Energieverbrauch beim Recycling von glasfaserverstärkten thermoplastischen Composites: Eine Gegenüberstellung des einstufigen und zweistufigen Spritzgießcompoundierens

In der heutigen Zeit sind Energieeinsparungen zu einem essenziellen Thema geworden, da sich dies positiv auf die Umwelt sowie auch auf die Herstellkosten auswirken. Des Weiteren ist auch das Recycling aus ökonomischer und ökologischer Sicht eine wichtige Thematik, vorallem in Bezug auf die Ressourcenschonung. Aus diesem Grund erfordert die steigende Produktion von Kunststoffen ein effizientes und nachhaltiges Recycling. Besonders glasfaserverstärkte thermoplastische Komposite (GFTC) gelten als wichtige Werkstoffe für den Leichtbau, da die Verstärkung die mechanischen Eigenschaften verbessert und gleichzeitig das Gewicht gering bleibt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden das einstufige und zweistufige Spritzgießcompoundieren hinsichtlich ihres energetischen Leistungsverbrauchs verglichen. Während der klassische zweistufige Prozess aus separatem Compoundieren mit Granulieren und anschließender Weiterverarbeitung durch Spritzgießen besteht, werden im einstufigen Verfahren beide Schritte miteinander kombiniert. Durch das einmalige Aufschmelzen der Polymere sollte der Leistungsverbrauch reduziert und die thermische Belastung des Materials minimiert werden. Ziel war insbesondere die Untersuchung, ob durch die Zusammenführung der Prozesse eine messbare energetische Verbesserung gegenüber dem zweistufigen Verfahren erreicht werden kann. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurden verschiedene Versuchsreihen mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen und Prozessparametern durchgeführt. Für die Analyse der Energiedaten wurden fünf Versuchsreihen herangezogen. Mittels deskriptiver Statistik und Signifikanzanalysen konnten die aufgezeichneten Leistungsdaten hinsichtlich der Auswirkungen von Materialzusammensetzung und Prozessparametern analysiert werden. Beim Compoundieren zeigten sich erwartungsgemäß keine signifikanten Unterschiede, mit Ausnahme von zwei Materialzusammensetzungen, bei denen eine nicht aktivierte Kühlung und deren Folgen zu Abweichungen führte. Bei den übrigen Materialzusammensetzungen konnten keine nennenswerten Unterschiede festgestellt werden, da die Prozessparameter beim Extruder nicht verändert wurden. Deutlichere Unterschiede traten bei der Spritzgießmaschine auf. Im einstufigen Spritzgießcompoundieren wurde das Material der Maschine bereits vollständig aufgeschmolzen zugeführt, wodurch sich rheologische Effekte bemerkbar machten und der Motorleistungsverbrauch signifikant erhöht wurde. Durch Temperaturerhöhung der Zylinderheizung wurde anfangs davon ausgegangen, dass die Heizleistung steigen müsste. Dies konnte anhand der Analyse nicht nachgewiesen werden. Die Gegenüberstellung der beiden Prozessvarianten verdeutlichte, dass für eine präzisere Bewertung die bestehenden Prozessinstabilitäten behoben und die Prozessparameter vereinheitlicht werden müssten. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass Energieeinsparungen möglich wären. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern eine Grundlage für zukünftige Forschungsvorhaben und tragen dazu bei, die Kunststoffverarbeitung energieeffizienter und nachhaltiger zu gestalten.