Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWSDie Faserverbundherstellung boomt – doch bei der Produktion von UD-Tapes fallen bis zu 15 Prozent des Materials als Randschnittabfall an. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS möchte dies gemeinsam mit Partnern ändern: Im Forschungsprojekt »ReTape« wird ein Verfahren entwickelt, um diese Randschnitte direkt in den Produktionsprozess zurückzuführen. Durch mehrstufige Zerkleinerung, gravimetrische Dosierung und Einbindung in den Compoundierextruder sollen die Randstreifen in kurzfaserverstärkte Compounds für den Spritzguss überführt werden.
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) ermöglichen erhebliche Gewichtsreduzierungen bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Steifigkeit. Unidirektionale endlosfaserverstärkte Halbzeuge, sogenannte UD-Tapes, bieten für solche Leichtbaulösungen ein besonders großes Potenzial. Doch bei ihrer Produktion entstehen an den Rändern der breiten Bahnen sogenannte Randabschnitte. Diese schmalen Streifen enthalten wertvolles Fasermaterial und hochwertige Polymere, doch sie werden bisher als Abfall entsorgt oder allenfalls in minderwertigen Anwendungen wiederverwendet.
Bisher bis zu 15 Prozent Randschnittabfall
»In der industriellen Praxis fallen bei der UD-Tape-Produktion bis zu 15 Prozent des Materials als Randschnittabfall an. Das ist nicht nur volkswirtschaftlich fragwürdig, sondern steht auch im Widerspruch zu den Nachhaltigkeitszielen der Industrie«, erklärt Benjamin Tillner, Projektleiter am Fraunhofer IMWS. »Wir sehen hier ein erhebliches Potenzial, durch intelligente Recyclingverfahren sowohl Ressourcen zu schonen als auch Produktionskosten zu senken.« Profitieren könnten Branchen wie die Automobilindustrie, die Luftfahrt, die Windenergiebranche und der Schiffbau, die neue Ansätze für eine nachhaltigere Produktion suchen – auch angesichts steigender Preise für hochwertige Rohstoffe wie Glas- und Carbonfasern.
Projektziel: direkte Wiederverwertung von UD-Tape-Randschnitten im Produktionsprozess
Im Forschungsprojekt »ReTape« wollen die Kurt Seume Spezialmaschinenbau GmbH, die Ematik GmbH und das Fraunhofer IMWS deshalb ein Verfahren zur Inline-Wiederverwertung von UD-Tape-Randschnitten im laufenden Produktionsprozess entwickeln. Dabei sollen die zerschnittenen Randstreifen direkt als Rohmaterial für faserverstärkte Spritzgusscompounds mit exakt definierten Faseranteilen dienen.
Zentral ist dabei die Frage, wie sich die Randschnitte mechanisch aufbereiten, dosieren und gleichmäßig in den Herstellungsprozess zurückführen lassen, ohne die Qualität der entstehenden Produkte zu beeinträchtigen. Die Herausforderung besteht darin, die Faserlänge und -orientierung zu erhalten, eine homogene Verteilung im Polymer zu gewährleisten und die Prozessparameter so anzupassen, dass ein konstanter Fasermasseanteil im Compound gewährleistet werden kann.
»Es geht uns nicht um Downcycling, also um die Umwandlung in minderwertige Produkte. Wir wollen geschlossene Materialkreisläufe schaffen, bei denen die Qualität des Ausgangsmaterials erhalten bleibt«, betont Tillner. »Das erfordert ein tiefes Verständnis der Materialeigenschaften und präzise Verfahrenstechnik.«
Definierte Faseranteile statt inhomogener Schredderfraktionen
Bisherige Ansätze zur Verwertung von FVK-Abfällen konzentrieren sich auf energetische Verwertung durch Verbrennung oder mechanisches Recycling zu Fasergranulaten oder Mahlgut mit veränderlichen Fasergewichtsanteilen. Das »ReTape«-Projekt geht einen wesentlichen Schritt weiter. Die Randabschnitte werden mittels der im Projekt entwickelten Prozesstechnik zu hochwertigen Spritzgusscompounds verarbeitet und sollen einen konstanten Faseranteil beinhalten. Die technologische Lösung soll hierbei als Ergänzungssystem für bestehende Extrusions- und Compoundiersysteme fungieren, die sich auf bereits existierende Anlagen adaptieren lässt. Ferner stellen die Taperandabschnitte nur die erste Evolutionsstufe dar und sollen durch jegliche, im UD-Tapeweiterverarbeitungsprozess anfallende Zwischenprodukte und Halbzeuge ergänzt werden. Durch diesen Ansatz soll es möglich werden, kosten- und energieintensive Rohstoffe direkt rückzuführen und auf zusätzliche Anlagen zum Recycling zu verzichten.
Die Randschnittmaterialien werden zunächst detailliert analysiert, etwa hinsichtlich Faserorientierung und mechanischen Eigenschaften. Auf dieser Basis entwickeln die Partner das Zerkleinerungs- und Dosiersystem, dass eine gleichmäßige Zuführung sicherstellen muss, um Verstopfungen oder Schwankungen im Prozess zu verhindern. Dafür wird eine entsprechende Steuerungs- und Automatisierungstechnik für den Extrusionsprozess entwickelt. Die hergestellten Materialien werden abschließend umfassend charakterisiert und die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen erforscht, um daraus wiederum Empfehlungen für robuste Prozessparameter ableiten zu können.
Das Fraunhofer IMWS bringt insbesondere seine Kompetenzen zur Verfahrensentwicklung, in der umfassenden Charakterisierung der Recyclingmaterialien und in der Entwicklung von Qualitätssicherungsmethoden ein. Dabei kommen moderne Prüf- und Simulationstechniken zum Einsatz. Am Fraunhofer Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und Polymerverarbeitung (PAZ) in Schkopau können die Forschungsergebnisse direkt an industrienahen Anlagen erprobt werden, um einen schnellen Transfer in Richtung Serienfertigung zu unterstützen.
(5. Mai 2026)