Neues Kohlefasermaterial löst sich in Wasser auf, flammhemmend

Mehr als 99% des flammhemmenden Materials aus Kohlenstofffasern löst sich zum Recycling in Wasser auf.

Kunststoff mit Kohlefaser verstärkt
Kunststoff mit Kohlefaser verstärkt kann flammen hemmen und sich fast komplett in Wasser auflösen

Ingenieure des Korea Institute of Science and Technology (KIST) haben ein flammenhemmendes, kohlenstofffaserverstärktes Verbundmaterial entwickelt, das sich in Wasser auflöst – hervorragend für das Recycling geeignet, so eine kürzlich in der Zeitschrift Composites Part B: Engineering veröffentlichte Studie.

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ein Segen für das Recycling

Das Team – unter der Leitung von Dr. Yong chae Jung – verwendete Gerbsäure, eine Art Polyphenol, das normalerweise aus Pflanzen synthetisiert wird, um ein neues Material mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) zu entwickeln.

„Wir haben einen Verbundwerkstoff mit einem erweiterten Anwendungsbereich geschaffen, der in Bezug auf Flammwidrigkeit, mechanische Steifigkeit und Recyclingfähigkeit eine dramatische Verbesserung gegenüber herkömmlichem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff darstellt. Diese verbesserten Eigenschaften sind insofern bedeutsam, als sie den Einsatzbereich des Verbundwerkstoffs bestimmen“, sagte Jung.

CFK ist etwa viermal leichter als Stahl, aber dennoch zehnmal fester. Heute ist es in der Luft- und Raumfahrt, der Sportgeräteindustrie und anderswo weit verbreitet.

CFK muss schwer entflammbar sein, da es in der Nähe oder in der Nähe von feuergefährdeten Prozessen, wie z.B. Baumaterial, eingesetzt wird. Um sicherzustellen, dass CFK in der Nähe von Bränden sicher ist, wird es manchmal mit Additiven synthetisiert.

Kohlefaser übertrifft Halogen als Flammschutzmittel

Kohlenstoff verstärkter Kunststoff
Schaubild Zusammensetzung

In der Vergangenheit wurde hierfür ein Halogen-Flammschutzmittel verwendet. Inzwischen ist die Verwendung von Halogen in CFK aber weltweit verboten, weil es bei einem Recyclingprozess giftige Stoffe erzeugt.

Aus diesem Grund musste das KIST einen ungiftigen und sicheren Werkstoff für die Herstellung von CFK entwickeln. Man gibt Gerbsäure ein, die sich stark mit der Kohlefaser verbindet und sich bei der Verbrennung in Holzkohle verwandelt.

Das Team beschloss dann, Epoxidharz aus Gerbsäure herzustellen und es in die Kohlenstofffaser zu mischen. Das Ergebnis war ein CFK, das sowohl stark als auch schwer entflammbar ist.

Darüber hinaus entdeckte das Team auch, dass es besser und sicherer ist, das Material in Wasser aufzulösen – anstatt das CFK zu verbrennen – um es zu recyceln. Sie stellten fest, dass über 99% des CFK wiedergewonnen werden konnten und dass die Gerbsäure, wenn sie gelöst wurde, eine Substanz namens Kohlenstoffpunkte erzeugte, die als elektronisches Material verwendet werden kann.

Jung hat nun weitere Pläne für sein neues Material: „Wir werden die Struktur dieses Verbundwerkstoffs überprüfen, um noch weiter verbesserte Eigenschaften zu erreichen und den Einsatzbereich weiter auszubauen“, so Jung.

Da die globalen Industrien angesichts der fortschreitenden globalen Klimakrise gezwungen sind, die Entsorgung potenziell gefährlicher Materialien zu überdenken, liegt es an den Wissenschaftlern, neue innovative Materialien zu entwickeln, die helfen, das Ausmaß der Umweltschäden zu verlangsamen und schließlich umzukehren. Aber letztlich müssen sich die Industrien selbst dafür entscheiden, sie zu verwenden.