Modulare Fertigungslinie wandelt Thermoplastic-Polymere & Composites in Hochleistungs-Organosheet-Panels um

Cetim (Nantes, Frankreich) ist bereits bekannt für sein QSP (Quilted Stratum Process) zur industrialisierten Fertigung (< 1 Min Zykluszeit) von Thermoplastic-Composite-Teilen und für seine QSD (Quilted Stratum Design) Software, die solche Teile optimiert, einschließlich der Wiederverwendung von Produktionsabfall im Teil. Die dritte Schlüsseltechnologie ist eine modulare Fertigungslinie, um Thermoplastic-Abfall mit und ohne Faserverstärkung in Organosheet-Panels umzuwandeln, die wünschenswerte Eigenschaften und Kosten bieten.

Pilotlinie bei Cetim Grand Est

Dieser Thermoplastic-Composite-Recyclingprozess wurde von Cetim Grand Est (Mulhouse, Frankreich) entwickelt. Gegründet 1977 als Cetim Cermat, fusionierte es 2018 mit CRITT Matériaux Alsace, um technologische Unterstützung für Unternehmen in den Regionen Elsass-Lothringen und Champagne-Ardenne zu bieten. „Cetim Grand Est ist zuständig für Recyclingtechnologien für Polymere und Thermoplastic Composites“, erklärt Clément Callens, Geschäftsbereichsleiter bei Cetim Grand Est für das Mulhouse-basierte Industry-of-the-Future-Team, einschließlich Thermoplastic-Prozess und Online-Monitoring-Projekte. „Wir haben fünfzehn Mitarbeiter in dieser Abteilung und arbeiten mit Universitäten und Unternehmen aus einer breiten Palette von Branchen zusammen, um interdisziplinäre Teams für anspruchsvolle Probleme zu bilden.“

„Die Pilotfertigungslinie, die wir in Mulhouse eingerichtet haben, wurde entwickelt, um der Welt zu zeigen, dass dieser innovative thermomechanische Prozess zum Recycling von Produktionsabfällen möglich ist“, fährt Callens fort. „Diese Linie ähnelt QSP in der Philosophie: ein automatisiertes System, das flexibel und modular ist, was Unternehmen ermöglicht, die Technologie effizient und kosteneffektiv zu nutzen. Wir erhalten tatsächlich Abfall von der QSP-Linie in Nantes oder von anderen Kunden und werten ihn zu verschiedenen Organosheet-Materialien und -Panels auf, mit dem Ziel, die Integrität der Composites für höhere Leistung im Vergleich zu traditionellen Materialien und traditionellen recycelten Composites zu bewahren.“

Thermosaïc und ThermoPRIME

Die Linie kombiniert zwei separate Ansätze: Thermosaïc und ThermoPRIME.

Thermosaïc nimmt Thermoplastic-Composite-Produktionsabfall aus Schneiden und Trimmen (oder End-of-Life-Teilen), zerkleinert ihn grob und nutzt dann einen thermomechanischen Prozess, um die Schredder in Organosheet umzuwandeln. „Wir nennen es ein Composite-Strukturpanel“, sagt Callens, „aber es ist im Grunde wie Organosheet.“ Der Begriff Organosheet hat sich in Europa etabliert, um Gewebe-verstärkte Thermoplastic-Prepregs, Semipregs oder vorkonsolidierte Rohlinge zu beschreiben, die thermogeformt und umspritzt werden können. Thermosaïc-Produkte sind quasi-isotrop, und die Faserlänge wird so lang wie möglich gehalten, um mechanische Eigenschaften zu maximieren. „Sie liegen zwischen Kurzfaser-Platte und klassischem Organosheet“, merkt Callens an. „Ziel der Technologie ist ein guter Kompromiss zwischen Schreddergröße und Panel-Eigenschaften, denn man muss immer Leistung mit Kosten verbinden. Der Prozess muss flexibel und kosteneffektiv sein, also günstiger als Neumaterial.“

„Wir nutzen dieselbe Prozesslinie, um ThermoPRIME-Strukturpanels herzustellen“, erklärt er. „Es ist das gleiche Grundkonzept, aber bei diesem Ansatz beginnen wir mit unverstärktem Thermoplastic-Abfall oder End-of-Life-Teilen, die zu Folie recycelt wurden. Folien aus verschiedenen Materialien sind bereits am Markt erhältlich. Wir fügen dann jungfräuliche, natürliche, recycelte oder andere trockene Endlosfasern hinzu, um ein Organosheet herzustellen, das die gleichen Eigenschaften wie Neumaterial aufweist, aber zu geringeren Kosten. Die Faserimprägnierung nutzt einen kontinuierlichen Prozess, der günstiger ist als die Chargenverarbeitung von klassischem Organosheet.“

Demonstrationen, Kosteneinsparungen und Lieferkette

Bisherige Demonstrationen zeigten größere Kosteneinsparungen bei Hochleistungsthermoplasten wie PEEK (Polyetheretherketon) oder PPS (Polyphenylensulfid) im Vergleich zu Materialien wie PP (Polypropylen), die als Neumaterial bereits kostengünstig sind. Neben diesen Polymeren hat Callens' Team PA6 (Polyamid 6) verarbeitet und verschiedene glasfaserverstärkte Polymer-Recyclingprodukte entwickelt, in Zusammenarbeit mit Unternehmen wie Porcher (Eclose-Badinières, Frankreich) zur Herstellung von Thermosaïc- und ThermoPRIME-Panels. Das Team arbeitet auch an recycelten kohlenstofffaserverstärkten Polymer-Panels.

Wie sehen Sie die Entwicklung der Recycling-Lieferkette? „Wir arbeiten nun daran, diese Technologie in die Industrie zu transferieren, in Zusammenarbeit mit Tier-1-Zulieferern und Materialherstellern“, sagt Callens. „Cetim Grand Est arbeitet mit der Industrie an Proof-of-Concept- und Machbarkeitsstudien. Es arbeitet auch in Zusammenarbeit mit dem Maschinenhersteller-Partner daran, die Linie an spezifische Kundenbedürfnisse anzupassen und mit Kunden die optimalen Produktionsmodule und -parameter zu definieren.“

Thermosaïc und ThermoPRIME wurden auf der JEC World 2018 mit dem Innovation Award für Nachhaltige Entwicklung ausgezeichnet. Clément Callens soll am 12. Mai auf der JEC World 2020 (Paris, Frankreich) weitere Details zu dieser Technologie präsentieren.