Ein Team von Forschern der Universität der Vereinigten Arabischen Emirate (UAEU) untersuchte das Recycling des 3D-Drucker-Materials PLA und Kohlefaserabfällen. Ziel ihrer Forschungen ist es aus recycelten Materialien grüne Verbundwerkstoffe mit einstellbaren Eigenschaften zu entwickeln. Wir stellen ihre Arbeit vor.

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Ein Team von Forschern der Universität der Vereinigten Arabischen Emirate untersuchen die Entwicklung von recycelten Verbundmaterialien anhand von übrig gebliebenem 3D-gedrucktem PLA und Kohlefaserabfällen. Plastik, ein Material, das seinen Ursprung vor über einem Jahrhundert fand, wurde anfangs nur begrenzt eingesetzt. Mit dem zweiten Weltkrieg stieg der Verbrauch dieses Materials rasant an.

Heute ist es so, dass die hohe Menge an Plastik unsere Umwelt sehr belastet und sich viele Unternehmen und Forscher Gedanken über die Reduktion des Einsatzes von Plastik machen. Viele grüne Initiativen wurden aus dem Boden gestampft, mit dem Ziel einer nachhaltigeren Gesellschaft. Das Recycling von Plastik, bei dem Polymere wie 3D-gedruckter PLA-Abfall für neue Anwendungen wiederverwendet werden, ist eine davon. Die Nachfrage nach Verbundwerkstoffen, bei denen Kohlefaserverstärkungen in der konventionellen Fertigung sowie im 3D-Druck in der Automobil-, der Luft– und der Raumfahrtindustrie erhöht das bestehende Abfallproblem.

Das Problem

Die Forscher der UAEU wollen beide Probleme auf einen Schlag lösen. Es ist ihnen gelungen, zwei verschiedene Abfallströme wiederzuverwenden, um den Materialbedarf des Verbundwerkstoffsektors zu decken. Ihre Arbeit haben die Forscher in einem Artikel mit dem Titel „Carbon Fiber/PLA Recycled Composite“ vorgestellt.

Das biobasierte Polymer PLA (Polymilchsäure) sollte ursprünglich eine umweltfreundliche Alternative zum erdölbasierten Polymer darstellen. Es lässt sich jedoch nur in industriellen Anlagen kompostieren, weshalb die Bath University eine Methode entwickelt hat, mit der sie PLA-3D-Druck-Material auch mit UV-Licht biologisch abbaubar machen. In seiner reinen Form bietet PLA eine schlechte thermische und mechanische Stabilität und ist nicht für Hochleistungsanwendungen geeignet. Die Ergänzung von Kohlefaserverstärkungen verbessert diese Eigenschaften.

PLA und Kohlenstofffasern recyceln

Bild aus der Forschungsarbeit
Sie vermischten Proben von geschredderten Kohlefaserabfällen (a und c) mit PLA-Abfällen (b) und mischten sie in einem Doppelschneckenextruder (d) (Bild © Universität der VAE).

Die Forscher der Universität der VAE sammelten 3D-gedrucktes PLA aus Prototyping-Laboren der Universität. Sie verwendeten Abfallmaterial von CF-Prepreg-Platten und Kohlefaserplatten, um Kohlefaserelemente der Verbundwerkstoffe zu erhalten. Der PLA- und Kohlefaserabfall wurde zerkleinert, gemahlen, gemischt und in unterschiedlichen Prozentsätzen von Additiven schmelzgemischt. Anschließend pressten sie die Formulierungen zu Dogbone-Proben und verwendeten eine Testmaschine, um die mechanische Leistung der recycelten Verbundwerkstoffe zu charakterisieren.

Es zeigte sich, dass der Prozentsatz der Additive und die Art des Füllstoffs einen Einfluss auf die mechanische Leistung hatten. Ein Verbundstoff aus 20 % Kohlenstofffasern hatte zum Beispiel ein höheres Elastizitätsmodul als der Verbundstoff aus 20 % Kohlenstoffasern und Prepreg-Folie. Die Kohlefaserverstärkungen verbesserten die Festigkeit des PLA. 20-prozentiger Kohlefaserverbundstoffe boten die höchste Streckgrenze. Höhere Verstärkungsprozentsätze wirkten sich negativer auf die Duktilität des Materials aus. Sie konnten somit PLA und Kohlenstofffasern gleichzeitig recyceln, um grüne Verbundwerkstoffe mit einstellbaren Eigenschaften zu entwickeln. Die Forscher hoffen, dass ihre Arbeit der Industrie dabei hilft, effizientere Methoden zur Herstellung von recycelten Verbundwerkstoffen zu finden.

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