CarboBreak

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CarboBreak – Prerequisites and mechanisms for the release of alveolar fibrous carbon fibre fragments

The BMBF project CarboBreak was a joint research project of the partners Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI), Chemnitz, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), Berlin, IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH, Dresden and CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG, Stade. The project was funded as part of the Nano-Care4.0 programme.

Image of carbon fiber fragments in the micrometer range taken with a scanning electron microscope

Scanning electron microscope image of carbon fibres and critical & health-relevant carbon fibre fragments © BAuA

For the fibres themselves and the polymer composites produced out of them, pre-investigations showed a partially strong tendency towards splintering at mechanical stress and mechanical processing. Up to now it is still unresolved how strong the potential is for releasing alveolar fragments within the entire life cycle of the fibres when stressed mechanically. The increasing importance of carbon fibres especially for lightweight and high-performance applications requires a deeper insight in dust and fibre releasing processes due to the high persistence of graphitic raw materials in biological systems. Joint cross-sectoral efforts of different disciplines such as safety research, materials science and product development are needed.

 

Based on the growing importance of carbon fibres (CF) for lightweight and high-performance applications, the aim of the project CarboBreak was to gain a deeper understanding of the fragmentation fracture behaviour of the fibres and to investigate the release processes of alveolar fragments from carbon fibres and CF reinforced composites. Possible connections between physical properties of the carbon fibres, the splinter fracture tendency and the formation of alveolar CF fragments were investigated.

Insight into the carbon fiber pilot plant of STFI with equipment and laboratory staff

Occupational safety measures in the carbon fibre pilot plant of the STFI © Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Another focus of the project was the implementation of workplace measurements according to VDI 3492 and DGUV-Information 213-546. The measurements and sampling were implemented on site at the project partners’ premises and at industrial plants to ensure the link to practice. The project work covers the entire life cycle of carbon fibres, from the production of textile semi-finished products to the manufacture and processing of composites, recycling and reuse. The main results of the project are recommendations on work processes and personal safety as well as the identification of ideal or optimised process parameters during processing. The results of CarboBreak provide fundamental contributions for the development of application-safe material innovations.

 

  • Project Flyer for Download (PDF, 4 MB )
  • Project Poster (2021) “CarboBreak – Conditions and Mechanisms for releasing Alveolar Fibrous Carbon Fibre Fragments” (PDF, 816 KB )

 

Grant Number: BMBF - 03XP0197
Duration: 01.01.2019 - 31.12.2021 (extended to 30.06.2022)

Project Lead

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. Logo
Dr. Anna Große, Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Project Partners

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. Logo
Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V., Chemnitz (DE)
https://www.stfi.de/en/
CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG Logo
CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG, Wischhafen (DE)
IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH Logo
IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH, Dresden (DE)
https://www.ima-dresden.de/en/
Federal Institute for Occupational Safety and Health (BAuA) Logo German
German Federal Institute for Occupational Safety and Health (BAuA), Berlin (DE)
https://www.baua.de/EN/Home/Home_node.html

Publications

2022

2020

  • Meyer-Plath A., Bager D., Dziurowitz N., Perseke D., Simonow B.K., Thim C., Wenzlaff D., Plitzko S. (2020). A Practicable Measurement Strategy for Compliance Checking Number Concentrations of Airborne Nano- and Microscale Fibers. Atmosphere, 11(11): https://doi.org/10.3390/atmos11111254

2019

  • Kehren D., Simonow B., Bager D., Dziurowitz N., Wenzlaff D., Thim C., Neuhoff J., Meyer-Plath A., Plitzko S. (2019). Release of Respirable Fibrous Dust from Carbon Fibers Due to Splitting along the Fiber Axis. Aerosol and Air Quality Research, 19(10): 2185-2195. https://doi.org/10.4209/aaqr.2019.03.0149
  • Bäger D, Simonow, B, Kehren D, Dziurowitz N, Wenzlaff D, Thim C, Meyer-Plath A, Plitzko S (2019) Pechbasierte Carbonfasern als Quelle alveolengängiger Fasern bei mechanischer Bearbeitung von carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK). In: Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft, Volume 79, Nr. 1-2 2019. Seiten 13-16 (externer Link zu BAuA)
  • Große A, Naumann R, Hofmann M (2019). Auf Biegen und Brechen - Projekt CarboBreak untersucht arbeitsschutzrelevante Themenstellung. In: Carbo Composites Magazin, Ausgabe 2/2019, S.55

2022

  • Bäger, Daphne (2022). Bericht zum Forschungsprojekt CarboBreak. - 3. Sitzung der Arbeitsgruppe „Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK)“ der BGHM, 31.05.2022, Mainz / Deutschland. [Vortrag]
  • Bäger, Daphne (2022). Aktuelle Forschungsergebnisse zu Carbonfasermaterialien. Dresdner Treffpunkt - Gesundheitsrisiken durch Fasermaterialien, 22.06.2022, Online-Veranstaltung. [Vortrag]
  • Hofmann, Marcel (2022). Recycling und Wiedereinsatz von Faserverbundstrukturen. Dresdner Treffpunkt - Gesundheitsrisiken durch Fasermaterialien, 22.06.2022, Online-Veranstaltung. [Vortrag]
  • Große, Anna; Naumann, Romy; Hofmann, Marcel; Kehren, Dominic; Bäger, Daphne; Plitzko, Sabine (2022). CarboBreak – Conditions and Mechanisms for Releasing Alveolar Fibrous Carbon Fibre Fragments. NIA - Nonwovens Innovation Academy, 11. -12.05.2022, Jyväskylä /Finnland. [Poster]

2021

  • Große, Anna; Naumann, Romy; Hofmann, Marcel; Kehren, Dominic; Bäger, Daphne; Plitzko, Sabine (2021). CarboBreak – Conditions and Mechanisms for Releasing Alveolar Fibrous Carbon Fibre Fragments. 5th International MERGE Technologies Conference (IMTC); 01./02.12.2021, Online-Veranstaltung. [Poster]
  • Bäger, Daphne; Kehren, Dominic; Plitzko Sabine (2021). Freisetzung von alveolengängigen Carbonfaser-Bruchstücken. – Institute-Treffen 2021, 13.-15.10.2021, Leoben (Österreich). [Vortrag]
  • Große, Anna; Naumann, Romy; Hofmann, Marcel; Kehren, Dominic; Bäger, Daphne; Plitzko, Sabine (2021). CarboBreak – Conditions and Mechanisms for Releasing Alveolar Fibrous Carbon Fibre Fragments. Aachen-Dresden-Denkendorf International Textile Conference 2021; 09./10.11.2021, Online-Veranstaltung. [Poster]
  • Kehren, Dominic; Plitzko, Sabine; Bäger Daphne; Große, Anna; Naumann, Romy; Hofmann Marcel; Klemm-Zhao, Nuoping (2021). CarboBreak - Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser-Bruchstücke. NanoCare 4.0 Clustertreffen 2021, 21.09.2021, Online-Veranstaltung. [Vortrag]
  • Hofmann, Marcel; Große, Anna; Naumann Romy; Ridzewski Jens (2021). Conditions and mechanisms for releasing alveolar fibrous carbon fibre fragments. 60th Dornbirn Global Fibre Conference (GFC) Webinar Week, 15.-17.09.2021, Online-Veranstaltung. [Vortrag]
  • Bäger, Daphne; Plitzko, Sabine (2021). Anwendungssichere Carbonfasern. GDCh-Wissenschaftsforum Chemie 2021, 29.08.-01.09.2021, Online-Veranstaltung. [Vortrag]
  • Große, Anna; Kehren Dominic (2021). CarboBreak - Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser-Bruchstücke – Stand & Ergebnisse, 4. Fachtagung COMPOSITE RECYCLING & LCA, 25.02.2021 Online-Tagung [Vortrag]

2020

  • Große, Anna; Kehren Dominic (2020). CarboBreak - Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser-Bruchstücke – Stand & Ergebnisse, NanoCare 4.0 Clustertreffen 2020, 26.11.2020 Online Conference [Vortrag]
  • Rademacker, Tim (2020). „Carbonfaserrecycling“, Arbeitskreis Kreislaufwirtschaft/Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz, 02.03.2020, Hannover, Deutschland [Vortrag]
  • Große, Anna; Kehren, Dominic (2020). CarboBreak-Projekt – Stand & Ergebnisse. Webinar von Composites United (CU) am 07.07.2020 [Vortrag]
  • Rademacker, Tim (2020). „CFK-Recycling – durch Nachhaltigkeit zum Mehrwert“. Allianz Faserbasierte Werkstoffe Baden-Württemberg e.V. (AFBW) - Virtual Composites Show - 2. Virtuelles Live-Event am 15.07.2020 [Vortrag]

2019

  • Große A, Kehren D (2019). CarboBreak ‐ Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser‐Bruchstücke. NanoCare4.0-Clustertreffen 2019. 26.09.2019, Frankfurt/M. (DE) [Vortrag]
  • Plitzko S (2019). Faserförmige Materialien und Faserstäube am Arbeitsplatz: Forschungs‐ und Regulierungsansätze. NanoCare4.0-Clustertreffen 2019. 26.09.2019, Frankfurt/M. (DE) [Vortrag]
  • Hofmann M, Große A, Naumann R (2019). Innovative Konzepte zur optimierten, staubarmen Fertigung von Carbonfasernvliesstoffen. Fachaustausch Aufbereitung und Verwertung carbonfaserhaltiger Abfälle. 19./20.09.2019, Dessau (DE) [Vortrag]
  • Kehren D, Plitzko S, Meyer-Plath A (2019). Arbeitsschutz bei der Behandlung faserhaltiger Abfälle. Fachaustausch Aufbereitung und Verwertung carbonfaserhaltiger Abfälle. 19./20.09.2019, Dessau (DE) [Vortrag]
  • Hofmann M (2019). Recycling und Wiedereinsatz von Faserverbundstrukturen. Bayern Innovativ Cluster-Forum Werkstoffe der Zukunft – Faserverbundwerkstoffe. 17.07.2019, Bayreuth (DE) [Vortrag]

2019

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