Towards a closed loop recycling of room temperature infusible thermoplastic CFRPs
In dieser Arbeit wird als Beispiel für den neuartigen Werkstofftypus, der bei Raum-temperatur infundierbaren thermoplastischen Matrixmaterialien ein Recycling- und Wiederverwendungskonzept für Kohlenstofffaserverbundverkstoffe auf Basis einer Eliummatrix entwickelt. Dafür wird ein auf dem Lösen der Matrix bei Raumtempe-ratur in Aceton basierendes Recyclingverfahren vorgestellt, welches es ermöglicht sowohl die Matrix als auch die Faserhalbzeuge zurückzugewinnen. Die Rezyklate werden umfassend analysiert und mit Neumaterialien verglichen. Anschließend werden verschiedene Konzepte zur Nutzung der recycelten Matrix und Fasern für die erneute Herstellung von Faserverbundwerkstoffen evaluiert. Dabei wird einer-seits die erneute Nutzbarkeit sowohl der Faserhalbzeuge als auch von Teilen der Matrix in der Produktion von eliumbasierten Faserverbunden nachgewiesen. Ande-rerseits wird auch die Nutzung recycelter Halbzeuge mit anderen Matrixmaterialien betrachtet. Dies ermöglicht eine universelle Nutzung der recycelten Halbzeuge außerhalb der betrachteten Wertschöpfungskette und erhöht damit maßgeblich den Wert und die Absatzmöglichkeiten dieser. Abschließend erfolgt eine ökonomische und ökologische Betrachtung der entwi-ckelten Recycling- und Wiederverwendungsprozesse. Dabei kann gezeigt werden, dass die Schließung der Recyclingkreislaufs sowohl die CO2 Emission als auch die Kosten über den gesamten Produktlebenszyklus maßgeblich verringern kann.
In this thesis, a recycling and reuse concept for carbon fibre composites is devel-oped for composites processed with the novel, room temperature infusable thermo-plastic matrix - Elium. For this purpose, the first works on a recycling process based on the dissolution of the matrix in acetone at room temperature is presented, which allows the recovery of the polymerised matrix and of the fibres in the un-damaged form of semi-finished products (scrims). The recyclates are extensively analysed and compared with virgin materials. Subsequently, different concepts for the reuse of the recycled matrix (for reduced virgin material usage) and universal applicability of the fibres with other resin systems for the further production of composites have been investigated. On the one hand, the reusability of the scrims and parts of the matrix in the production of elium-based composites is demonstrat-ed wherein the 2nd generation composites showed comparable bulk properties to its virgin/1st generation counterparts. On the other hand, the reuse of recycled scrims with other matrix systems have also been investigated. This enables universal use of the recycled scrims outside the Elium composite value chain and thus signifi-cantly avoids downsizing of the recycled product. Finally, an economic and ecological analysis of the developed recycling and reuse processes completes the experimental thesis. It can be shown that closing the recy-cling loops can significantly reduce CO2 emissions and costs over the entire product life cycle.
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