QB3R - QS-gefertigte Hochleistungsbauteile auf Basis 100% biobasierter Rohstoffe mit hohem Reparatur- und Recyclingpotential

Ziel des QB3R Vorhabens ist die Entwicklung eines Epoxidharzsystems mit 100% biobasiertem Kohlenstoffanteil. Das QB3R-Harz wird sich mit verschiedenen Verarbeitungstechniken qualitätsgesichert zu Hochleistungsbauteilen für langlebige Sachgüter verarbeiten lassen. Die Reparatur- und Recyclingfähigkeit sowie der ökologische Nutzen der biobasierten Materialien wird erforscht und verifiziert.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation

Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (FKV) bieten sich in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen als Werkstoffe für langlebige Sachgüter an. FKV können als Leichtbaumaterialien in höchster Vollendung eingesetzt werden und liefern damit einen hervorragenden Beitrag zur Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die FKV mit Naturfasern als Verstärkungsmaterial und biobasierten Kunststoffen als einhüllendes Matrixmaterial verwendet werden. Während Naturfasern bereits vielfältig eingesetzt werden, sind die für langlebige Sachgüter benötigten duromeren Harzsysteme bislang und bestenfalls nur als teilweise biobasierte Materialien verfügbar. Im Bereich der Hochleistungsharze werden derzeit weit überwiegend petrochemisch hergestellte Epoxidharze auf Basis von Bisphenol-A verwendet, ein Harzsystem, welches aufgrund toxikologischer Bedenken zunehmend zur Diskussion gestellt wird.

Ziele/Herausforderung

Das gegenständliche Vorhaben „QS-gefertigte Hochleistungsbauteile auf Basis 100% biobasierter Rohstoffe mit hohem Reparatur- und Recyclingpotential" (kurz: QB3R) zielt darauf ab Epoxidharzsysteme mit einem biobasierten Kohlenstoffanteil von 100% zu entwickeln. QB3R-Harze sollen in ihren Bestandteilen toxikologisch unbedenklich sein und sich mit einer breiten Palette an Verarbeitungstechniken qualitätsgesichert zu Hochleistungsbauteilen für langlebige Sachgüter verarbeiten lassen. Sie sollen der Gruppe der Vitrimere zugeordnet sein und bietet damit die Möglichkeit der für marktgängige Duromere unüblichen Nach- bzw. Neuvernetzung. Auf Basis der Vitrimer-Funktionalität sollen innovative Reparatur- und Recyclingkonzepte aufgezeigt und damit die Lebenszyklen nachhaltig verlängert sowie der Grad des Downcyclings bei der Wiederverwertung deutlich reduziert werden. Eine zugehörige LCA wird hierzu eine belastbare Datenbasis liefern und soll bewerten, ob biobasierte Ausgangsmaterialien ökologisch vorteilhaft sind und anhand welcher Parameter sich deren Funktionalität in der Ökobilanz berücksichtigen lässt.

(geplante) Ergebnisse/Nutzen

Das Vorhaben wird im Themenkomplex der biobasierten NFK Materialien einen deutlich über den Stand der Technik hinausgehenden Wissenszuwachs in folgenden Bereichen liefern:

Analyse und Entwicklung geeigneter Synthesemethoden und Rezepturen
Einsatz robuster Verarbeitungsprozesse
Nutzung minimalinvasiver Prozessmonitoringmethoden
Einsatz lebenszykluserweiternder Reparaturmethoden
Recyclingverfahren mit deutlich reduzierter Gefahr des Downcyclings
Belastbare LCA zur Verifizierung der ökologischen Performance

Die damit gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse sollen die Ausgangsbasis bilden um in nachfolgenden Entwicklungen die zielgerichtete Umsetzung von marktrelevanten Produkten zu ermöglichen.

Eckdaten

Förderprogramm: „ENERGIE DER ZUKUNFT", FFG
Projektlaufzeit: 01.01.2022 bis 31.12.2024

Foto: Übersicht der Ziele des QB3R Vorhabens — Übersicht der Ziele des QB3R Vorhabens (© Verarbeitung von Verbundwerkstoffen, Montanuniversität Leoben)

Projektbeteiligte

Projektleitung

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Schledjewski, Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Verarbeitung von Verbundwerkstoffen

Projektpartner:innen:

Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe
Kompetenzzentrum Holz GmbH
Kästle GmbH
bto-epoxy GmbH
R&D Consulting GmbH & Co KG

Kontaktadresse

Otto Glöckel Straße 2
8700 Leoben
Tel.: +43 3842 402 2700
Fax: +43 3842 402 2702
Ralf.Schledjewski@unileoben.ac.at