CarboBreak

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CarboBreak – Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser Bruchstücke

Ergebnisbericht:

Das Verbundvorhaben CarboBreak war ein BMBF-Forschungsprojekt der Partner Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI), Chemnitz, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), Berlin, IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH, Dresden und CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG, Stade. Das Projekt wurde im Rahmen des Nano-Care4.0-Programms gefördert.

Darstellung von Carbonfaser Bruchstücken im Mikrometerbereich aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme von Carbonfasern und kritischen, gesundheitsrelevanten Carbonfaser-Bruchstücken © BAuA

Innovative Fasermaterialien und Faserverbundwerkstoffe wurden in den letzten Jahren immer weiter entwickelt und erfreuen sich in den verschiedensten Anwendungsgebieten und Produkten einer steigenden Nachfrage. Insbesondere bei den Carbonfasern hat sich der globale Bedarf innerhalb dieses Jahrzehnts mehr als verdoppelt.

Voruntersuchungen haben für die Fasern selbst und den aus ihnen hergestellten polymeren Verbundwerkstoffen bei mechanischer Beanspruchung und Bearbeitung teilweise eine ausgeprägte Neigung zum Splitterbruch gezeigt. Die wachsende Bedeutung von Carbonfasern insbesondere für Leichtbau- und Hochleistungsanwendungen erfordert aufgrund der hohen Beständigkeit graphitischer Werkstoffe in biologischen Systemen nicht nur aus der Sicht der Produktentwickler, sondern auch aus Sicht der Arbeits- und Produktsicherheit, ein tiefgehendes Verständnis von Staub- und Faserfreisetzungsprozessen. Dafür bedarf es gemeinschaftlicher übergreifender Anstrengungen unterschiedlicher Disziplinen wie Sicherheitsforschung, Materialwissenschaften und Produktentwicklung.

Ausgehend von der wachsenden Bedeutung von Carbonfasern (CF) insbesondere für Leichtbau- und Hochleistungsanwendungen war das Ziel von CarboBreak, ein tieferes Verständnis des Splitterbruchverhaltens der Fasern zu erlangen sowie die Untersuchung der Freisetzungsprozesse von alveolengängigen Fragmenten aus Carbonfasern und Faserverbundwerkstoffen durchzuführen. Es wurden mögliche Zusammenhänge zwischen physikalischen Eigenschaften der Carbonfasern, der Splitterbruchneigung und der Bildung von alveolengängigen CF-Fragmenten untersucht.

Einblick in das Carbon-Faser Technikums des STFI mit Geräten und Laborpersonal

Arbeitsschutzmaßnahmen im Carbonfaser-Technikum des STFI © Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projektes war die Durchführung von Arbeitsplatzmessungen nach VDI 3492 und DGUV-Information 213-546. Die Messungen und Probenahmen wurden vor Ort bei den Projektpartnern und in Industriebetrieben umgesetzt, um den Bezug zur Praxis zu gewährleisten. Die Projektarbeiten erstrecken sich über den gesamten Lebenszyklus der Carbonfasern, von der Produktion textiler Halbzeuge über die Herstellung und Verarbeitung von Verbundwerkstoffen bis hin zum Recycling und zur Wiederverwendung. Hauptergebnis des Projekts sind Empfehlungen zu Arbeitsabläufen und zur Personensicherheit sowie die Identifikation idealer bzw. optimierter Prozessparameter bei der Verarbeitung. Die Ergebnisse von CarboBreak liefern grundlegende Beiträge für die Entwicklung von anwendungssicheren Materialinnovationen

 

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

 

Förderkennzeichen: BMBF - 03XP0197
Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2021 (verlängert bis 30.06.2022)

Projektleitung

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Dr. Anna Große, Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Projekt-Partner

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Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V., Chemnitz (DE)
http://www.stfi.de/
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/
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) Logo Deutsch
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), Berlin (DE)
https://www.baua.de/DE/Home/Home_node.html

Veröffentlichungen

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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