Chinas CCIC entwickelt Technologie zur hochwertigen Kreislaufführung von 12k-48k Carbonfaserabfällen

de.wedoany.com-Bericht: Das Team um Professor Yi Xiaosu vom Yangtze River Delta Technology Innovation Center for Carbon Fibre and Composites (CCIC) hat eine vollständige Recycling- und Wiederaufbereitungstechnologie vorgestellt, die sich den vier zentralen Herausforderungen der Carbonfaserindustrie widmet: hohem Energieverbrauch, hohen CO₂-Emissionen, hohen Rohstoffkosten sowie der minderwertigen, absteigenden Verwertung von Abfallmaterialien.

Die Herstellung von einem Kilogramm primärer Polyacrylnitril- (PAN-) basierter Carbonfaser erfordert 318,2 Megajoule Energie und verursacht nahezu 20 Kilogramm CO₂-Emissionen; die Produktionsphase macht etwa 60 % der Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus von Verbundwerkstoffen aus. Derzeit entfallen auf China mehr als 50 % der weltweit in Betrieb befindlichen Carbonfaser-Kapazitäten, und die Branche steht unter dem Druck, zu einem kohlenstoffarmen Modell überzugehen. Der Verkaufspreis von 11 bis 17,5 US-Dollar pro Kilogramm für Primärcarbonfaser stellt zudem ein Kostenhindernis für den großflächigen Einsatz im Automobil-Leichtbau dar. Herkömmliche Recyclingverfahren liefern hingegen nur minderwertige Produkte wie Spritzguss-Formmassen aus Kurzfasern und Kurzschnitt-Rovingsmatten, wodurch die Materialien nur schwer wieder in hochwertige Wertschöpfungsstufen wie Carbonfasergewebe und Prepregs zurückgeführt werden können.

Das zentrale technologische Ergebnis dieser Veröffentlichung ist ContRGF. Dieses Patent kann Abfall-Kurzfasern aus Carbon in kontinuierliche Filamentgarne umwandeln, die ein Spektrum von 12k bis 48k abdecken; die resultierenden Fasern weisen eine Zugfestigkeit von 2,0 bis 3,5 GPa und einen Elastizitätsmodul von 200 bis 350 GPa auf und entsprechen damit dem chinesischen Industriestandard für Großfilament-Carbonfasern. Durch die Kombination von ContRGF mit dem im chinesisch-europäischen Kooperationsprojekt ECO-COMPASS entwickelten Kolophonium-basierten Bio-Epoxidharz lässt sich der umweltfreundliche Verbundwerkstoff ContRPMC herstellen. Dieser grüne Verbundwerkstoff kann zudem durch milde katalytische Depolymerisation freigesetzt werden, um hochwertige Komponenten zu gewinnen und so eine Kreislaufwirtschaftskette zu bilden. Das Team hat bereits die Fertigungserprobung und Validierung von Leichtbauteilen für die Automobilindustrie sowie von Strukturbauteilen für die Luft- und Raumfahrt abgeschlossen.

CCIC gibt an, dass ContRGF-Gewebe mit gängigen Fertigungsverfahren für Verbundwerkstoffe wie Handlaminieren, Formpressen, Vakuumformung und RTM-Flüssigimprägnierung kompatibel sind und ohne größere Umbauten in bestehenden Produktionslinien eingesetzt werden können. Die Zielmärkte umfassen Automobile, Schienenfahrzeuge, Schiffe, Unterhaltungselektronik, Sportartikel und Flugzeuginnenausstattungsteile.

Derzeit hat CCIC bereits eine erste katalytische Depolymerisationsanlage im Labormaßstab errichtet, die mit maßgeschneiderten Behandlungskammern ausgestattet ist, um Verbundwerkstoffabfälle unterschiedlicher Geometrien und Größen aufzunehmen und eine ganzheitliche Bauteilrückgewinnung zu ermöglichen; zudem wurde eine Pilotlinie zur Herstellung von Regenerat-Carbonfasergeweben in Betrieb genommen, die für die Kleinserienproduktion von ContRGF-Geweben und Prepregs dient.

Das Team hat kürzlich einen Demonstrator einer Motorhaube aus Hybrid-Verbundwerkstoff gefertigt. Wie Professor Yi Xiaosu, CEO von CCIC, erläuterte, verwendet dieser Demonstrator für die äußere Deckschicht primäre Carbonfasergewebe, um eine Class-A-Oberflächenqualität zu gewährleisten, während der innere Strukturkern hauptsächlich aus ContRGF besteht; das Verhältnis von Primär- zu Regeneratfasern liegt bei etwa 1:2 bis 1:3, wodurch Oberflächenqualität, mechanische Eigenschaften und Kosten gleichermaßen berücksichtigt werden. Neben der Motorhaube hat das Team außerdem verschiedene Prototypen von Automobilkomponenten und nicht-strukturellen Verbundwerkstoffbauteilen für Flugzeuge entwickelt.

Dr. Liu Ziqian, Direktor für Industrie-Kooperationen bei CCIC, erklärte, dass dies einen neuen Umsetzungsweg für die kostengünstige, kohlenstoffarme Kreislaufnutzung von Epoxid-Verbundwerkstoffen eröffne. In der Folge werde man die technologische Reife weiter vorantreiben und gemeinsam mit Wertschöpfungskettenpartnern im In- und Ausland Marktchancen für Regenerat-Carbonfaser-Verbundwerkstoffe erschließen.

Im November 2025 hat CCIC eine strategische Kooperationsvereinbarung mit Michelin (Shanghai) Polymers Co. unterzeichnet, um gemeinsam Forschung, Entwicklung und Industrialisierung von biobasierten, ungiftigen Hochleistungs-Harzsystemen voranzutreiben.