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Erfolgreiches Recycling von PTFE - fr eine nachhaltige Zukunft Die STASSKOL GmbH bietet als Mitglied der Neuman & Esser Gruppe Hochleistungskunststoffe fr verschiedenste Anwendungsbereiche, darunter mageschneiderte Dichtwerkstoffe zum Einsatz in Kolbenkompressoren, an. Bei diesen Werkstoffen sind sehr gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Verschleifestigkeit gefordert. Das Recycling solcher auf PTFE basierenden Materialien stellt eine Herausforderung dar. Zur Verarbeitung dieser speziellen Mischungen wird das Press-Sinter-Verfahren verwendet, welches als Cold Compression Molding (CCM) oder als Hot Compression Molding (HCM) ausgefhrt werden kann. Beim CCM wird der gepresste Grnling drucklos im Ofen gesintert, whrend das Material beim HCM simultan mit Druck und Temperatur beaufschlagt wird. Kleine Korngren sind gefordert Das Press-Sinter-Verfahren von PTFE erfordert es, den Werkstoff bzw. die Mischung wieder nahezu auf die ursprngliche Korngre von etwa 20 bis 40 m zu zerkleinern. Bei von STASSKOL durchgefhrten Versuchen wurden dafr die Spne zweier Werkstoffe sortenrein gesammelt. Es handelte sich um die Materialien SK202, ein CCM-PTFE mit Glasfasern, amorpher Kohle und Grafit in Pulverform sowie SK801, ein HCM-PTFE mit Carbonfasern und einem thermoplastischen Fllstoff. Bei den gewhlten Materialien werden beide PTFE-Verarbeitungsverfahren reprsentiert, da die Herausforderung an das Recycling beim Kaltpressen grer ist als beim Heipressen. Die Komprimierung bei Klte lsst der Gre der pulverfrmigen Partikel eine besondere Rolle zukommen. Zudem wurden bewusst Materialien mit einem signifikanten Anteil an Carbon- und Glasfasern ausgewhlt, da die Vernderung der Faserlngenverteilung beim Recyclingprozess eine besondere Bedeutung besitzt. Der Mahlprozess ist entscheidend Die technologische Herausforderung beim Recycling von PTFE-Werkstoffen liegt beim Mahlprozess, da sehr feine Korngren im Bereich um die 50 m erreicht werden mssen. Hierfr wurde eine Prallsichtermhle des Typ ICM 15 von NEUMAN & ESSER Process Solutions verwendet (Bild 1). Mit Hilfe der Parameter Mahlgeschwindigkeit (m/sec), Massestrom (kg/h) und Geschwindigkeit des Sichterrades (m/sec) kann bei diesem Mhlentyp der Prozess so reguliert werden, dass die gewnschte Korngre erreicht wird. Darber hinaus nimmt der Fllgrad der Mahlkammer groen Einfluss auf das Ergebnis. Bei den durchgefhrten Versuchen wurde bei einer konstanten Umlaufgeschwindigkeit des Prallfutters von 128 m/sec und einer konstanten Umlaufgeschwindigkeit des Sichterrades von 10 m/sec der Massestrom variiert, um den Einfluss auf die Korngre zu ermitteln. Bei beiden Materialien (SK202 und SK801) fhrt die Reduktion des Massestroms zu einer geringen Verminderung der Korngre. Es konnten bei allen Mahlversuchen Korngren im Bereich von ca. 50 m erzielt werden. Daher wurde fr die weiteren Versuche der hohe Durchsatz des Mahlguts gewhlt und das gemahlene Rezyklat in unterschiedlichen Konzentrationen mit Pulvermischer in die Neuware eingebracht. Verbesserte Eigenschaften durch Rezyklate Das gemahlene Rezyklat wurde zu unterschiedlichen Konzentrationen in die Neuware eingebracht und unter blichen Verarbeitungsbedingungen (CCM bei SK202 und HCM bei SK801) zu TestHalbzeugen verarbeitet. Ausgehend von diesen Test-Halbzeugen wurden die mechanischen Eigenschaften, die Materialhrte sowie die tribologischen Eigenschaften (Verschlei und Reibung) bestimmt. Die Ermittlung der Verschleifestigkeit erfolgte mittels eines oszillierenden Tribometers (Bild 2) einem Eigenbau von STASSKOL unter Anwendung des jeweiligen Prozessgases, bei welchem der entsprechende Dichtwerkstoff eingesetzt wird. Dabei handelt es sich um Stickstoff bei SK202 und Wasserstoff bei SK801. Bei der Untersuchung des SK202 zeigt sich, dass bei 10, 20 und 30 Gew.-% Rezyklat die Eigenschaften der reinen Neuware sogar bertroffen werden. Sowohl der E-Modul als auch die Bruchdehnung liegen ber den Werten der Neuware und der geringe k-Faktor sowie der geringere Reibungskoeffizient zeigen, dass sich auch die Verschleieigenschaften durch das Einbringen des Rezyklats verbessert haben. Bei einem Anteil von 40 Gew.-% bleiben die Verschleieigenschaften auf einem sehr guten Niveau, allerdings verschlechtern sich die Dichte und die mechanischen Eigenschaften. Bei dem im Heipressen hergestellten SK801 ist nur eine geringe Abnahme der Hrte, des E-Moduls und der Zugfestigkeit bei 100 % Rezyklat-Anteil im Vergleich zur Neuware festzustellen. Insbesondere die Verschleieigenschaften unter Wasserstoffatmosphre profitieren vom Prozess des Recyclings. Der Verschleifaktor wird dadurch reduziert und der Reibungskoeffizient mehr als halbiert. Deshalb waren weitere Versuche mit abgestuften Konzentrationen an Rezyklat nicht notwendig. Fazit Abschlieend konnte durch die Versuche gezeigt werden, dass das Recycling von PTFE-Dichtwerkstoffen mglich ist, und dass hierdurch sogar eine Verbesserung der Eigenschaften der Materialien erreicht wird. Dies bringt einen Vorteil fr den Kunden und es ist ein wichtiger Meilenstein fr die Nachhaltigkeit unserer Produkte.