Recy / InfraPolymer – UpcycMatPro Materialrezepturen für das Upcycling von PA- und EVA-Abfällen
Projektleiter: Dr. Michael Gladitz
Projektnummer: BMWK / ZIM, 16KN085937
Laufzeit: 15.09.2019 – 14.02.2022
Aufgabenstellung
Ziel war es, die wissenschaftlich-technischen Grundlagen für ein werkstoffliches Upcycling von Polyamid (PA6, PA12) und Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymer (EVA)-Abfällen aus dem europäischen Bahnnetz zu erforschen und die Verwendung als Alternative zu Neuware in verschiedenen Anwendungen zu ermöglichen. Hierzu wurde eine ganzheitliche Betrachtung der Prozesskette von der Formulierung, Additivierung, Aufbereitung und Veredelung (Compoundierung) bis zum fertigen Bauteil (Spritzgießen und Spritzschäumen) im Projektverbund durchgeführt und material- und recyclingspezifische Anpassungen und Optimierungen erforscht und im technischen Maßstab skaliert – sowohl in Bezug auf einzusetzende Additive (Verstärkungsfasern, Vernetzer, Schäumer, Synergisten) als auch die spezifischen Verfahren (neue Material-und Werkzeugkonzepte, intelligente Prozessüberwachung), insbesondere im Hinblick auf die Herstellung dickwandiger Bauteile. Hierdurch sollte ein maßgeblicher Beitrag zur Klima- und Ressourcenschonung im Sinne des Kreislaufwirtschaftsgesetzes der EU geleistet werden.
Ergebnisse
Die Analysen an verschiedenen entwickelten und untersuchten Materialrezepturen sowie prototypischen Mustern und Bauteilen weisen für rEVA und rPA6/GF30 eine hohe Materialqualität nach entsprechender Anpassung bezüglich der Aufbereitungsstrategie (Absenkung an Verunreinigungen, wie Rost, Metallabrieb aus dem Schredderprozess und Schmierstoffen) und der Verarbeitungsparameter auf. So weisen Bauteile aus 100 % Rezyklat von rPA6/GF30 eine gute Schlagzähigkeit (nach optimierter Konditionierung) und einen hohen E-Modul auf. Auch das Brandverhalten und der Durchgangswiderstand sind dem von Neumaterial vergleichbar. Der Einsatz von Kettenverlängerern wirkt dabei im Fall von Polyamid antagonistisch auf die Bruchspannung. Eine Konditionierung und nachträgliche Temperung (Nachkondensation) kann im Fall von Polyamid (rPA6/GF) eine generelle Verbesserung sowohl der intrinsischen Viskosität als auch der mechanischen Eigenschaften bewirken.
In Laborversuchen konnten die besten Ergebnisse bei einer Temperung für 24 h bei 170°C erzielt werden. Der zusätzliche Einsatz von speziellen Additiven, wie Clay, kann ebenfalls zu einer deutlichen Anhebung der mechanischen Eigenschaften beitragen. Eine signifikante Anhebung des Bruchspannungsniveaus wird hierdurch aber nicht bewirkt. Das Upcyclingpotenzial der entwickelten rPA6-Rezepturen wurde an spritzgegossenen Winkelführungsplatten aus 100 % Rezyklat demonstriert, deren Eigenschaften die Anforderungen der DB-Normen erfüllten. Ebenso die darüber hinaus, in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern, qualifizierten rEVA-Rezyklatrezepturen zeigten insbesondere hinsichtlich des Schaumspritzgießens vielversprechende Eigenschaften und erreichten nahezu das mechanische Niveau von Neuware.
Anwendung
Das Ziel, spezifische Materialrezepturen zum Upcycling von Abfällen aus dem europäischen Bahnnetz zu entwickeln, konnte für die Fraktionen PA6 und EVA erfolgreich demonstriert werden. Wie anhand verschiedener Bemusterungen der Rezepturen bei den beteiligten Verbundpartnern gezeigt werden konnte, sind die Rezyklate unter anderem für Anwendungen im Bahn- oder Baubereich sehr vielversprechend, z.B. als Winkelführungsplatten (rPA6/GF) oder als Dämpfungsmatten/-elemente (rEVA-Schaum).
