Design for Recycling durch Dehybridisierung (DeHyb) - werkstoffliche und ökobilanzielle Analyse der Kreislaufführung für Faser-Metall-Laminate

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Christina Dornack; Dr.-Ing. Wilfried Liebig; Dr.-Ing. Anna Trauth
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542277658

Im Recyclingprozess für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe ist Downcycling heute unvermeidlich: Die Kunststoffmatrix geht im meist verwendeten Pyrolyseprozess verloren, die Fasern werden geschwächt und die erneute Verbundwerkstoffherstellung erschwert. Daher ist es zielführend, konsolidierte Verbundkunststoffe so lange wie möglich zu nutzen, um der energie- und kostenintensiven Herstellung, sowie den ökologischen Aspekten Rechnung zu tragen. Um einer weiteren Verwendung oder alternativ dem Faserrecycling-Prozess sortenrein zugeführt werden zu können, müssen deshalb Konstruktionen entwickelt werden, in denen die FVK-Komponenten von den anderen Werkstoffen separiert werden können. Ziel dieses Projektes ist es daher, ein neuartiges, nachhaltiges hybrides Werkstoffkonzept als Design-for-Recycling zu entwickeln, welches auf Faser-Metall-Laminaten (FML) mit aktivierbarer Zwischenschicht basiert. Hierzu werden zwei Konzepte im Rahmen des Projektes untersucht: eine thermoplastbasierte, nicht reaktive Zwischenschicht sowie eine aktivierbare, reaktive Klebeschicht zwischen der metallischen und der faserverstärkten, duromerbasierten Komponente. Diese neuartigen Konzepte ermöglichen nicht nur die Umsetzung eines gewichtsoptimierten, leistungsfähigen hybriden Werkstoffs, sondern zeigen neue Potentiale für die Verwendung am End-of-Life auf. Dazu wird am Ende des Nutzungszyklus die Zwischenschicht thermisch oder chemisch geschwächt und die beiden Laminatkonstituenten lassen sich widerstandsarm lösen, was letztlich eine Rückführung in den ursprünglichen Produktzyklus ermöglicht. Umfassende Charakterisierungsansätze verfolgen das Ziel, mechanische Werkstoffeigenschaften sowie das Schädigungsverhalten abzubilden und ein Materialverständnis zu generieren, um den Einfluss der Zwischenschichten in der Nutzungsphase zu verstehen und die Leistungsfähigkeit der recyclingoptimierten FMLs zu bewerten. Parallel werden die Herstellung, die Nutzung und das End-of-Life ökobilanziell begleitet. Damit werden die Stoffkreisläufe der FVK- und Metallkomponenten und deren Potenziale durch die Trennbarkeit analysiert und Schwachstellen aufgezeigt. In diesem Zusammenhang wird außerdem das klassische Vorgehen der Ökobilanzierung kritisch hinterfragt und gemäß den Anforderungen für Verbund- und Hybridwerkstoffe weiterentwickelt, um ein optimiertes Verfahren für diese Materialien zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Frank Henning; Benjamin Schwan; Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann