Sustainable composites: from the recycled fibres to the production of new laminates

As the aerospace industry further shifts towards more Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) rich vehicles, the volumes of aircraft reaching the end-of-life will rise as well. This growth will produce over the years higher amounts of CFRP wastes. To handle these volumes of waste, several solutions have been proposed. Another key material whose volumes are also increasing is Glass Fibre Reinforced Polymers (GFRP). This material is widely used across several industries, some that also are seeing a growth in the late years, i.e., the wind turbine industry, transportation. Also, for GFRP there are several EOL strategies. In this thesis the recycling one is analysed for both GFRP and CFRP. The experimental campaign was focused initially in studying the mechanical behaviour of single fibres, for both recycled and virgin carbon and glass fibres. To characterise them the single fibre tensile test has been carried out. The interaction between the fibre and the matrix is another key part in understanding the behaviour of the recycled materials with the scope of future applications. In this work, for single fibre fragmentation test a new testing set-up was designed and developed. Finally, laminates from chemically recycled carbon fibres were produced through infusion technology. In order to investigate the mechanical properties, tensile tests were carried out. The composite panel was realised through the infusion technology, as it is more suitable for the type of recycled carbon fibre plies available. From laminates two batches of specimens have been extracted to carry out tensile tests. From the results of this work, it was demonstrated that the use of recycled fibres for future applications is feasible.

Con l'ulteriore spostamento dell'industria aerospaziale verso velivoli più ricchi di compositi rinforzati con fibre di carbonio (CFRP), aumenteranno anche i volumi di velivoli che giungeranno a fine vita. Questa crescita produrrà negli anni una maggiore quantità di rifiuti di CFRP. Per gestire questi volumi di rifiuti, sono state proposte diverse soluzioni. Un altro materiale chiave, i cui volumi sono in aumento, sono i polimeri rinforzati con fibre di vetro (GFRP). Questo materiale è ampiamente utilizzato in diversi settori, alcuni dei quali stanno registrando una crescita negli ultimi anni, come l'industria delle turbine eoliche e dei trasporti. Anche per i GFRP esistono diverse strategie di EOL. In questa tesi viene analizzata quella del riciclo sia per il GFRP che per il CFRP. La campagna sperimentale si è concentrata inizialmente sullo studio del comportamento meccanico di singole fibre, sia di carbonio che di vetro, riciclate e vergini. Per caratterizzarle sono state eseguite delle prove a trazione. L'interazione tra la fibra e la matrice è un'altra parte fondamentale per la comprensione del comportamento dei materiali riciclati con lo scopo di applicazioni future. A questo scopo in questo lavoro, per la prova di frammentazione di una singola fibra è stato progettato e sviluppato un nuovo set-up di prova. Oltre al comportamento di una singola fibra, è importante valutare il comportamento di un pannello realizzato con materiale riciclato. Il pannello composito è stato realizzato attraverso la tecnologia dell'infusione, in quanto più adatta al tipo di tessuti in fibra di carbonio riciclati disponibili. Dai laminati sono stati estratti due lotti di provini per effettuare le prove di trazione. Dai risultati di questo lavoro, è stato dimostrato che l'uso di fibre riciclate per applicazioni future è fattibile