Fraunhofer LBF: Forschungsprojekt untersucht mehrfach recyceltes PE-HD für Gefahrgutbehälter

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) untersuchen im Forschungsprojekt "MultiCycCon", wie wiederholte Recycling- und Alterungszyklen die Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) verändern. Ziel ist eine wissenschaftliche Grundlage für den sicheren Einsatz von PE-HD-Rezyklaten in Transport- und Gefahrgutbehältern. Zudem soll ein schnelleres Verfahren für die Eingangskontrolle entwickelt werden.

PE-HD wird unter anderem für Kanister, Fässer und Intermediate Bulk Container (IBC) eingesetzt. Bei diesen Anwendungen zählen Spannungsrissbildung und langsames Risswachstum zu den sicherheitsrelevanten Versagensmechanismen. Bislang liegen nur begrenzte Daten darüber vor, wie sich mehrfache Verarbeitung, thermische Belastung, UV-Alterung und Verunreinigungen auf die Materialstruktur und das Langzeitverhalten von Rezyklaten auswirken. Die geltenden Mindestrezyklatquoten der EU-Verpackungsverordnung erfassen Gefahrgutverpackungen zwar nicht; für den Ausbau geschlossener PE-HD-Kreisläufe bleibt eine belastbare Bewertung der Rezyklatqualität jedoch erforderlich.

Bis zu zehn Extrusionszyklen im Labor
Im Projekt werden drei ausgewählte PE-HD-Typen unter definierten Bedingungen bis zu zehnmal extrudiert. Weitere Proben durchlaufen eine thermo-oxidative Alterung oder wiederholte UV-Bewitterungs- und Verarbeitungsschritte. Ergänzend untersuchen die Projektpartner Praxisrezyklate mit dokumentierter Verarbeitungshistorie.

Nach festgelegten Prozessstufen analysiert das Fraunhofer LBF mechanische, chemische und rheologische Veränderungen. Zum Prüfprogramm gehören Zugversuche, dynamisch-mechanische Analysen, Gelpermeationschromatografie, FTIR-Spektroskopie und Schmelzerheologie. Die BAM untersucht unter anderem Kristallinität, Oxidationsstabilität und Spannungsrissbeständigkeit. Full Notch Creep Tests (FNCT) sowie Bruchflächenanalysen mit Laser- und Rasterelektronenmikroskopie sollen Aufschluss über Rissentstehung und Risswachstum geben.

Prüfansatz für die Materialbewertung
Die Ergebnisse sollen Zusammenhänge zwischen Werkstoffstruktur, Alterungszustand, Verarbeitungshistorie und Versagensverhalten aufzeigen. Daraus wollen die Projektpartner Empfehlungen für Prüfverfahren, technische Richtlinien und Normungsaktivitäten ableiten. Ein schneller Prüfansatz für die Eingangskontrolle soll Herstellern von Rezyklaten, Kunststoffverarbeitern und Produzenten von Transport- und Gefahrgutbehältern helfen, ungeeignete Chargen frühzeitig zu erkennen und den Prüfaufwand zu verringern. Die Erkenntnisse könnten zudem auf weitere mechanisch hochbeanspruchte PE-HD-Anwendungen übertragbar sein.

Das Vorhaben wird im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) unter dem Förderkennzeichen 01IF25124N gefördert. Die Forschungsgesellschaft Kunststoffe e.V. betreut das auf 30 Monate angelegte Projekt. Ein projektbegleitender Ausschuss aus Unternehmen und Verbänden unterstützt Materialauswahl, Praxisvalidierung und Ergebnistransfer. Die Projektdaten werden vom Fraunhofer LBF bestätigt.

Weitere Informationen: www.lbf.fraunhofer.de, bam.de

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt

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