DE102009023529A1

DE102009023529A1 - Recyclingverfahren

Info

Publication number: DE102009023529A1
Application number: DE200910023529
Authority: DE
Inventors: Jörn Boes
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-05-30
Filing date: 2009-05-30
Publication date: 2010-12-02

Abstract

Bei einem Verfahren zur Wiederverwertung von Faserverbundabfällen (1) aus ungetränkten Carbonfasern werden die Faserverbundabfälle erfindungsgemäß auf technologisch einfache Weise zu mechanisch hochwertigen Faserhalbzeugen (7, 8) mit einer vorbestimmten Faserlängenverteilung derart recycelt, dass die Abfälle in separate, gleich große Teilstücke (3) definierter Faserlänge zerschnitten und diese anschließend unter Beibehalt der Faserlänge durch eine energetisch der Bruchfestigkeit der Carbonfasern entsprechend niedrig eingestellte Schlagkörpereinwirkung (bei 4) bis zu einer Faservereinzelung aufgeschlossen werden und dann das so erhaltene Carbonfasergewirr (5) zu einem Faservlies oder zu einem in einen Endlosfaden versponnenen Faserflor (8) umstrukturiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiederverwertung von Faserverbundabfällen aus ungetränkten Verstärkungs- und insbesondere Carbonfasern.
Anders als Faserverbundabfälle aus flexiblen Verstärkungsfasern, etwa Aramid- oder Kevlarfasern, die sich durch eine repetierende Schlagkörpereinwirkung, z. B. mit Hilfe einer Hammermühle, bis zu einer Faservereinzelung weitgehend zerstörungsfrei recyceln lassen, stellt sich bei Carbonfaserverbundabfällen wegen der großen Bruchempfindlichkeit des Fasermaterials das Problem, den Faserverbund auf derart faserschonende Weise in Einzelfasern zu zerlegen, dass deren Faserstruktur in dem entstehenden Fasergewirr bruchstellenfrei erhalten bleibt. So werden nach der DE 31 37 844 A1 Faserverbundabfälle aus kunststoffgetränkten Carbonfasern, sogenannte Prepregs, durch ein Lösungsmittel von der Kunststoff- und Bindemittelimprägnierung befreit und mit Hilfe einer Messerwalze zu einem Kurzfasergemisch mit einer Faserlängenverteilung zerschnitten, welche von einer maximalen, durch den Schnittmesserabstand bestimmten Faserlänge bis gegen Null geht. Nach einem weiteren, aus der EP 0 530 741 A1 bekannten Recyclingverfahren werden derartige carbonfaserverstärkte Verbundabfälle in einem Shredder zerkleinert und anschließend wird das entstehende Fasergemisch von ungeöffneten oder zu kurzen Faserpartikeln und Fremdmaterial gereinigt und dann in einem Luftstrom zu einem Faservlies umstrukturiert und vernadelt. Auch bei diesem bekannten Verfahren ergibt sich in dem so gebildeten Faservlies eine über einen weiten Bereich mehr oder weniger zufällige Faserlängenverteilung.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sich die Faserverbundabfälle auf technologisch einfache Weise zu mechanisch hochwertigen Faserhalbzeugen mit einer vorbestimmten Faserlängenverteilung recyceln lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1, 5 oder 9 gekennzeichnete Recyclingverfahren gelöst.
Bei den erfindungsgemäßen Recyclingverfahren nach den Ansprüchen 1 oder 5 lässt sich durch die Zuschnittsform und -größe der aus den Abfällen separierten Teilstücke unter Berücksichtigung der Faserorientierung von Vorneherein eine bestimmte Faserlängenverteilung innerhalb weiter Grenzen auswählen, die dann auch bei der anschließenden Faservereinzelung durch eine speziell auf die Bruchempfindlichkeit von Carbonfasern abgestimmte Schlagkörpereinwirkung unverändert erhalten bleibt, so dass das entstehende Fasergewirr von zufallsbedingten Faserlängenstreuungen freigehalten und demzufolge ein mechanisch vollwertiges Carbonfaserhalbzeug in Form eines Faservlieses nach der ersten oder eines Endlosfadens nach der zweiten Variante der Erfindung wiedergewonnen wird.
Der erfindungswesentliche Aspekt, nämlich nicht die gesamten Faserverbundabfälle, sondern aus diesen nur separate Teilstücke mit einer unter Berücksichtigung der Faserorientierung definierten Zuschnittsform und -größe zu recyceln und diese unter Beibehalt der Faserlänge bis zur Faservereinzelung aufzuschließen, um daraus ein Faserhalbzeug mit einer vorbestimmten und nicht mehr sich zufällig ergebenden Faserlängenverteilung zu gewinnen, lässt sich, wie nach Anspruch 9 angegeben, natürlich nicht nur auf Carbonfaserverbundabfälle, sondern auch auf solche aus anderen ungetränkten Verstärkungsfasern anwenden.
Die Weiterverarbeitung des Fasergewirrs zu einem Faservlies oder einem zu einer Endlosfaser versponnenen Faserflorband erfolgt zweckmäßigerweise im Wege einer Trockenvliesherstellung in einer Krempelanlage, und zwar in besonders bevorzugter Weise unter Erzeugung einer mechanisch günstigen Faservorzugsrichtung.
Aus Gründen einer verfahrenstechnisch einfachen Faservereinzelung mit geringem Fertigungsmittelaufwand werden die Teilstücke vorzugsweise in einer Hammermühle aufgeschlossen, welche beim Vereinzeln von Carbonfaserverbundabfällen auf eine nach Verweildauer und/oder Schlagstärke derart reduzierte Schlagkörperwirkung eingestellt wird, dass die Teilstücke zwar vollständig aufgelöst werden, ohne dass dadurch jedoch Einkürzungen oder sonstige Beschädigungen an den bruchempfindlichen Carbonfasern oder Carbonfilamenten entstehen.
Bei Faserverbundabfällen mit einer uni- oder bidirektionalen Faserorientierung ist es im Rahmen der Erfindung sogar möglich, ein Fasergewirr und daraus ein Faserhalbzeug mit einer durchgehend konstanten Faserlänge zu erzeugen, indem die Abfälle in gleichseitig viereckige Teilstücke mit parallel zu den Faserrichtungen verlaufenden Seitenrändern zerschnitten werden.
Eine weitere, besonders bevorzugte Maßnahme zur Beeinflussung des Faserlängenprofils in dem recycelten Faserhalbzeug besteht darin, dass die Zuschnittsgröße der Faserverbund-Teilstücke variabel vorgewählt wird.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur ein Verfahrensablauf zum Recyceln von Faserverbundabfällen aus ungetränkten Carbonfasern mit einer sich unter 90° kreuzenden Faserorientierung in stark schematisierter Weise dargestellt ist.
In einem ersten Verfahrensschritt werden regellos geformte Faserverbundabfälle 1 aus ungetränkten, durch ein Bindemittel und/oder Nähfäden konsolidierten Carbonfaserlagen mit einer sich unter 90° kreuzenden Faserorientierung z. B. mit Hilfe eines Stanzwerkzeugs 2 in quadratische Teilstücke 3 derart zerschnitten, dass diese eine in beiden Richtungen konstante Faserlänge aufweisen, also ihre Seitenränder parallel zu den Faserrichtungen verlaufen. Während die verbleibenden Abfallreste einer separaten, nicht näher beschriebenen Wiederverwertung zugeführt werden können, werden die Teilstücke 3 bis zum Einzelfaser-/Filamentniveau in einer Hammermühle 4 aufgeschlossen, deren Schlagwirkung unter Berücksichtigung der Bruchempfindlichkeit der Carbonfasern so niedrig eingestellt wird, dass die Teilstücke 3 zwar vollständig aufgelöst werden, die Faserlänge aber unverändert erhalten bleibt Es entseht ein Fasergewirr 5 aus regellos verteilten Einzelfasern bzw. -filamenten konstanter Faserlänge mit vereinzelten Einlagerungen aus Nähfadenresten.
Anschließend wird das Fasergewirr 5 weiterhin unter Beibehalt der Faserlänge in einer Krempelanlage 6 zu einem Faservlies 7 umstrukturiert, wobei die Carbonfasern beim Durchlaufen der kammartigen – nicht gezeigten – Garnituren der Krempelanlage 6 richtungsorientiert werden, so dass das Faservlies 7 eine Faservorzugsrichtung erhält.
Nach einer alternativen Ausführungsform werden aus dem Fasergewirr 5 in der Krempelanlage 6 ein oder mehrere Faserflorbänder 8, ebenfalls wieder mit einer Faservorzugsrichtung, hergestellt, die dann in einer nachgeschalteten Spinnmaschine 9 zu Carbon-Endlosfasern weiterverarbeitet werden.
Mit dem beschreibenen Verfahren ist es möglich, die Faserlängenanteile in den recycelten Faservliesen oder Endlosfäden durch entsprechende Wahl der Zuschnittsform und -größe der aus den Abfällen unter Berücksichtigung der Faserorientierung ausgeschnittenen Teilstücke gezielt zu beeinflussen und so aus den Faserabfällen wieder mechanisch hochwertige Halbzeuge zu gewinnen und diese erneut der ursprünglichen Prozesskette zuzuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3137844 A1 [0002]
- EP 0530741 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Wiederverwertung von Faserverbundabfällen aus ungetränkten Carbonfasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfälle in separate, gleich große Teilstücke definierter Faserlänge zerschnitten und diese anschließend unter Beibehalt der Faserlänge durch eine energetisch der Bruchfestigkeit der Carbonfasern entsprechend niedrig eingestellte Schlagkörpereinwirkung bis zu einer Faservereinzelung aufgeschlossen werden und dann das so erhaltene Carbonfasergewirr zu einem Faservlies umstrukturiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Trockenvliesherstellung mit Hilfe einer Krempel.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewirr zu einem Faservlies mit einer bevorzugten Faserorientierung umstrukturiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstücke in einer Hammermühle mit einer nach Verweildauer und/oder Schlagstärke erniedrigten Schlagkörperwirkung aufgeschlossen werden.
Verfahren zur Wiederverwertung von Faserverbundabfällen aus ungetränkten Carbonfasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfälle in separate, gleich große Teilstücke definierter Faserlänge zerschnitten und diese anschließend unter Beibehalt der Faserlänge durch eine energetisch der Bruchfestigkeit der Carbonfasern entspre chend niedrig eingestellte Schlagkörpereinwirkung bis zu einer Faservereinzelung aufgeschlossen werden und dann das so erhaltene Carbonfasergewirr zu Endlosfasern versponnen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewirr zunächst zu einem Faserflorband mit einer bevorzugten Faserorientierung umstrukturiert und anschließend zu Endlosfasern versponnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Faserverbundabfälle mit einer uni- oder bidirektionalen Faserorientierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbundabfälle in gleichseitig viereckige Teilstücke mit konstanter Faserlänge zerschnitten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbundabfälle chargenweise mit einer jeweils nach Maßgabe der Abfallgröße variabel vorgewählten Zuschnittsgröße zerteilt werden.
Verfahren zur Wiederverwertung von Faserverbundabfällen aus ungetränkten Verstärkungsfasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfälle in separate Teilstücke definierter Faserlänge zerschnitten und diese anschließend unter Beibehalt der Faserlänge bis zu einer Faservereinzelung aufgeschlossen und zu einem Faserhalbzeug weiterverarbeitet werden.