DE102009023529A1 - Method for recycling fiber composite waste from undrenched carbon fibers, comprises macerating the waste in separate, equally large fractions of defined fiber length and subsequently under retaining of the fiber length - Google Patents

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Abstract

The method for recycling fiber composite waste (1) from undrenched carbon fibers, comprises macerating the waste in separate, equally large fractions of defined fiber length and subsequently under retaining of the fiber length through an energetic and low adjusted impact body effect corresponding to the breaking strength of the carbon fiber up to a fiber individualizer and then restructuring the received carbon fiber jumble (5) to a fibrous web. A dry fleece production is carried out by a carding machine. The method for recycling fiber composite waste (1) from undrenched carbon fibers, comprises macerating the waste in separate, equally large fractions of defined fiber length and subsequently under retaining of the fiber length through an energetic and low adjusted impact body effect corresponding to the breaking strength of the carbon fiber up to a fiber individualizer and then restructuring the received carbon fiber jumble (5) to a fibrous web. A dry fleece production is carried out by a carding machine. The fiber jumble is restructured to a fiber film band (8) with uni- or bidirectional fiber orientation and is subsequently spun into endless fiber. The fractions in a hammer mill are macerated with impact body effect reduced according to retention period and/or impact strength. The fiber composite waste is carved in equilateral square fractions with constant thread length. The fiber composite wastes are divided with respective customization size variably preselected according to the standard of the waste size.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiederverwertung von Faserverbundabfällen aus ungetränkten Verstärkungs- und insbesondere Carbonfasern.The This invention relates to a method of recycling Fiber composite waste from unimpregnated reinforcing and in particular carbon fibers.

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.Unlike fiber composite waste of flexible reinforcing fibers, such as aramid or Kevlar fibers, which is characterized by a repetitive impactor action, eg. B. with the help of a hammer mill to recycle a fiber to a large extent non-destructive, arises in carbon fiber composite waste because of the great fragility of the fiber material, the problem of disassembling the fiber composite in such a fiber-friendly manner in individual fibers that their fiber structure is preserved without breakage in the resulting fiber tangle , So be after the DE 31 37 844 A1 Fiber composite waste from plastic-impregnated carbon fibers, so-called prepregs, freed by a solvent from the plastic and binder impregnation and cut using a knife roll to a short fiber mixture with a fiber length distribution, which goes from a maximum, determined by the blade distance fiber length to zero. After another, from the EP 0 530 741 A1 Known recycling process such carbon fiber reinforced composite waste are shredded in a shredder and then the resulting fiber mixture is cleaned from unopened or too short fiber particles and foreign material and then restructured in a stream of air to a nonwoven fabric and needled. In this known method too, a more or less random fiber length distribution results in the nonwoven fabric thus formed over a wide range.

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.In contrast, It is an object of the invention, the method of the aforementioned Form such a way that the composite fiber waste on technological easy way to mechanically high-quality semi-finished fiber with a have recycled predetermined fiber length distribution.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1, 5 oder 9 gekennzeichnete Recyclingverfahren gelöst.These The object is achieved by the in the claim 1, 5 or 9 marked recycling process solved.

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.at according to the recycling method according to the invention The claims 1 or 5 can be defined by the blank shape and size of the separated from the waste Pieces taking into account the fiber orientation from the outset a specific fiber length distribution within continue to select borders, which then also in the subsequent Fiber singulation by a special on the breaking sensitivity Carbon fiber tuned impactor action unchanged is maintained, so that the resulting fiber tangles of random Fiber length scattering kept free and therefore a mechanical full carbon fiber semi-finished in the form of a nonwoven fabric after the first or an endless thread according to the second variant of Invention is recovered.

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.Of the essential to the invention, namely not the whole Composite fiber waste, but from these only separate cuts with one taking into account the fiber orientation defined blank shape and size to recycle and this while maintaining the fiber length to fiber singulation aufzuschlossen to make a semi-finished fiber with a predetermined and no longer random fiber length distribution can be obtained, as stated according to claim 9, of course, not just on carbon fiber composite waste, but also on those from other unimpregnated reinforcing fibers apply.

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.The Further processing of the Faserverwirrs to a nonwoven fabric or a to a continuous fiber spun fiber ribbon is advantageously carried out by means of a dry nonwoven production in a carding machine, and Although in a particularly preferred manner to produce a mechanical favorable fiber orientation.

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.Out For reasons of simple process technology fiber separation with low production costs, the cuts preferably digested in a hammer mill, which when separating carbon fiber composite waste to one after Dwell time and / or impact strength such reduced impactor effect is set that the cuts though complete but without any shortcuts or other damage to the fracture-sensitive carbon fibers or carbon filaments are formed.

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.at Fiber composite waste with a uni- or bidirectional Fiber orientation it is even possible within the scope of the invention a fiber tangle and from it a semi-finished fiber with a constant throughout Fiber length produce by putting the waste in equilibrium quadrangular sections parallel to the grain directions running side edges are cut.

Eine weitere, besonders bevorzugte Maßnahme zur Beeinflussung des Faserlängenprofils in dem recycelten Faserhalbzeug besteht darin, dass die Zuschnittsgröße der Faserverbund-Teilstücke variabel vorgewählt wird.A Another, particularly preferred measure for influencing the fiber length profile in the recycled semifinished fiber product is that the blank size of the fiber composite sections is selected variable.

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.The invention will now be explained in more detail with reference to a preferred embodiment in conjunction with the drawing, in the sole figure of a process sequence for recycling Faserver bund waste of unimpregnated carbon fibers is shown with a crossing at 90 ° fiber orientation in a highly schematic manner.

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.In a first process step, randomly shaped fiber composite waste is produced 1 from undosaturated, consolidated by a binder and / or sewing threads carbon fiber layers with a crossing at 90 ° fiber orientation z. B. using a punching tool 2 in square sections 3 cut so that they have a constant fiber length in both directions, so their side edges are parallel to the fiber directions. While the remaining waste remnants of a separate, unspecified recycling can be supplied, the cuts are 3 to the Einzelfaser- / filament level in a hammer mill 4 open-minded, whose impact is adjusted so low, taking into account the fragility of the carbon fibers, that the cuts 3 Although completely dissolved, but the fiber length remains unchanged It entseht a fiber tangle 5 from randomly distributed individual fibers or filaments of constant fiber length with occasional deposits of sewing thread residues.

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.Then the fiber tangles 5 continue while maintaining the fiber length in a carding machine 6 to a fiber fleece 7 restructured, the carbon fibers when passing through the comb-like - not shown - sets of carding machine 6 directional, so that the nonwoven fabric 7 receives a fiber orientation direction.

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.According to an alternative embodiment, the fiber tangles become 5 in the carding machine 6 one or more fiber ribbons 8th , again with a fiber orientation, made in a downstream spinning machine 9 to be processed into continuous carbon fibers.

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.With the described method, it is possible, the fiber length proportions in the recycled fiber webs or continuous filaments by appropriate choice the blank shape and size of the waste cut out in consideration of fiber orientation Targeted to influence cuts and so from the fiber waste again to win mechanically high-quality semi-finished products and this again to the original process chain.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

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.Process for the recycling of fiber composite waste from unconsumed carbon fibers, characterized in that the waste cut into separate, equal parts of defined fiber length and these are then opened while maintaining the fiber length by energetically the breaking strength of the carbon fibers correspondingly low adjusted impactor impact up to a fiber separation and then the carbon fiber tangle thus obtained is restructured to a nonwoven fabric. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Trockenvliesherstellung mit Hilfe einer Krempel.Method according to claim 1, characterized by a Dry fleece production with the help of a carding machine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewirr zu einem Faservlies mit einer bevorzugten Faserorientierung umstrukturiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Fasergewirr to a nonwoven fabric restructured with a preferred fiber orientation. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstücke in einer Hammermühle mit einer nach Verweildauer und/oder Schlagstärke erniedrigten Schlagkörperwirkung aufgeschlossen werden.Method according to claim 4, characterized in that that the cuts in a hammer mill with a After residence time and / or impact strength lowered impactor effect be open-minded. 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.Process for the recycling of fiber composite waste made of unimpregnated carbon fibers, characterized that the waste into separate, equal parts defined fiber length cut and this afterwards while maintaining the fiber length by an energetic the Breaking strength of the carbon fibers accordingly set low Schlagkörpereinwirkung unlocked to a fiber singulation and then the resulting carbon fiber tangle to continuous fibers is spun. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewirr zunächst zu einem Faserflorband mit einer bevorzugten Faserorientierung umstrukturiert und anschließend zu Endlosfasern versponnen wird.Method according to claim 5, characterized in that that the Fasergewirr first with a fiber ribbon with restructured a preferred fiber orientation and then is spun into continuous fibers. 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.Method according to one of the preceding claims for fiber composite waste with a uni- or bidirectional Fiber orientation, characterized in that the fiber composite waste in equilateral quadrilateral sections with constant fiber length be cut. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbundabfälle chargenweise mit einer jeweils nach Maßgabe der Abfallgröße variabel vorgewählten Zuschnittsgröße zerteilt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite waste batch by batch each one according to the size of the waste variably preselected blank size be parted. 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.Process for the recycling of fiber composite waste of non-impregnated reinforcing fibers, characterized that the waste is defined in separate cuts Fiber length cut and this afterwards while maintaining the fiber length up to a fiber singulation be open-minded and further processed into a semifinished fiber product.
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