Studio del processo di recupero di fibre di rinforzo in compositi a matrice termoplastica mediante dissoluzione chimica

Abstract

L'impiego sempre più esteso dei materiali compositi nei settori aerospaziale, automobilistico, nautico ed energetico ha reso sempre più attuale il problema della gestione del loro fine vita. In particolare, i compositi rinforzati con fibra di carbonio presentano elevate prestazioni meccaniche, ma anche costi di produzione e consumi energetici significativi, rendendo il recupero delle fibre una tematica di grande interesse sia dal punto di vista economico sia ambientale. Il presente lavoro analizza il recupero di fibre di carbonio e di lino da compositi a matrice termoplastica Elium®, realizzati mediante tecnologia Vacuum-Assisted Resin Infusion (VARI), attraverso un processo di riciclo chimico basato sulla dissoluzione della matrice in acetone. Dopo una prima analisi dello stato dell'arte relativa ai materiali compositi e alle principali tecnologie di riciclo, viene descritta la campagna sperimentale che ha previsto la realizzazione dei laminati, il recupero delle fibre di rinforzo e la successiva produzione di laminati di seconda generazione. Per valutare l'efficacia del processo di riciclo, i materiali ottenuti sono stati sottoposti a prove meccaniche di flessione e di resistenza al taglio interlaminare (ILSS), confrontando le prestazioni dei compositi di prima e seconda generazione. I risultati ottenuti hanno evidenziato la possibilità di recuperare entrambe le tipologie di rinforzo e di riutilizzarle nella produzione di nuovi laminati, pur osservando una riduzione delle proprietà meccaniche rispetto ai materiali originali. Lo studio conferma quindi il potenziale del riciclo chimico come soluzione promettente per incrementare la sostenibilità dei compositi a matrice termoplastica e favorire l'applicazione dei principi dell'economia circolare nel settore dei materiali avanzati.

The increasing use of composite materials in the aerospace, automotive, marine, and energy sectors has made end-of-life management an increasingly important challenge. In particular, carbon-fibre-reinforced composites offer outstanding mechanical performance but are also associated with high production costs and significant energy consumption, making fibre recovery a topic of considerable economic and environmental interest. This thesis investigates the recovery of carbon and flax fibres from Elium® thermoplastic matrix composites manufactured through the Vacuum-Assisted Resin Infusion (VARI) process by means of a chemical recycling method based on matrix dissolution in acetone. Following an overview of the state of the art concerning composite materials and the main recycling technologies, the experimental campaign is presented, including the manufacturing of the laminates, the recovery of the reinforcing fibres, and the production of second-generation laminates. To evaluate the effectiveness of the recycling process, both first- and second-generation composites were subjected to flexural and interlaminar shear strength (ILSS) tests. The experimental results demonstrated that both types of reinforcement could be successfully recovered and reused for the production of new composite laminates, although with a reduction in mechanical performance compared with the original materials. Overall, the study confirms the potential of chemical recycling as a promising approach to improving the sustainability of thermoplastic-matrix composites and promoting the implementation of circular economy principles in the field of advanced composite materials.