Development and characterization of glass fiber reinforced polymer composites from recycle wind turbine waste

As the world population grows exponentially, consumption rates and demand for new products also increase dramatically. As a result, a large number of end-of-life (EoL) products are continuously being phased out, resulting in a number of environmental problems. This Final Master's Degree Project aims to perform the development and characterisation of fibreglass reinforced polymer composites from the recycling of wind turbine waste, specifically through the mechanical recycling of the blades of EoL wind turbines. This thesis is part of the initiatives belonging to the Europe 2020 strategy to generate sustainable, intelligent and inclusive growth, that is, a Europe that uses resources efficiently. The thesis work was performed in the framework of a Horizon 2020 European project entitled “FiberEUse, Large scale demonstration of new circular economy value-chains based on the reuse of end-of-life fibre reinforced composites” (Project Number 730323). Therefore, the final objective of this thesis is the manufacture of a new composite material for subsequent applications, achieving the principle of Circular Economy to EoL compounds. First, samples of glass-fibre reinforced polymer composites were prepared. The composites were made from 60% by weight of recycled glass fibres together with the commercial epoxy resin AralditeBY158 and the commercial reagent Aradur21 which modifies the viscosity and gelling time of the resin, since according to previous studies the optimal amount of recycled glass fibres was 60% by weight. These material samples were characterized through different properties such as tensile strength, glass transition temperature, contact angle measurements by sessile drop method among others. Finally, thanks to the positive results obtained from the composite material, the surface of the material was coated to optimize its properties. Different types of commercial reagents such as Omnicat440, succinic anhydride and phthalic anhydride and different technologies for the deposition of coating solutions such as airbrush and brush will be used. Especially the method of curing with UV light was employed. The best coating results were obtained with a plasma pre-treatment technology of the surface of the composite prior to the coating stage and by using the airbrush for the deposition of the coating solutions. However, due to the current situation caused by the Covid-19 virus it has not been possible to obtain an optimal coating solution for the surface finishing of the remanufactured material. In order to carry out this work, several characterization techniques have been used, such as differential scanning calorimetry (DSC) and UV-DSC, tensile tests and contact angle measurements.

Con la crescita esponenziale della popolazione mondiale, anche i tassi di consumo e la domanda di nuovi prodotti aumentano drasticamente. Di conseguenza, un gran numero di prodotti a fine vita (EoL) vengono continuamente eliminati, causando una serie di problemi ambientali. Questo progetto di Master Finale mira a realizzare lo sviluppo e la caratterizzazione di compositi polimerici rinforzati con fibra di vetro provenienti dal riciclaggio dei rifiuti delle turbine eoliche, in particolare attraverso il riciclaggio meccanico delle pale delle turbine eoliche EoL. Questa tesi fa parte delle iniziative della strategia Europa 2020 per generare una crescita sostenibile, intelligente e inclusiva, cioè un'Europa che usa le risorse in modo efficiente. Il lavoro di tesi è stato svolto nell'ambito di un progetto europeo Horizon 2020 intitolato "FiberEUse, Dimostrazione su larga scala di nuove catene del valore dell'economia circolare basata sul riutilizzo di compositi rinforzati con fibre a fine vita" (progetto numero 730323). Pertanto, l'obiettivo finale di questa tesi è la produzione di un nuovo materiale composito per le applicazioni successive, raggiungendo il principio dell'economia circolare ai composti EoL. In primo luogo, sono stati preparati campioni di compositi polimerici rinforzati con fibre di vetro. I compositi sono stati realizzati con il 60% in peso di fibre di vetro riciclate insieme alla resina epossidica commerciale AralditeBY158 e al reagente commerciale Aradur21 che modifica la viscosità e il tempo di gelificazione della resina, poiché secondo studi precedenti la quantità ottimale di fibre di vetro riciclate era del 60% in peso. Questi campioni di materiale sono stati caratterizzati attraverso diverse proprietà come la resistenza alla trazione, la temperatura di transizione vetrosa, le misurazioni dell'angolo di contatto con il metodo della goccia sessile, tra le altre. Infine, grazie ai risultati positivi ottenuti dal materiale composito, la superficie del materiale è stata rivestita per ottimizzarne le proprietà. Saranno utilizzati diversi tipi di reagenti commerciali come l'Omnicat440, l'anidride succinica e l'anidride ftalica e diverse tecnologie per la deposizione di soluzioni di rivestimento come l'aerografo e il pennello. In particolare è stato utilizzato il metodo di polimerizzazione con luce UV. I migliori risultati di rivestimento sono stati ottenuti con una tecnologia di pretrattamento al plasma della superficie del composito prima della fase di rivestimento e utilizzando l'aerografo per la deposizione delle soluzioni di rivestimento. Tuttavia, a causa della situazione attuale causata dal virus Covid-19 non è stato possibile ottenere una soluzione di rivestimento ottimale per la finitura superficiale del materiale rigenerato. Per eseguire questo lavoro sono state utilizzate diverse tecniche di caratterizzazione, come la calorimetria a scansione differenziale (DSC) e UV-DSC, prove di trazione e misure dell'angolo di contatto.