Fraunhofer LBF und BAM untersuchen, wie sich wiederholte Recyclingprozesse auf die Spannungsrissbeständigkeit von PE-HD auswirken. Ziel ist eine schnellere Bewertung von Rezyklaten für sicherheitsrelevante Behälter.
Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) haben das Forschungsprojekt „MultiCycCon“ gestartet. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie Alterung und mehrfache Verarbeitung die Eigenschaften von Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) verändern. Untersucht wird insbesondere die Spannungsrissbeständigkeit, die für Transport- und Gefahrgutbehälter von Bedeutung ist.
Nach Angaben der Projektpartner gelten ab 2030 auch für Gefahrgutverpackungen verbindliche Mindestrezyklatanteile. Bislang sei jedoch nicht ausreichend geklärt, wie sich wiederholtes Recycling auf die sicherheitsrelevanten Eigenschaften des Materials auswirkt. Bestehende Nachweisverfahren berücksichtigen die Spannungsrissbeständigkeit von Rezyklaten laut Fraunhofer LBF nicht ausdrücklich. Hinzu kommen aufwendige Bauartprüfungen für Chargen von bis zu 25 Tonnen.
Recycling- und Alterungsprozesse im Labor
Für die Untersuchungen durchlaufen drei PE-HD-Materialien bis zu zehn Extrusionsschritte. Weitere Proben werden thermo-oxidativ oder durch UV-Strahlung gealtert und anschließend erneut verarbeitet. Auf diese Weise sollen Nutzungs- und Recyclingbelastungen unter Laborbedingungen nachgebildet werden. Ergänzend beziehen die Forschenden mehrere Rezyklate aus der Praxis in die Versuche ein.
Nach festgelegten Prozessschritten untersucht das Fraunhofer LBF die mechanischen Eigenschaften, die Molekulargewichtsverteilung, das Schmelzeverhalten und chemische Veränderungen der Materialien. Die BAM analysiert die Kristallinität, die Oxidationsstabilität und die Spannungsrissbeständigkeit.
Full Notch Creep Tests und Bruchflächenanalysen sollen zeigen, wie Risse entstehen und sich im Material ausbreiten. Der Vergleich der mehrfach verarbeiteten Werkstoffe mit künstlich gealterten Proben soll außerdem Aufschluss darüber geben, ob und ab welchem Punkt Materialabbau und wiederholte Verarbeitung die erneute Verwendung begrenzen.
Verfahren für die Eingangskontrolle geplant
Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse wollen die Projektpartner eine schnelle Methode für die Eingangskontrolle entwickeln. Rezyklathersteller, Kunststoffverarbeiter sowie Produzenten von Transport- und Gefahrgutbehältern sollen damit ungeeignete Materialchargen frühzeitig erkennen können. Die Ergebnisse könnten zudem Hinweise für weitere mechanisch hochbeanspruchte Anwendungen aus PE-HD liefern. Das Forschungsvorhaben wird im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung unter dem Förderkennzeichen 01IF25124N gefördert.
Bild oben: Recyceltes PE-HD im Praxistest: Materialproben und Rezyklatflakes werden auf ihre Eignung für sichere Gefahrgutbehälter untersucht. Abbildung: Fraunhofer LBF, KI-generiert mit Copilot
