DE102018215527B4

DE102018215527B4 - Recyclingverfahren von Metall-Kunststoff-Strukturen und Produkt hergestellt mit einem Recyclingverfahren

Info

Publication number: DE102018215527B4
Application number: DE102018215527.5A
Authority: DE
Inventors: Lothar Patberg; Michael Riess; Fabian Schongen; Vanessa Wieschalla
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2038-09-13
Also published as: WO2020053092A1; DE102018215527A1

Abstract

Verfahren zum Recyceln von Kunststoffanhaftungen aufweisendem Metallschrott, wobeiin einem Zerkleinerungsschritt (A) der Metallschrott in Schredderpartikel geschreddert wird,in einem Formungsschritt (B) die Schredderpartikel in einer vorbestimmten Form zu einem losen Compound (1) angeordnet werden,und in einem Verbindungsschritt (C) der Compound (1) erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Compound (1) im Verbindungsschritt (C) auf eine Erhitzungstemperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Kunststoffanhaftungen erhitzt wird, wobei die Erhitzungstemperatur zwischen 120° C unter dem Schmelzpunkt und 1° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen liegt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von der Verwertung von Metall-Kunststoff-Strukturen. Metallschrott mit Kunststoffanhaftungen stellt einen wertvollen Rohstoff dar. Im Rahmen der Steigerung des effizienten Umgangs mit Rohstoffen und vor dem Hintergrund der Endlichkeit vorhandener Ressourcen, ist es wünschenswert, möglichst viele Materialien nach Gebrauch wiederzuverwenden.
Dem Wunsch nach Wiederverwertung von Metallschrott mit Kunststoffanhaftungen stehen das Bedürfnis nach geringem Energieverbrauch beim Recycling und einer großen formgeberischen Flexibilität der durch das Recycling hergestellten Produkte.
Aus der Druckschrift DE 195 02 352 A1 ist ein Schneckenförderer für den Transport Thermoplaste enthaltender Gemenge bekannt, welcher das Gemenge beim Transport so erwärmt, dass die Thermoplaste relaxieren. Durch die Umwälzung im Schneckenförderer ergibt sich eine gleichmäßige Erwärmung. Die Druckschrift US 2014 / 0 018 502 A1 offenbart ein Verfahren zum Thermoformen von Strukturbauteilen aus einem Komposit, welches Stoffe mit unterschiedlichen Schmelzpunkten aufweist. Bei der Umformung, welche unter Hitze und Druck geschieht, werden die Differenzen zwischen den Schmelzpunkten ausgenutzt. Aus der Druckschrift WO 2017 / 135 817 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Pellets aus zerschredderten Automobilabfällen bekannt. Dazu werden die Thermoplaste enthaltenden Abfälle in einer Mühle unterhalb der Schmelztemperatur der Thermoplaste zermahlen und durch eine Matrizenplatte gepresst.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem Metallschrott mit Kunststoffanhaftungen wiederverwertet werden kann, bei dem nur wenig Energie verbraucht wird und mit welchem Produkte einer großen Bandbreite von Formen hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch das Erhitzen stoffschlüssige Verbindungen zwischen den einzelnen Schredderpartikeln entstehen. Das Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein poröser schwammartiger Metall-Kunststoff-Hybridwerkstoff. Die Dauer der Erhitzung hängt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von der Dicke des Compounds ab. So ist beispielsweise bei einer Dicke von 3 cm eine Erhitzung von circa 5 Minuten nötig.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht nötig, den Umgebungsdruck zu erhöhen oder Druck auf den Compound auszuüben. Das heißt, dass das Verfahren vorzugsweise ohne das Einbringen von Druck ausgeführt wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen dass die Erhitzungstemperatur zwischen 120° C unter dem Schmelzpunkt und 1° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen liegt Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Erhitzungstemperatur zwischen 100° C unter dem Schmelzpunkt und 30° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen, besonders bevorzugt zwischen 80° C unter dem Schmelzpunkt und 60° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen und insbesondere circa 60° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen liegt. Dazu ist beispielsweise denkbar, dass wenn die Kunststoffanhaftungen aus Polyamid bestehen, die Erhitzungstemperatur bei circa 230° C liegt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schredderpartikel nach dem Zerkleinerungsschritt und vor dem Formungsschritt nach ihrer Größe sortiert werden, wobei ausschließlich Schredderpartikel eines vorbestimmten Größenbereichs im Formungsschritt in der vorbestimmten Form angeordnet werden. Der vorbestimmte Größenbereich der Schredderpartikel bestimmt die Porosität des Produktes. So können über die Größe der Schredderpartikel direkt Eigenschaften des Produktes gesteuert werden. Denkbar ist, dass das Sortieren in einer Siebmaschine geschieht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schredderpartikel im Formungsschritt durch Einbringen in eine Werkzeugform in der vorbestimmten Form angeordnet werden, wobei die Werkzeugform nach dem Verbindungsschritt von dem Compound entfernt wird, wobei vorzugsweise im Verbindungsschritt der Compound durch Erhitzen der Werkzeugform erhitzt wird. Dies ermöglicht ein einfaches und günstiges Formen des Produktes. Möglich ist damit, das Verfahren mit einer hohen Taktzahl zu wiederholen und somit eine hohe Anzahl von recycelten Produkten herzustellen. Denkbar ist, dass das Verfahren mit einer Vielzahl von gleichen Werkzeugformen parallel durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schredderpartikel im Formungsschritt durch Einbringen zwischen zwei thermoplastische Folien in der vorbestimmten Form angeordnet werden, wobei die thermoplastischen Folien vorzugsweise in einer Form angeordnet werden. Dies ermöglicht es, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den thermoplastischen Folien und dem Compound entsteht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schredderpartikel im Formungsschritt durch Einbringen zwischen zwei Deckbleche in der vorbestimmten Form angeordnet werden. Damit entsteht in vorteilhafter Weise eine Sandwich-Struktur. Denkbar ist, dass die Deckbleche zwischen 0,25 mm und 1 mm dick sind. Denkbar ist, dass beide Deckbleche gleich dick sind. Denkbar ist, dass bei einer Dicke der Deckbleche von 1 mm und einer Dicke des Compounds zwischen den Deckblechen die Erhitzung über einen Zeitraum von einer Sekunde bis zu 60 Sekunden, vorzugsweise von 10 Sekunden bis zu 60 Sekunden ausgeführt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Erhitzung induktiv erfolgt. Dazu werden von Induktionsspulen Wirbelströme in den Metallschrott des Compounds induziert. Damit lässt sich auf vorteilhafte Weise eine energieeffiziente und genau steuerbare Erhitzung realisieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Zerkleinerungsschritt und dem Verbindungsschritt den Schredderpartikeln Zusatzstoffe beigemischt werden, wobei die Zusatzstoffe vorzugsweise eine Schmelztemperatur im Bereich der Schmelztemperatur der Kunststoffanhaftungen aufweisen. Dies ermöglicht, die mechanischen Eigenschaften des Produktes weiter zu verbessern, beispielsweise die mechanische Stabilität zu erhöhen, beziehungsweise die stoffschlüssigen Verbindungen der Schredderpartikel untereinander zu stärken. Denkbar ist, dass dazu Polyamid 6 und/oder Polyamid 6 als Zusatzstoffe verwendet werden.
Denkbar ist aber auch, dass als Zusatzstoffe geschredderte Folienabfälle und/oder Kunststoffpartikel und/oder Kunststoffschaum verwendet werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Produkt hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Das Produkt ist vorteilhaft leicht, verwindungssteif, schluckt Schall und Vibrationen und besitzt beispielsweise gegenüber Aluminiumschaum eine erhöhte Brandschutzklasse. Weiterhin ist es möglich, eine elektromagnetische Abschirmung durch das Produkt zu realisieren. Denkbar ist beispielsweise, dass das Produkt ein Bulk-Schaum mit einer stochastischen offenporigen Oberfläche ist. Dies eignet sich hervorragend zum Absorbieren von Schall. Denkbar ist aber auch, dass das Produkt eine Profilfüllung zur Steifigkeitsoptimierung ist. Weiterhin ist denkbar, dass das Produkt ein Verbundwerkstoff mit einer Sandwichstruktur ist, wobei der Compound zwischen zwei Deckblechen angeordnet ist. Vorstellbar ist aber auch, dass das Produkt ein Verbundwerkstoff mit einer Sandwichstruktur ist, wobei der Compound zwischen zwei Deckblechen angeordnet ist und das Produkt eine an die Deckbleche stoffschlüssig angebundene Kunststoffschicht aufweist. Das Produkt kann beispielsweise ein Fußboden oder eine Decke eines Eisenbahnwaggons sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Compound als Near-Netshape-Form hergestellt ist. Dies ermöglicht durch die gute Formbarkeit des Compounds Produkte, welche nur noch geringfügig nachbearbeitet werden müssen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Figurenliste

1 zeigt schematisch das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 a - c zeigen schematisch Teile des Verfahrens und das Produkt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist schematisch das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Zerkleinerungsschritt A wird Metallschrott mit Kunststoffanhaftungen aus Polyamid zu Schredderpartikeln geschreddert. Die Schredderpartikel werden in einem Sortierschritt A' in einer Siebmaschine nach Größe sortiert. Ausschließlich Schredderpartikel aus einem vorbestimmten Größenbereich werden für die folgenden Verfahrensschritte verwendet. Den Schredderpartikeln werden in einem Zusatzschritt B' Zusatzstoffe, beispielsweise geschredderte Folienabfälle, beigesetzt. Im Formungsschritt B werden die Schredderpartikel zusammen mit den Zusatzstoffen als Compound in eine vorbestimmte Form gebracht (siehe 2). In einem Verbindungsschritt C wird der Compound auf eine Erhitzungstemperatur knapp unterhalb des Schmelzpunktes der Kunststoffanhaftungen erhitzt. Im der dargestellten Ausführungsform sind dies 230° C für 30 Sekunden. Durch das Verfahren wird der Metallschrott zu einem leichten und verwindungssteifen Produkt recycelt.
In 2 (a) ist der Formungsschritt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Compound 1 wird von der Werkzeugform 2 in der vorgesehenen Form, hier eine Ellipse, gehalten. 2 (b) zeigt den Verbindungsschritt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Compound 1 ist von zwei thermoplastischen Folien 3 umgeben und wird mit dieser von der Form 4 in der vorgegebenen Form gehalten. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist die Form 4 hier von den thermoplastischen Folien 3 beabstandet dargestellt, tatsächlich liegen die thermoplastischen Folien 3 jedoch an der Form 4 an. Das Erhitzen geschieht induktiv über die Induktionsspulen 5. In 2 (c) ist das Produkt 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Compound 1 ist zwischen zwei Deckblechen 6 angeordnet. Auf den dem Compound 1 abgewandten Seiten der Deckbleche 6 sind Kunststoffschichten 7 angeordnet, welche stoffschlüssig mit den Deckblechen 6 verbunden sind. Das Produkt 100 weist also eine Sandwichstruktur auf. Der Compound 1 ist circa 5 mm dick, die Deckbleche 6 sind jeweils circa 1 mm dick. Das hier dargestellt Produkt 100 eignet sich beispielsweise hervorragend als Decke oder Fußboden in Eisenbahnwaggons.
Bezugszeichenliste

1: Compound
2: Werkzeugform
3: thermoplastische Folie
4: Form
5: Induktionsspule
6: Deckblech
7: Kunststoffschicht
100: Produkt
A: Zerkleinerungsschritt
A': Sortierschritt
B: Formungsschritt
B': Zusatzschritt
C: Verbindungsschritt

Claims

Verfahren zum Recyceln von Kunststoffanhaftungen aufweisendem Metallschrott, wobei in einem Zerkleinerungsschritt (A) der Metallschrott in Schredderpartikel geschreddert wird, in einem Formungsschritt (B) die Schredderpartikel in einer vorbestimmten Form zu einem losen Compound (1) angeordnet werden, und in einem Verbindungsschritt (C) der Compound (1) erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Compound (1) im Verbindungsschritt (C) auf eine Erhitzungstemperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Kunststoffanhaftungen erhitzt wird, wobei die Erhitzungstemperatur zwischen 120° C unter dem Schmelzpunkt und 1° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schredderpartikel nach dem Zerkleinerungsschritt (A) und vor dem Formungsschritt (B) nach ihrer Größe sortiert werden, wobei ausschließlich Schredderpartikel eines vorbestimmten Größenbereichs im Formungsschritt (B) in der vorbestimmten Form angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schredderpartikel im Formungsschritt (B) durch Einbringen in eine Werkzeugform (2) in der vorbestimmten Form angeordnet werden, wobei die Werkzeugform (2) nach dem Verbindungsschritt (C) von dem Compound (1) entfernt wird, wobei vorzugsweise im Verbindungsschritt (C) der Compound (1) durch Erhitzen der Werkzeugform (2) erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Schredderpartikel im Formungsschritt (B) durch Einbringen zwischen zwei thermoplastische Folien (3) in der vorbestimmten Form angeordnet werden, wobei die thermoplastischen Folien (3) vorzugsweise in einer Form (4) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Schredderpartikel im Formungsschritt (B) durch Einbringen zwischen zwei Deckbleche (6) in der vorbestimmten Form angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erhitzung induktiv erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Zerkleinerungsschritt (A) und dem Verbindungsschritt (C) den Schredderpartikeln Zusatzstoffe beigemischt werden, wobei die Zusatzstoffe vorzugsweise eine Schmelztemperatur im Bereich der Schmelztemperatur der Kunststoffanhaftungen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei als Zusatzstoffe geschredderte Folienabfälle und/oder Kunststoffpartikel und/oder Kunststoffschaum verwendet werden.
Produkt (100) hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Produkt (100) nach Anspruch 9, wobei der Compound (1) als Near-Netshape-Form hergestellt ist.