Effiziente Prognose der Verarbeitungs- und Struktureigenschaften von recycelten faserverstärkten Thermoplasten in der Kreislaufwirtschaft
ProgRec entwickelt Methoden zur zuverlässigen Prognose der Eigenschaften recycelter faserverstärkter Thermoplaste. Damit sollen hochwertige Recyclingkunststoffe auch in sicherheitsrelevanten Anwendungen, etwa im Automobilbereich, eingesetzt werden können. Ein digitales Berechnungswerkzeug bildet das zentrale Ergebnis des Projekts.
Mit dem Ziel, den Wiedereinsatz von Kunststoffen im Automobilbereich zu erhöhen, verlangt die novellierte EU Altfahrzeug Richtlinie einen Rezyklatanteil von mindestens 20 % in Neufahrzeugen. Ein Viertel davon soll aus Altfahrzeugen stammen. Die Quoten werden von den OEM (englisch Original Equipment Manufacturer, übersetzt Originalausrüstungshersteller) ohne Abstriche bei Funktionalität, Qualität und Zuverlässigkeit an die Zulieferer weitergegeben. Additive, komplexe Werkstoffhistorien und Kontaminationen erschweren jedoch den Einsatz von Rezyklaten in technischen Anwendungen. Zudem fehlt bislang gesichertes Wissen zur Werkstoffveränderung in der Kreislaufführung, zur Eigenschaftsprognose und zur Auslegung mechanisch beanspruchter Leichtbaustrukturen aus Recyclingkunststoffen.
Für die Entwicklung von Leichtbaustrukturen wird Neuware umfassend charakterisiert und über Materialkarten in Struktur- und Prozesssimulationen abgebildet. Der dafür notwendige Zeit- und Kostenaufwand ist mit Chargenwechseln und Eigenschaftsschwankungen bei Rezyklaten kaum vereinbar. In Summe führen die Unsicherheiten bezüglich der Materialschwankungen dazu, dass zur Erfüllung der Altfahrzeug-Richtlinie vorwiegend auf nichtstrukturelle Anbauteile aus preiswerten Massenkunststoffen gesetzt wird. Die sowohl ökologisch als auch ökonomisch höherwertige Werkstoffgruppe der faserverstärkten technischen Thermoplaste kann so noch nicht für die Kreislaufwirtschaft erschlossen werden.
Im Vorhaben ProgRec soll das Methodenwissen erarbeitet werden, um faserverstärkte Kunststoffbauteile im KFZ prognosesicher und zuverlässig unter Verwendung von Recyclingwerkstoffen aus Altfahrzeugen herstellen zu können.
Hierzu werden zunächst die verfügbaren Stoffströme unverstärkter und faserverstärkter Kunststoffe (Polypropylen, Polyamid) aus Altfahrzeugen und das zu erwartende Eigenschaftsspektrum qualitativ und quantitativ analysiert. In experimentellen Studien wird systematisch Wissen zur Interaktion von Alterung, Wiederaufbereitung, Werkstoffzusammensetzung und Eigenschaften faserverstärkter Thermoplaste bei der Kreislaufführung erarbeitet. Im Zentrum des Vorhabens steht ein neuartiges Berechnungswerkzeug, welches die Kennwerte und Kennfunktionen für rheologische und mechanische Materialkarten aus einfach durchzuführenden Basisversuchen ermittelt, um so eine schnelle und zuverlässige Prognose des komplexen Werkstoffverhaltens faserverstärkter Recyclingkunststoffe zu ermöglichen. Der Nachweis der Prognosefähigkeit erfolgt in einem praxisgerechten Kreislaufszenario für ein strukturelles Demonstratorbauteil im KFZ mit optimalem Recyclinganteil. Basierend auf den Ergebnissen und begleitenden Lebenszyklus- und Kostenanalysen werden Potenziale aufgezeigt und weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Kreislauffähigkeit faserverstärkter Kunststoffe im KFZ erarbeitet
