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Faserverbundwerkstoffe mit Epoxidharz galten bislang als Einwegmaterial: nicht einschmelzbar, nicht auflösbar, am Ende der Nutzungsdauer auf der Deponie oder im Verbrennungsofen. Empa-Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt haben gemeinsam mit dem Spezialchemie-Unternehmen Elantas, einer Tochter des deutschen Altana-Konzerns, einen Verbundwerkstoff entwickelt, der diesen Kreislauf durchbricht. Das Material ist flammhemmend und lässt sich vollständig recyceln.
Aufbau und Wirkprinzip
Der Werkstoff folgt einem Sandwich-Prinzip. Im Kern liegt eine Wabenstruktur aus Aramid, einem hitzeresistenten Hochleistungskunststoff. Ober- und unterhalb dieses Kerns liegen mehrere Lagen flach gewobener Glas- oder Kohlefasern. Verbunden werden alle Schichten mit Epoxidharz.
Das Besondere liegt im Harz selbst. Die Empa-Forscher haben einen phosphorhaltigen Zusatz entwickelt, der das Epoxid flammhemmend und gleichzeitig thermomechanisch recyclebar macht. Das bedeutet: Nach dem Aushärten lässt sich das Material unter definierten Bedingungen wieder erweichen und neu formen. Für Epoxid war das bisher nicht möglich.
Wird das ausgehärtete Sandwich mit dem richtigen Lösungsmittel und Wärme behandelt, lassen sich alle Komponenten sauber trennen: die Aramid-Waben, die Fasern und das Harz. Aramidfasern und Kohlefasern sind kostspielige Materialien, weshalb ihre Rückgewinnung auch wirtschaftlich relevant ist.
Brandschutzanforderungen im Fokus
Flugzeug- und Schienenfahrzeughersteller unterliegen strengen Brandschutzvorschriften. Innenverkleidungen, Strukturbauteile und Kabinenelemente müssen definierte Normen zur Flammhemmung erfüllen. Genau hier lag bislang ein Zielkonflikt: Leichte Verbundwerkstoffe mit guten mechanischen Eigenschaften ließen sich kaum mit den nötigen Brandschutzeigenschaften kombinieren, ohne beim Recycling Kompromisse einzugehen.
Die Empa-Forscher berichten, dass ihr Material die geltenden Brandschutzbestimmungen erfüllt und dabei mechanische Eigenschaften erreicht, die mit herkömmlichem Epoxid vergleichbar sind. Die Zugabe des phosphorhaltigen Moleküls verschlechtert die Werkstoffkennwerte demnach nicht wesentlich.
Skalierung als nächster Schritt
Die bisherige Arbeit war auf das Verstehen der Materialeigenschaften und das Erkunden der industriellen Eignung ausgerichtet. Der nächste Schritt ist die Skalierung, sowohl in der Herstellung als auch beim Recyclingprozess.
Elantas hat das Potenzial für die Luft- und Raumfahrt sowie den ballistischen Schutzbereich im Blick. Das Unternehmen sieht in der Kombination aus Brandschutz, Leichtbau und Rezyklierbarkeit einen Ansatz, der bisher nicht realisierbar war.
Parallel läuft an der Empa die Forschung an weiteren Einsatzfeldern. Sabyasachi Gaan, Leiter des Projekts im Labor Advanced Fibers, nennt den Energiesektor und den Baubereich als mögliche Zielgebiete für den flammhemmenden recycelbaren Kunststoff.
Was das für Einkauf und Produktion bedeutet
Für Hersteller in der Luft- und Schienenfahrt ist der Werkstoff noch nicht serienreif. Die Skalierung steht am Anfang. Dennoch sind zwei Aspekte für Produktions- und Einkaufsverantwortliche relevant.
Erstens: Der regulatorische Druck auf die Entsorgung von Verbundwerkstoffen steigt. Wer heute Komponenten aus Epoxid-Faserverbund verbaut, muss deren Lebensende einplanen. Ein recycelbares System verändert diese Kalkulation grundlegend.
Zweitens: Teure Fasermaterialien wie Aramid und Kohlefaser könnten bei konsequentem Recycling wieder in den Produktionsprozess zurückfließen. Das verändert Beschaffungskosten und Rohstoffabhängigkeiten, sobald entsprechende Mengen und Prozesse verfügbar sind.
Fazit
Die Entwicklung von Empa und Elantas schließt eine Lücke, die in der Verbundwerkstoffindustrie seit Jahren bekannt ist. Epoxid-Faserverbund mit Brandschutzeignung und vollständiger Recyclingfähigkeit gilt als technisch anspruchsvoll. Der vorgestellte Ansatz zeigt, dass beides kombinierbar ist. Bis zur industriellen Reife sind weitere Schritte nötig. Unternehmen, die heute Beschaffungs- oder Materialstrategien für die nächsten Jahre planen, sollten diese Entwicklung verfolgen.
