End of life wind turbine blades waste management : mechanical characterization of recycled reinforcing fibers

The number of wind turbines reaching their End of Life is continuously increasing. The development of sustainable routes able to manage the disposal of these plants is thus crucial. Most of the existing wind turbine blades are manufactured with GFRP, but the increasing dimension of the last generation blades is moving the design toward lighter but stiffer materials, like CFRP. One of the best EoL strategy able to manage CFRP composites waste is the recycling of the material. Tensile properties and fiber/matrix interface load transfer mechanism, represent critical parameters which contribute to understand if recycled fibers can be reused as reinforcement in a secondary application or not. In order to characterize the mechanical properties of recycled carbon fibers and obtain a comparison with the virgin ones, single fiber tensile test and single fiber fragmentation test have been used on both fiber types. The tensile test has been performed on single-filament of carbon fibers at different gauge lengths and strengths results have been approached by means of a Weibull analysis. Single fiber fragmentation tests have been carried out on epoxy dog-bone specimens with an embedded single carbon fiber. Fiber fragmentation process, induced by the application of a tensile load, leads to the value of the shear stress at fiber/matrix interface. Results reveal just a slight decrease of recycled carbon fibers mechanical properties with respect to virgin fibers.

Il numero di pale eoliche che raggiunge la fine del loro ciclo vita continua ad aumentare. Lo sviluppo di una soluzione che sia in grado di gestire in maniera sostenibile la dismissione di questi impianti, diventa dunque cruciale. La maggior parte delle pale delle turbine eoliche è realizzata in fibra di vetro ma, l'aumento delle dimensioni delle pale di ultima generazione, sta spostando il design verso materiali più leggeri ma più rigidi, come la fibra di carbonio. Una delle migliori strategie per gestire il fine vita di materiali compositi in fibra di carbonio è il riciclo del materiale. Le proprietà di resistenza alla trazione e il meccanismo di trasferimento del carico all'interfaccia tra fibra e matrice, rappresentano due parametri critici che contribuiscono a determinare se le fibre riciclate possano essere riutilizzate come fibre di rinforzo in nuove applicazioni o meno. Per caratterizzare le proprietà meccaniche delle fibre di carbonio riciclate e ottenere un confronto con quelle vergini, sono stati eseguiti test di trazione e di frammentazione sui singoli filamenti di fibra, per entrambe le tipologie. Il test di trazione è stato eseguito su singoli filamenti di fibra di carbonio di diversa lunghezza; i risultati di resistenza solo stati approcciati attraverso l'analisi di Weibull. Il test di frammentazione è stato eseguito su provini di resina epossidica a forma di osso di cane, con singole fibre di carbonio immerse all'interno. Il processo di frammentazione della fibra, indotto dall'applicazione di una forza di trazione, conduce al valore di sforzo di taglio che agisce all'interfaccia tra resina e fibra. L'analisi dei risultati ha mostrato una leggera diminuzione delle proprietà meccaniche nelle fibre di carbonio riciclate.