerung:
\nDie Bauteile wurden in einem ersten Zerkleinerungsschritt mit einer Schneidm\u00fchle zu einer einheitlichen Korngr\u00f6\u00dfe von 6-8 mm zerkleinert. In einem weiteren Schritt wurden Teile der Abfallchargen f\u00fcr die Weiterverarbeitung im Extruder zu einer maximalen Granulatgr\u00f6\u00dfe von 4 mm zerkleinert. <\/p>\n
Entwicklung von Polymerblends:
\nDie Auswirkungen von Verunreinigungen durch Fremdpolymere wurden anhand der Materialien PA6 und PA66 in den Zusammensetzungen 90\/10 %, 80\/20 % und 70\/30 % untersucht. Dazu wurden die Materialien jeweils mit einem Kettenverl\u00e4ngerer mit einem Anteil von 1 %, einem Schlagz\u00e4hmodifikator mit einem Anteil von 6 % und ohne Additivzugabe extrudiert. Des Weiteren wurden die Grundmaterialien PA6 und PA66 mit beiden Additiven aufbereitet. Die Charakterisierung aller Chargen erfolgte gem\u00e4\u00df dem Vorgehen der Eingangsuntersuchungen. <\/p>\n
Qualifizierungs- und Aufbereitungsverfahrens:
\nZur effizienten Charakterisierung und gegebenenfalls Aufbereitung der Eingangsmaterialien wurde ein Konzept entwickelt, welches den Umgang mit den genannten Materialien regelt. Zu diesem Zweck werden die Eingangsmaterialien, welche unbekannte PA6- und PA66-Anteile aufweisen, geschreddert. Stichprobenartig werden MFI-Messungen durchgef\u00fchrt, um einen Eindruck des Flie\u00dfverhaltens zu bekommen und gegebenenfalls zu additivieren. Um die Anteile beider Materialien abzusch\u00e4tzen, werden die im MFI aufgeschmolzenen Materialien mittels DSC charakterisiert. Anschlie\u00dfend kann \u00fcber die Ergebnisse die Notwendigkeit einer Additivierung abgesch\u00e4tzt werden. Zudem werden Empfehlungen bez\u00fcglich geeigneter Schwei\u00dfverfahren und Parametrisierungen abgegeben. <\/p>\n
Charakterisierung:
\nIm Rahmen der Qualit\u00e4tssicherung wurden aus den hergestellten Chargen Pr\u00fcfk\u00f6rper angefertigt, um die mechanischen Eigenschaften zu untersuchen und Schwei\u00dfversuche mit unterschiedlichen Verfahren durchzuf\u00fchren. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen dienen der Erstellung eines Materialdatenblatts sowie dem Abgleich der Mindestanforderungen an das Produkt. <\/p>\n
Schwei\u00dfversuche:
\nErg\u00e4nzend zu den mechanischen Untersuchungen wurden Schwei\u00dfversuche durchgef\u00fchrt, um repr\u00e4sentative Aussagen \u00fcber die Schwei\u00dfbarkeit der Chargen zu treffen und eine Empfehlung zur Parametrisierung abzuleiten. Dazu wurden Pr\u00fcfk\u00f6rper mittels Heizelement-, Infrarot- und Ultraschallschwei\u00dfen gef\u00fcgt. F\u00fcr alle Schwei\u00dfverfahren wurden mehrere Parameter gew\u00e4hlt, um eine fundierte Handlungsempfehlung zu erm\u00f6glichen. <\/p>\n
Schwei\u00dfrichtlinie\/ -empfehlung & Materialdatenblatt:
\nUm potenziellen Anwendern des Mischgranulats den Umstieg auf das neue Material zu erleichtern, wird eine Schwei\u00dfempfehlung f\u00fcr unterschiedliche Schwei\u00dfverfahren erstellt.
\nDie Schwei\u00dfempfehlung umfasst die untersuchten Verfahren sowie Empfehlungen zur Parametrierung der einzelnen Chargen. Dar\u00fcber hinaus werden in der Schwei\u00dfempfehlung die verwendeten Materialien, Materialzusammensetzungen und Additive aufgef\u00fchrt.
\nDas Materialdatenblatt bietet dem Kunden einen \u00dcberblick \u00fcber die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Recyclingmaterials, wodurch eine Orientierung zur Bauteilherstellung erm\u00f6glicht wird. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Beschaffung:
\nDie Auswahl der Materialien erfolgte auf Basis der mengenm\u00e4\u00dfig am st\u00e4rksten anfallenden Kunststoffabf\u00e4lle, welche \u00fcberwiegend aus dem Automobilsektor stammen. Im Rahmen des Projektes wurde daher der Fokus auf glasfaserverst\u00e4rktes PA6 und PA66 gelegt. <\/p>\n
Entwicklung von Polymerblends:
\nDie Herstellung von Polymerblends mit unterschiedlichen Mischungsverh\u00e4ltnissen und Aufbereitungsformen bildete die Grundlage f\u00fcr die nachfolgenden Untersuchungen. Ein weiteres wesentliches Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines nicht sortenreinen Recyclingmaterials, um den derzeit noch nicht effizient funktionierenden Prozess zur Trennung von Polymertypen, insbesondere von Polyamiden, zu umgehen. Die gemeinsame Verarbeitung im Extruder sowie die Zugabe zweier ausgew\u00e4hlter Additive konnten ohne Schwierigkeiten durchgef\u00fchrt werden. Die Mischbarkeit von PA6 und PA66 konnte bis zu einem Mischungsverh\u00e4ltnis von 70\/30 erfolgreich durchgef\u00fchrt und untersucht werden. <\/p>\n
Qualifizierungs- und Aufbereitungsverfahrens:
\nDie Eingangscharakterisierung und Auswahl geeigneter Aufbereitungsformen zur Verbesserung der Materialeigenschaften und Einhaltung der Mindestanforderungen, erfolgt auf Grundlage der im Projekt durchgef\u00fchrten Charakterisierungsverfahren des Materials. Die stichprobenartigen Untersuchungen geben Aufschluss \u00fcber die Materialzusammensetzung und den Alterungszustand, sodass eine chargenspezifische Aufbereitung zur Erzeugung einheitlicher Eigenschaften und eine Parametertendenz f\u00fcr geeignete F\u00fcgeverfahren empfohlen werden kann. <\/p>\n
Charakterisierung:
\nDie mechanische Charakterisierung der Mischcompounds aus PA6 und PA66 hat ergeben, dass die Zugfestigkeit im Vergleich zum Grundmaterial PA6 um etwa 10 MPa abgesunken ist. Dieser Wert bleibt jedoch \u00fcber die Mischungen hinweg konstant. Hinsichtlich der Bruchdehnung weisen die Mischungen einen leicht h\u00f6heren Wert auf als die beiden Grundmaterialien. Bis zu einem Mischungsverh\u00e4ltnis von 30 % ist kein Einfluss der H\u00f6he des PA66-Anteils in den Mischmaterialien erkennbar. Die Zugabe eines Kettenverl\u00e4ngerers f\u00fchrt zu keiner signifikanten Verbesserung der Kurzzeitzugfestigkeit. Allerdings konnte eine leichte Verbesserung der Bruchdehnung bei den Mischungen beobachtet werden. Beim reinen PA66 ist ein eindeutiger Anstieg der Bruchdehnung zu verzeichnen. Die Zugabe des Kerbschlagmodifikators resultierte bei allen Materialien in einem erwartbaren Abfall der Zugfestigkeit und einem Anstieg der Bruchdehnung mit steigendem PA66-Anteil. <\/p>\n
Die Untersuchungen der Kerbschlagarbeit haben keinen Einfluss der Mischungsverh\u00e4ltnisse nachweisen k\u00f6nnen. Auch der Einsatz eines Kettenverl\u00e4ngerers f\u00fchrte zu keiner signifikanten Ver\u00e4nderung der Kerbschlagarbeit. Lediglich die Zugabe eines Schlagz\u00e4hmodifikators resultiert in einer Verbesserung der Kerbschlagz\u00e4higkeit der Mischmaterialien. <\/p>\n
Die Untersuchungen der Viskosit\u00e4t haben einen Anstieg des MFI durch die Verunreinigung des PA6 mit PA66 aufgezeigt. Die Zugabe eines Kettenverl\u00e4ngerers und eines Kerbschlagmodifikators konnte dieser Entwicklung jedoch entgegenwirken. Lediglich beim reinen PA66 konnte keine Verringerung des MFI durch die Zugabe des Kettenverl\u00e4ngerers erzeugt werden. Es konnte festgestellt werden, dass die Materialmischungen mit einem PA66-Anteil zwischen 10 % und 30 % eine hohe Stabilit\u00e4t der Eigenschaften aufweisen, sodass das Mischungsverh\u00e4ltnis keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse hatte. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es ist geplant die Ergebnisse auf der Technomer 2025, einer Fachtagung \u00fcber Verarbeitung und Anwendung von Polymeren an der Technischen Universit\u00e4t Chemnitz zu ver\u00f6ffentlichen. Weiterhin wird der Wissenstransfer in Form von Konferenzbeitr\u00e4gen. <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des zweij\u00e4hrigen Projekts konnten die Auswirkungen der nicht-sortenreinen Verarbeitung von Polyamid 6 und 66 untersucht sowie die Auswirkungen unterschiedlicher Additive zur Aufbereitung von Rezyklaten aufgezeigt werden. Die Resultate k\u00f6nnen als Beitrag zur Steigerung der Recyclingquote von Schredderleichtfraktionen in der Automobilindustrie erachtet werden. Der Ausbau von Recyclingm\u00f6glichkeiten birgt ein betr\u00e4chtliches Potenzial zur Reduktion von Kunststoffabf\u00e4llen sowie zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Insbesondere Polyamide ben\u00f6tigen deutlich mehr Energie f\u00fcr die Herstellung von Neumaterial als Polyolefine und geh\u00f6ren somit zu den besonders wertvollen Kunststoffen, f\u00fcr die es mehr Recyclingstrategien bedarf. <\/p>\n
Da eine sortenreine Trennung von Polyamiden sowie von schwarz gef\u00e4rbten Kunststoffen, die vor allem im Automobilsektor zum Einsatz kommen, bislang kaum m\u00f6glich ist, erscheint eine gemeinsame Verarbeitung sinnvoll. Aufgrund des hohen Anteils an PA6 und PA66 in diesem Bereich wurde sich auf die beiden Materialien beschr\u00e4nkt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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