Recycelte Verbundwerkstoffe aus PLA- und Kohlenstofffaser-Abfällen

Forscherinnen und Forscher der Universität der Vereinigten Arabischen Emirate Forschen an einem neuen Weg zur Herstellung von recycelten Verbundwerkstoffen. Diese sollen aus Resten von 3D-gedrucktem PLA und Kohlefaserabfällen gewonnen werden.

Mit dem stätig steigenden Bedarf an Kunststoffen und dem damit zusammenhängenden Anstieg an umweltschädlichen Abfällen, die für Menschen und das gesamte Ökosystem eine Herausforderung darstellen, gab es auch eine immer stärkere Bewegung in Richtung “Grüner Alternativen”. Diese sind häufig recycelte Verbundwerkstoffe, die aus Resten von PLA hersgestellt werden.

Die Nachfrage an Verbundwerkstoffen hat in den letzten Jahren ebenfalls zugenommen, wobei Kohlefaserverstärkungen eine gängie Wahl für die konventionelle, als auch für die additive Fertigung sind. Dessen Reste sind jedoch, ähnlich wie bei Polymeren, ein nicht zu unterschätzender Teil des Abfallproblems.

Forscherinnen und Forschern aus den Vereinigten Arabischen Emirten wollen nun einen Weg gefunden haben, beide diese Probleme relativ einfach zu lösen und zeitgleich den Materialbedarf des Verbundstoffsektors zu decken.

Kohlenstofffaser-verstärktes PLA

Polymilchsäure (PLA) wird durch die Zuckerfermentation mit Hilfe von Milchsäure hergestellt und war früher gedacht als eine Alternative zu erdölbasierten Polymeren. In der Theorie sind diese zwar biologisch abbaubar, häufig dauert dies in der Natur jedoch sehr lange. Zudem ist PLA das in der Industrie am häufigsten verwenderte Polymer im Desktop-3D-Druckbereich und auch bei einer Vielzahl von anderen Anwendungen, z.B. bei Verpackungen.

Leider weißt PLA trotz seiner leichten Verarbeitung und kostengünstigkeit auch Nachteile im Bereich thermische Eigenschaften und mechanische Stabilität auf. Eine Möglichkeit diese Eigenschaften zu verbessern, ist die Zugabe von Kohlefaserverstärkungen.

Wie gut sind die recycelten Verbundstoffe?

Zur Herstellung sammelte das Team der VAE zuerst Reste von PLA aus Prototyping Labors der Universität für die Polymer-Komponente und Abfälle von CF-Prepreg-Platten und Kohlenstofffaserplatten für die Kohlenstofffaser-Komponente. Diese wurden anschließend zerkleinert, gemahlen und gemischt, so dass sie schließlich mit Zusatzstoffen unterschiedlicher Prozentsätze schmelzgemischt werden konnten. Das Ergbenis wurde zu Hundeknochen-Proben gepresst und mittels Universalprüfmaschine geprüft.

So konnte ermittelt werden, dass die Kohlenstoffaser-Verstärkungen das PLA im Bereich Festigkeit verbessern, wobei der Verbundwerkstoff mit 20 % Kohlenstofffasern die höchste Streckgrenze aufwies. Höhere Verstärkungsanteile wirken sich jedoch negativ auf die Duktilität des Materials aus.

Diese Arbeit hat gezeigt, dass PLA und Kohlenstofffaser gleichzeitig recycelt werden können und damit eine “Grüne Alternative” geboten werden kann, dessen Eigenschaften sogar leicht angepasst werden können. Die Autoren der Studie hoffen, dass ihr Projekt andere Forscherinnen und Forscher inspieriert, andere Methoden zur effizienteren Herstellung von recycelten Verbundwerkstoffen zu finden.

Die vollständige Arbeit finden Sie hier.