Mechanisches Recycling von In-situ-Pultrusions-Profilen am Beispiel der Materialkombination PA6 und Glasfaser

Faserverstärkte Thermoplaste gewinnen durch Eigenschaften wie die Umformbarkeit, die Schweißbarkeit und eine vereinfachte Rezyklierung zunehmend an Bedeutung für den Leichtbau. Zu einem ganzheitlichen Entwicklungsansatz neuer Werkstoffe gehört auch die Betrachtung und Optimierung der Rezyklierbarkeit, was Thema dieser Arbeit ist. Aktuell forscht das Fraunhoder ICT an der Herstellung von kontinuierlich faserverstärkten Profilen mittels reaktiver Pultrusion auf Basis von ϵ-Caprolactam. Im Rahmen dieser Forschung hergestellte Profile der Materialkombination PA6 und Glasfaser (81 Gew.-%) sollen in dieser Arbeit ein mechanisches Recycling durchlaufen und im Spritzgussprozess verarbeitet werden. Die Verwertung von PA6-GF-Werkstoffen, die im Spritzguss eingesetzt werden ist bereits weitestgehend erforscht. Studien, die die mechanische Rezyklierung von Werkstoffen mit einer den Pultrusions-Profilen ähnlichen Zusammensetzung untersuchen, weisen dagegen keine breit gefächerten Schwerpunkte auf. In den bekannten Forschungsarbeiten wird Mahlgut aus Organoblechen mit Fasergehalten von bis zu 67 Gew.-% in unterschiedlichen Anteilen mit Neuware vermischt. Eine Veränderung des Rezyklatanteils bedeutet somit auch eine Variierung des Glasfasergehaltes. Auch die Notwendigkeit einer Fraktionierung des Mahlgutes wird nicht intensiv diskutiert. Um obige Wissenslücken zu schließen, wird insbesondere untersucht, ob eine Fraktionierung des Mahlgutes sinnvoll ist, wie der Rezyklatanteil (bei konstantem Fasergehalt) und Additive die Charakteristik des Regenerats beeinflussen.Hierzu werden glasfaserverstärkte Pultrusionsprofile zerkleinert und die entstandenen Fraktionen, sowie das ungetrennte Mahlgut in unterschiedlichen Anteilen mit Neuware zu einem PA6-GF30-Regenerat vermengt. Zudem wird untersucht wie eine direkte Verarbeitung im Spritzguss ohne vorherige Extrusion oder Additive die Materialcharakteristiken beeinflussen. Die Auswertungsergebnisse zeigen, dass Regenerate auf Basis des ungetrennten Mahlguts und der Grobfraktion sehr ähnliche Eigenschaften besitzen. Zudem zeigt sich, dass der Einsatz von hitzestabilisierenden Additiven und die direkte Verarbeitung im Spritzguss die verarbeitungsinduzierte Materialschädigung minimieren und zu besseren mechanischen Kennwerten führen. Der Rezyklatanteil beeinflusst insbesondere die Schlagzähigkeit der Regenerate. Die stark abnehmende Zähigkeit der Regenerate mit zunehmendem Rezyklatanteil ist dem Faserdurchmesser des Rezyklats geschuldet. Die Zugeigenschaften von Regeneraten auf Basis der Grobfraktion und des ungetrennten Mahlguts werden nur gering vom Rezyklatgehalt beeinflusst und sind nahe denen der Neuware.

Fiber-reinforced thermoplastics are becoming increasingly important for lightweight construction due to properties such as formability, weldability and simplified recycling. A holistic approach to the development of new materials also includes consideration and optimization of recyclability, which is the subject of this thesis. Currently, the Fraunhoder ICT is conducting research into the production of continuous fiber-reinforced profiles by means of reactive pultrusion based on ϵ caprolactam. Profiles produced as part of this research using the material combination PA6 and glass fiber (81 wt.-%) are to undergo mechanical recycling in this work and be processed in the injection molding process. The recycling of PA6-GF materials used in injection molding has already been widely researched. Studies investigating the mechanical recycling of materials with a composition similar to pultrusion profiles, on the other hand, do not have a broad focus. In the known research work, regrind from organic sheets with fiber contents of up to 67 wt-% is mixed with virgin material in varying proportions. A variation in the recycled content thus also means a variation in the glass fiber content. The need for fractionation of the regrind is also not intensively discussed. In order to close the above knowledge gaps, it will be investigated in particular whether fractionation of the regrind is useful, how the recyclate content (at constant fiber content) and additives influence the characteristics of the reclaim. For this purpose, glass fiber-reinforced pultrusion profiles are comminuted and the resulting fractions, as well as the unseparated regrind in different proportions, are blended with virgin material to form a PA6-GF30 reclaim. In addition, it is investigated how direct processing by injection molding, without prior extrusion, and additives influence the material characteristics. The evaluation results show that reclaims based on the unseparated regrind and the coarse fraction have very similar properties. In addition, it is shown that the use of heat-stabilizing additives and direct processing in injection molding minimize processing-induced material damage and lead to better mechanical properties. The recyclate content particularly influences the impact strength of the reclaims. However, the strongly decreasing toughness of the reclaims with increasing recyclate content is due to the fiber diameter of the recyclate. The tensile properties of reclaims based on the coarse fraction and the unseparated regrind are only slightly influenced by the recyclate content and are close to those of virgin material.