Investigating the recyclability of ski sandwich structures through high-voltage fragmentation

Il riciclo degli sci alpini è un argomento complesso e ancora poco approfondito. Gli sci sono strutture multi-materiale, in cui legno, polimeri, metalli e compositi sono fortemente uniti tra loro per garantire buone prestazioni meccaniche durante l’utilizzo. Questa costruzione rende difficile il trattamento a fine vita con metodi convenzionali, che spesso porta alla formazione di frammenti misti e a un recupero limitato dei materiali. In questo lavoro, la frammentazione ad alta tensione, o High-Voltage Fragmentation (HVF), è stata studiata come possibile pretrattamento per migliorare la riciclabilità di strutture sandwich da sci. La campagna sperimentale è stata svolta su campioni ricavati da tre diversi modelli di sci HEAD: Oblivion, Supershape e Discovery. I campioni sono stati trattati con un sistema SELFRAG Lab, variando principalmente la tensione applicata e il numero di impulsi. Dopo ogni test, il materiale recuperato è stato raccolto, fotografato, separato manualmente e osservato visivamente. Sono stati inoltre valutati il recupero di massa, la formazione della frazione fine mista e l’energia di processo, come indicatori preliminari del recupero di materiale e dell’intensità del trattamento. Inoltre, analisi SEM/EDS sono state svolte su alcuni sottocampioni della frazione mista ricca di fibre, per comprenderne meglio la morfologia e la composizione. I risultati hanno mostrato che la HVF è stata in grado di aprire la struttura dello sci e favorire la liberazione di diversi componenti. Frammenti ricchi di legno, fianchetti ed elementi metallici, come lamine in acciaio e strati di Titanal, sono risultati spesso riconoscibili e, in alcuni casi, separabili manualmente. Tuttavia, il processo non ha prodotto flussi di materiale completamente puliti e omogenei. La soletta, lo strato superiore e le regioni ricche di materiali compositi sono rimaste più difficili da separare, soprattutto perché fortemente legate alla resina e agli strati circostanti. In generale, tensioni più elevate e un numero maggiore di impulsi hanno aumentato il grado di frammentazione e il rilascio di fibre, ma hanno anche favorito la formazione di una frazione fine mista più eterogenea. Nel complesso, la HVF ha mostrato potenziale come pretrattamento per il riciclo degli sci, soprattutto per aprire la struttura multi-materiale ed esporre componenti di interesse. Tuttavia, sono ancora necessari ulteriori passaggi di separazione, caratterizzazione e ottimizzazione del processo prima di definire una strategia completa di riciclo. Studi futuri dovranno inoltre considerare il trattamento su scala più ampia, il fabbisogno energetico e possibili strategie di riprogettazione per rendere le strutture degli sci più facili da separare a fine vita.

The recycling of alpine skis is challenging because skis are complex multi-material structures, where wood, polymers, metals and fiber-reinforced composites are strongly bonded together to ensure good mechanical performance during use. This construction makes conventional end-of-life treatment difficult, often leading to mixed fragments and limited material recovery. In this work, High-Voltage Fragmentation (HVF) was investigated as a possible pre-treatment to improve the recyclability of ski sandwich structures. The experimental campaign was carried out on ski samples from three different HEAD ski models: Oblivion, Supershape and Discovery. The samples were treated using a SELFRAG Lab system, varying mainly the applied voltage and the number of pulses. After each test, the recovered material was collected, photographed, manually sorted and visually inspected. Mass recovery, fine mixed fraction generation and process energy were also evaluated as preliminary indicators of material recovery and treatment intensity. In addition, SEM/EDS analysis was performed on selected sub-samples of the mixed fiber-rich fraction to better understand its morphology and composition. The results showed that HVF was able to open the ski structure and promote the liberation of several components. Wood-rich fragments, sidewalls and metallic elements such as steel edges and Titanal layers were often recognizable and, in some cases, manually separable. However, the process did not produce fully clean and homogeneous material streams. The base, top sheet and composite-rich regions remained more difficult to separate, mainly because they are strongly bonded to resin and surrounding layers. Higher voltage and higher pulse number generally increased the degree of fragmentation and fiber release, but also promoted the formation of a more heterogeneous fine mixed fraction. Finally, HVF showed potential as a pretreatment for ski recycling, especially for opening the multi-material structure and exposing valuable components. However, further sorting, characterization and process optimization are required before defining a complete recycling route. Future work should also address larger-scale treatment, energy demand and possible redesign strategies to make ski structures easier to separate at end of life.