Faserverstärkte Kunststoffe sind Schlüsselmaterialien für den Leichtbau – doch ihr Recycling bleibt eine Herausforderung. Das IKV entwickelt mit Vitrimeren eine neue Matrixklasse, die das werkstoffliche Recycling von Endlosfaserverbunden möglich macht. Erste Erkenntnisse teilt das IKV beim 33. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik.
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind zentrale Werkstoffe für den Leichtbau in Luftfahrt, Mobilität und Energietechnik. Während sie in Steifigkeit und Festigkeit kaum zu übertreffen sind, haben sie bislang einen Nachteil: sie sind nur eingeschränkt recyclingfähig. Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen erforscht daher die neue Werkstoffklasse der Vitrimere als Matrixsystem, die das werkstoffliche Recycling und die Wiederverwendung von Endlosfaser-Verbundstrukturen ermöglichen. Ergebnisse dieser Arbeiten werden unter anderem in Session 6, Werkstoffliches Recycling von CFK: Vitrimere als Wegbereiter, des 33. Internationalen Kolloquiums Kunststofftechnik 2026 präsentiert.
Vitrimere – eine neue Materialklasse mit Recyclingpotenzial
Vitrimere bilden eine neue Kunststoffklasse mit ähnlichen Eigenschaften wie Duroplaste. Ihr wesentliches Merkmal ist das Vorhandensein von dynamischen kovalenten Bindungen, die im Kunststoff sogenannte adaptive Netzwerke, Covalent Adaptive Networks (CAN), ausbilden. Die Bindungen im Netzwerk können unter entsprechenden Bedingungen gezielt gelöst und neu geknüpft werden. Vitrimere verbinden so die thermische und chemische Beständigkeit klassischer Epoxidharze mit der Schweiß- und Reparaturfähigkeit von Thermoplasten (Abbildung 1). Dies eröffnet neue Wege für die Wiederverwertung, Reparatur und Nachfunktionalisierung von FVK. „Durch die Nutzung von Vitrimeren können wir Faserverbundstrukturen nicht nur leichter reparieren, sondern sie am Ende ihres Lebenszyklus gezielt wiederverwenden“, erklärt Prof. Christian Hopmann, Leiter des IKV. „Damit legen wir den Grundstein für eine echte Kreislaufwirtschaft im Leichtbau.“
Marc Fette, CEO des Composite Technology Center (CTC GmbH), wird diese Perspektive des werkstofflichen Recyclings während des Kolloquiums mit einem Vortrag zu den Herausforderungen und Potenzialen des FVK-Recyclings für eine nachhaltige Luftfahrt ergänzen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der ganzheitlichen Betrachtung des gesamten Produktlebenszyklus im Hinblick auf ein nachhaltiges und wirtschaftlich tragfähiges CFK-Recycling. Unerlässlich ist dabei schon vor der Herstellung von Komponenten das Konzept des „Design for Recycling“, oder ein sogenanntes „Ökodesign“, das um eine geeignete Werkstoffauswahl ergänzt wird.
Potenzial vitrimerbasierter Verbundsysteme
In mehreren Forschungsarbeiten untersucht das IKV die gesamte Wertschöpfungskette vitrimerbasierter Verbundsysteme. In Session 6 werden erste Ergebnisse aus diesen Arbeiten vorgestellt. Dabei geht es u. a. um das Recycling von CFK-Bauteilen durch Vitrimer-Matrixsysteme. In einem Demonstrationsprojekt wurden Epoxidharze mit dem Vitrimerhärter Bis-(4-Aminophenyl-) Disulfid (4-AFD) eingesetzt, um Carbonfaserplatten herzustellen, die nach dem Aushärten mit Recyclingmaterial funktionalisiert werden können. Eine durch Heißpressen bei 190 °C aufgebrachte Rippe aus Vitrimer-Rezyklat erhöht die Biegesteifigkeit und demonstriert die Schweiß- und Wiederverwertbarkeit des Materials.
© IKVIn einem weiteren Projekt wird eine Möglichkeit zur Mehrfachverwendung endlosfaserverstärkter Laminate beschrieben. Hier zeigte das IKV, dass kontinuierlich faserverstärkte Vitrimerlaminate nach ihrer ersten Nutzung voneinander getrennt und anschließend wieder verschweißt werden können. Dabei bleibt die Struktur der Endlosfasern erhalten, was eine zweite Nutzungsphase ohne aufwendige chemische Trennung ermöglicht. Die Untersuchungen zeigen, dass die Selbstheilungsfähigkeit des Materials nach mehreren Recyclingzyklen intakt bleibt.
Nachhaltiger Leichtbau durch Kreislaufstrategien
Das Forschungsteam am IKV sieht in der Entwicklung vitrimerbasierter Faserverbundsysteme einen entscheidenden Schritt hin zu nachhaltigen Leichtbaustrategien. Die Kombination aus hoher mechanischer Leistungsfähigkeit und werkstofflichem Recycling eröffnet neue Anwendungsfelder – insbesondere für Batteriegehäuse in Elektrofahrzeugen oder strukturelle Luftfahrtkomponenten. Mit Session 6 wird auf dem Kolloquium gezeigt, dass FVK so gestaltbar ist, dass es am Ende des Lebenszyklus nicht Abfall, sondern Ausgangsmaterial für neue Produkte sein kann. Vitrimere ermöglichen somit erstmals die Schließung des Werkstoffkreislaufs bei Hochleistungsverbundwerkstoffen.
Vitrimer-Technologie und Leichtbau beim 33. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik
Mit dem Thema Leichtbau und Faserverbundwerkstoffe befassen sich beim Kolloquium:
- Session 3: Kunststoffe als Schlüssel zur Skalierung der Wasserstoffwirtschaft
- Session 6: Werkstoffliches Recycling von CFK: Vitrimere als Wegbereiter
- Session 10: Künstliche Intelligenz in Produktentwicklung und Simulation
mit jeweils einer Keynote aus der Industrie sowie zwei wissenschaftlichen Präsentationen aus dem IKV.
Besucherinnen und Besucher können im Rahmen von „IKV 360° – Forschung live“ im Technikum für Faserverstärkte Kunststoffe einen Einblick in die Verarbeitung und Wiederaufbereitung neuer Werkstoffe erhalten.