Analyse von Aufbereitungsmöglichkeiten für mehr Kunststoff-Rezyklateinsatz in der Elektroindustrie

Mönikes, Marina; Dornack, Christina; Greiff, Kathrin

doi:10.18154/RWTH-2025-04654

Analyse von Aufbereitungsmöglichkeiten für mehr Kunststoff-Rezyklateinsatz in der Elektroindustrie

Mönikes, Marina^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Marina Mönikes, M. Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Greiff, Kathrin (Thesis advisor)^RWTH* ; Dornack, Christina (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-03-31

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-04654
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1011683/files/1011683.pdf

Einrichtungen

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In der Dissertation zur Analyse von Aufbereitungsmöglichkeiten für mehr Kunststoff-Rezyklateinsatz, wird die zentrale Fragstellung behandelt, unter welchen Voraussetzungen die Kunststoffkreisläufe in der Elektroindustrie innerhalb der Produktion geschlossen werden können. Ziel dieser Arbeit ist es, die Potenziale für den Einsatz von Kunststoffrezyklaten in der Elektroindustrie aufzuzeigen und darzulegen, mit welchen Aufbereitungsmöglichkeiten Kunststoffabfälle aus dem industriellen Umfeld zurückführt werden können, um Kreisläufe zu schließen. Die Verwendung von Kunststoffen hat u. a. aufgrund ihrer Werkstoffeigenschaften in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Mit steigender Verarbeitung von Kunststoffen rücken auch die damit verbunden Umweltbelastungen und der Klimawandel in den Fokus. Kunststoffe sind langlebig und bauen sich nur sehr langsam ab, zudem entstehen durch die Herstellung von Kunststoffen Emissionen die Einfluss auf die Umwelt und das Klima haben. Die Elektroindustrie ist national die viertgrößte Branche in der Kunststoffverarbeitung. Infolgedessen gilt dieser Branche ein besonderes Augenmerk bei der Verwendung von Rohstoffen und dem Einsatz von Sekundärmaterialien. Aufgrund hoher Anforderungen an die Produkteigenschaften und Prozesssicherheit liegt der Einsatz von Recyclingkunststoffen innerhalb der deutschen Elektroindustrie allerdings nur bei 4,5 % vom Kunststoffbedarf dieser Branche. Eine Vielzahl an Anforderungen in der Elektroindustrie, wie spezielle Zulassungsanforderungen, Materialqualifizierungen sowie Qualitätsstandard, schaffen Hemmnisse für den Einsatz von Kunststoffrezyklaten. Das Sekundärmaterial darf aus den genannten Gründen daher keine signifikanten Einschränkungen, wie verringerte mechanische Eigenschaften, haben und muss nahezu mit dem Primärmaterial gleichzusetzen sein. In Zusammenarbeit mit der Phoenix Contact GmbH & Co. KG wurde das Recyclingpotenzial beispielhaft für die Elektroindustrie analysiert und dargelegt. Im ersten Schritt wurden die Kunststoffe PA 6.6, PBT, PC, LCP und TPU als Forschungsmaterialien festgelegt; die Auswahl spiegelt die Anwendungsklassen der technischen Kunststoffe und der Hochleistungskunststoffe wider und gibt einen repräsentativen Überblick der eingesetzten Materialien der Elektroindustrie. Für die Analyse der Kunststoffrezyklate wurden sortenreine Produktionsabfälle in Form von Angüssen und Ausschussteilen innerhalb der Produktion gesammelt und durch ein Recyclingunternehmen zu den Recyclingformen Mahlgut und Regranulat aufbereitet. Des Weiteren wurden Kriterien festgelegt und ein Vorgehen entwickelt, wie die Rezyklate für die Elektroindustrie auf ihre Einsatzfähigkeit hin geprüft werden können. Dazu wurde ein Prüf- und Messplan erstellt und zur Validierung der Ergebnisse eine Bewertungsmatrix entwickelt. In der ersten Versuchsreihe wurden Materialanalysen der Mahlgüter und Regranulate durchgeführt. Es wurden acht unterschiedliche Untersuchungen durchgeführt, die die Farbe, Feuchte, Abbauvorgänge, Korngröße, den Glührückstand und das Fließverhalten dokumentieren. Dabei zeigte die Materialuntersuchung eindeutige Unterschiede zwischen den Aufbereitungsschritten der Mahlgüter und Regranulate. Eine zweite Versuchsreihe zeigte auf, wie sich die Rezyklate bei der Zugabe von Primärmaterial verhalten und welchen Einfluss diese Zugabe auf die Bauteilqualität und den Spitzgießprozess hat. Hierzu wurden bis zu drei Probekörper mit den Beimischungsanteilen 25 %, 50 % und 100 % Mahlgut oder Regranulat durchgeführt und mit einer Referenzmessung von 100 % Primärkunststoff verglichen. Die zweite Versuchsreihe zeigte deutlich, dass die Anwendung von 100%igem Mahlgut oder Regranulat aufgrund der vorliegenden Materialschädigungen, wie beispielswiese einer verringerten Farbqualität und/oder die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, nicht geeignet ist. Ausschließlich die Zuführung von Primärmaterial führte zu einwandfreien Ergebnissen. Aus den Ergebnissen lässt sich für die Elektroindustrie ableiten, dass eine technische Recyclingfähigkeit der gesamten Kunststoff-Produktionsabfälle von über 80 % vorliegt. Durch das Recycling der Produktionsabfälle und dem Wiedereinsatz in unternehmens-internen Produktionsprozessen, könnte der heutige branchentypischen Rezyklatanteil von Gesamtkunstbedarf von 4,5 % auf über 14 % gesteigert werden. Voraussetzung dafür sind u. a. die sortenreine Trennung der Produktionsabfälle, eine geeignete Aufbereitung und die Einhaltung von Zulassungsanforderungen. Damit könnten mehr Kreisläufe in der Elektroindustrie geschlossen und somit die Ressourcenschonung und die Circular Economy aktiv unterstütz werden. Die gewonnenen Erkenntnisse zeigen die Vielschichtigkeit dieses Anwendungsfeldes und eröffnen neue Perspektiven für die praktische Umsetzung und die weitere Forschung.

This dissertation on the analysis of processing possibilities for the increased use of plastic recyclates examines the key question of what conditions must be met to close the plastics loops within production in the electrical industry. The aim of this work is to demonstrate the potential for the use of plastic recyclates within the electrical industry and to show which of the processing possibilities can be utilized to recycle plastic waste from the industrial environment to close the loops. The use of plastics has increased significantly in recent years, in part due to their material properties. As the processing of plastics increases, the associated environmental impact and climate change are also coming into focus. Plastics are durable, and only degrade very slowly. In addition, producing plastics generates emissions that have an impact on the environment and the climate. Within Germany, the electrical industry is the fourth largest plastics processing industry. Due to this, the industry is paying particular attention to how it uses raw materials and to where secondary materials can be used. However, due to the high demands on product properties coupled with process reliability issues, recycled plastics only account for 4.5% of the entire plastics requirement within the German electrical industry. The use of plastic recyclates within the electrical industry is limited by a plethora of constrictions, including the need for special approvals, material certifications, and quality standards. As a result of these constrictions, the secondary material must not have any significant limitations, such as reduced mechanical properties, and must be practically equivalent to the primary material. The potential for recycling has been analyzed in cooperation with Phoenix Contact GmbH & Co. KG and presented as an example for the electrical industry. The plastics PA 6.6, PBT, PC, LCP, and TPU were selected as the research materials for the first phase; this selection reflects the application classes of engineering plastics and high-performance plastics and is a representative overview of the materials used in the electrical industry. Production waste sorted by type in the form of sprues and rejects was collected during production and processed by a recycling company into the regrind and regranulate forms of recyclate as a part of the plastics recyclate analysis. Furthermore, criteria were defined and a procedure developed for testing the recyclates for their suitability for use in the electrical industry. A test and measurement plan was drawn up for this purpose and an evaluation matrix was developed to validate the results. The first series of tests involved analyzing the material of the regrinds and regranulates. Eight different tests were carried out to document the color, moisture, degradation processes, grain size, annealing residue, and flow properties. The material analysis showed clear differences between the processing steps of the regrinds and regranulates. A second series of tests showed how the recyclates behave when primary material is added and what influence this addition has on component quality and the injection molding process. For this purpose, up to three test specimens with admixture proportions of 25%, 50%, and 100% regrind or regranulate were tested and compared with a reference measurement of 100% primary plastic. The second series of tests clearly showed that the use of 100% regrind or regranulate is not suitable due to the existing material damage, such as the reduced color quality and/or deterioration of the mechanical properties. Only the addition of primary material led to perfect results. The results of the analyses demonstrate that the technical recyclability of all plastic production waste in the electrical industry is over 80%. By recycling production waste and reusing it in internal company production processes, the current industry-typical proportion of recycled material of the total plastics requirement could be increased from 4.5% to over 14%. Prerequisites for this include the separation of production waste by type, appropriate processing, and compliance with approval requirements. This could close more loops in the electrical industry and thus actively support resource conservation and the circular economy. The insights gained show the complexity of this field of application and open up new perspectives for practical implementation and further research.

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