Rezyklierbare hierarchische Verbundwerkstoffe: Ein neuartiger Weg zur orientierungserhaltenden Rückgewinnung von Carbonfasern
Quelle: BAM
In Rotorblättern von Windkraftanlagen werden zunehmend Kohlenstoff-Faserverstärkte-Kunststoffe (CFK) verwendet, da dieses Material hohe Steifigkeit mit geringem Gewicht verbindet. Dadurch lassen sich längere und leichtere Rotorblätter herstellen, die mehr Energie aus der stärkeren Windströmung in großer Höhe gewinnen können. Mit dem Einsatz dieser Verbundwerkstoffe wächst der Bedarf an nachhaltigen Lösungen für das Ende ihrer Lebensdauer. Recycling ist besonders wichtig, da die Herstellung von Carbonfasern äußerst energie- und kostenintensiv ist, während ihre Rückgewinnung nur einen Bruchteil davon erfordert.
Ein wesentlicher Nachteil heutiger Recyclingverfahren ist, dass die zurückgewonnenen Fasern kurz, einzeln und ungerichtet sind. Da die Faserausrichtung entscheidend für die Festigkeit eines Verbundwerkstoffs ist, eignen sich solche recycelten Fasern nicht für Hochleistungsanwendungen wie Rotorblätter. Für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft müssen daher Verfahren entwickelt werden, die Faserlänge und -ausrichtung erhalten.
Im Fachbereich „Polymere Verbundwerkstoffe“ der BAM haben Dr. C. Rodricks, Dr. G. Kalinka und Prof. V. Trappe ein neues Verfahren entwickelt, bei dem die Kohlenstofffasern auch nach mehreren Recyclingzyklen ausgerichtet und intakt bleiben. Dabei werden ausgerichtete Carbonfasern z. B. im Pultrusionsverfahren industriell und kostengünstig in ein nicht recycelbares Epoxidharz als Tape eingebettet. Diese werden anschließend mit einer löslichen, recycelbaren Sekundärmatrix zu größeren Strukturen verklebt. In dieser Studie wurde Elium© eingesetzt, ein recycelbares Polymer auf PMMA-Basis mit vergleichbaren Eigenschaften zu Epoxidharzen. Zum Recycling kann die Elium-Matrix chemisch aufgelöst werden, sodass die Tape-Einheiten mit ursprünglicher Faserstruktur vollständig zurückgewonnen werden können.
Das Konzept wurde über drei Recyclingzyklen getestet. Die recycelten Laminate erreichten etwa 60–90 % der Tragfähigkeit von CFK-Epoxid-Volllaminaten, was das Potenzial des Ansatzes verdeutlicht. Als Proof-of-Concept besteht noch Optimierungspotenzial, etwa durch Anpassung von Geometrie, Oberflächenbehandlung sowie Trocknungs- und Aushärtungsparametern. Diese Verbesserungen könnten die mechanische Performance steigern und die vollständige Rezyklierbarkeit erhalten. Die Arbeit zeigt einen Weg zu nachhaltigeren Hochleistungsverbundwerkstoffen und unterstützt ökologische und wirtschaftliche Ziele durch Abfallreduktion und Ressourcenerhalt.
Novel Recyclable Hierarchical Carbon Fiber/Epoxy Composites: Preserving Fiber Length and Orientation Using Elium
Carol Winnifred Rodricks, Annabell Prockat, Gerhard Kalinka, Volker Trappe
Polymer Composites, 2026