Thermal reshaping for end-of-life reuse of glass fiber reinforced vitrimers

Vitrimer-based composites represent a new class of materials that combine high mechanical performance with the ability to be repaired, reshaped and recycled. In this study, glass fiber-reinforced vitrimer laminates were produced in both flat and V-shaped panel configurations, with the latter subsequently reshaped into a flat form. The reshaping process was performed through hot-pressing, leveraging the vitrimer's ability to activate covalent bond exchange mechanisms at this temperature. First, three-point bending tests were conducted on the non-reshaped laminates over a temperature range of 23°C to 150°C to determine the optimal reshaping temperature, which was found to be 150°C. The V-shaped panels were then reshaped at that temperature. To evaluate the effect of reshaping on mechanical properties, the laminates were subjected to four-point bending and tensile tests. The results indicate that the reshaped panels retain a comparable elastic modulus to virgin laminates but exhibit a reduction in maximum strength. Post-failure analysis revealed the presence of resin-rich areas and fiber misalignment in the reshaped laminates in the reformed edge, suggesting an imperfect redistribution of the matrix during the reshaping process. These findings confirm the potential of vitrimer composites for applications requiring reshaping and recyclability. However, they also highlight the need to optimize the reshaping process to minimize microstructural defects that could negatively affect mechanical properties. Balancing reprocessability with structural integrity remains a key challenge for the implementation of these materials in advanced applications.

I compositi a base di vitrimero rappresentano una nuova classe di materiali che combinano elevate prestazioni meccaniche con la capacità di essere riparati, rimodellati e riciclati. In questo studio, sono stati prodotti laminati in vitrimero rinforzati con fibra di vetro sia in configurazione piana vergine che in una forma piana rimodellata, ottenuta a partire da pannelli a V inizialmente polimerizzati. Il processo di rimodellamento è stato eseguito tramite pressatura a caldo, sfruttando la capacità del vitrimero di attivare meccanismi di scambio covalente dei legami a questa temperatura. Inizialmente, sono stati condotti test di flessione a tre punti sui laminati non rimodellati in un intervallo di temperatura compreso tra 23°C e 150°C per determinare la temperatura ottimale per il rimodellamento, che è risultata essere di 150°C. Successivamente, i pannelli a V sono stati rimodellati a questa temperatura. Per valutare l'effetto del rimodellamento sulle proprietà meccaniche, i laminati sono stati sottoposti a test di flessione a quattro punti e a prove di trazione. I risultati indicano che i pannelli rimodellati mantengono un modulo elastico comparabile a quello dei laminati vergini, ma mostrano una riduzione della resistenza massima. L'analisi post-rottura ha rivelato la presenza di aree con eccessi di resina e disallineamenti delle fibre nei laminati rimodellati in corrispondenza dello spigolo riformato, suggerendo una ridistribuzione imperfetta della matrice durante il processo di rimodellamento. Questi risultati confermano il potenziale dei compositi a base di vitrimero per applicazioni che richiedono rimodellabilità e riciclabilità. Tuttavia, sottolineano anche la necessità di ottimizzare il processo di rimodellamento per minimizzare i difetti microstrutturali che potrebbero influenzare negativamente le proprietà meccaniche. Bilanciare la riprocessabilità con l’integrità strutturale rimane una sfida fondamentale per l’implementazione di questi materiali in applicazioni avanzate.