Abstract

Reprocessable, repairable, and recyclable thermoset composites have the potential to improve the circularity of composites and ensure their sustainability. Disulfide-based epoxy matrices are under development to meet the specifications of key sectors (transport, wind energy, etc.). The manufacturing of reinforced composites by different techniques (infusion, prepregs, etc.) has been validated (TRL 4-5). The incorporation of new functionalities, such as fire resistance, and the validation of recycling are now on the table. Conventional chemical recycling separates the reinforcement from the composite for reuse, leaving aside the polymer matrix. The new functionalities incorporated require recovery and validation of the matrix. Dynamic resins allow milder conditions to be applied during recycling, and the challenge remains to find new applications that reuse these recycled products. On the other hand, the rational use of resources demands for new recycling routes that do not require separation of the components, apply few steps, be economically viable, and maintain the value of the reinforcement and the matrix. Vitrimers allow the thermoforming of composite parts through the application of heat and pressure. This process opens the way from reusing final parts with new shapes to generating short new fibre composites from mechanical pre-crushing. This communication will present the latest developments and objectives of several European projects funded under the HE framework (SURPASS, GA no. 101057901; MC4, GA no. 101057394) in which work on the maturity of the technologies is in progress.

Abstract

La pirólisis es un proceso técnicamente adecuado para recuperar las fibras de los residuos plásticos reforzados que además puedan contener otro tipo de materiales (madera, espumas, lacas, etc.), como es el caso de las palas de aerogeneradores al final de su vida útil. La rentabilidad económica del proceso de reciclado por pirólisis depende principalmente del valor de las fibras recuperadas, ya que los líquidos de pirólisis actualmente carecen de aplicación industrial (y por lo tanto son un residuo, de carácter peligroso) y los gases se emplean habitualmente para abastecer parcialmente los requerimientos energéticos del proceso, que es endotérmico. Dado que las palas de aerogeneradores que se están retirando en la actualidad están constituidas mayoritariamente por fibras de vidrio, de bajo valor económico, la rentabilidad del proceso de reciclado por pirólisis de este tipo de palas es un aspecto crítico.

En este trabajo se presenta un análisis del incremento de la rentabilidad de un proceso de pirólisis de palas de aerogeneradores que incluye una etapa de tratamiento para mejorar las propiedades de los productos líquido y gaseoso. Para ello, se ha definido la inversión a realizar para este tratamiento (unidades de proceso adicionales) y se han cuantificado los gastos energéticos y los gastos de gestión de residuos líquidos en los escenarios sin y con tratamiento, incluyendo en este último caso los ingresos por venta de hidrógeno. Con esta información y el gasto de amortización se han elaborado las cuentas de resultados incrementales derivadas de realizar el tratamiento, obteniendo los flujos netos de caja (FNC). Los FNC han servido para calcular el valor actualizado neto (VAN) del proyecto de inversión, por ser el mejor criterio desde un punto de vista financiero para evaluar un proyecto. En último lugar, se ha realizado un análisis de sensibilidad teniendo en cuenta desviaciones en la inversión a realizar, ingresos y costes. Los resultados muestran que el coste de gestión de los residuos líquidos es el parámetro de mayor influencia en la rentabilidad, haciendo que la implementación del tratamiento permita aumentar la rentabilidad del proceso de reciclado.

Abstract

This chapter presents a review of the current situation in Spain, in relation to Europe and the world, regarding the treatment of composite materials and their constituents at the end of their life cycle. Such treatment may include landfill disposal, energy recovery (incineration), recycling or recovery of materials as raw materials for the same or other uses, or the reuse or repurposing at the component or subcomponent level. These pathways or processes, along with associated developments and research, are described in greater depth in subsequent sections, while this section provides a general, combined, and particularized review, as much as possible, of the Spanish case. The chapter covers three main areas: a general framework, a section on initiatives and services offered by private companies, and a section on the activities of groups, centers, and entities within the R&D sector. Issues related to legislation, including waste classification, are presented in a specific chapter dedicated to this topic.

Abstract

En este capítulo se describen las diferentes estrategias de reutilización que se pueden llevar a cabo con los materiales compuestos con matrices poliméricas una vez pasados por los centros de reciclaje actualmente disponibles a escala industrial. 

El trabajo describe cómo, dependiendo de la naturaleza tanto de las matrices como de las fibras de refuerzo, la reutilización de este tipo de fibras debe estar dirigida hacía un tipo de procesos u otros y cómo, mediante la variación de las tecnologías, es posible dar lugar a productos con una mayor o menor orientación de las fibras. De la misma manera, el capítulo analiza algunos de los procesos de fabricación de materiales compuestos, que pueden afectar a la longitud de las fibras y por lo tanto modificar las propiedades del material final. 

De esta forma, se describen las diferentes tecnologías actualmente disponibles y en proceso de desarrollo en España para poder dar una nueva vida a las fibras de carbono y de vidrio, orientadas a retener la mayor parte de su valor añadido y propiedades, como son: reutilización en materiales compuestos termoestables, reutilización como refuerzo en materiales compuestos termoplásticos, reprocesado de la fibra (estructuras de fibra tejidas o no tejidas), reciclado de fibras que todavía estén embebidas, reciclajes específicos según la naturaleza de la fibra. 

A lo largo del texto se van recogiendo algunos de los proyectos liderados por entidades españolas con mayor relevancia en el desarrollo de las diferentes tecnologías y, además, al final del mismo se remarcan esos mismos proyectos y otros más en los que se destaca el trabajo realizado por centros, universidades y empresas españolas en el campo de la reutilización y reciclaje de fibras de carbono y de vidrio.

Abstract

This chapter addresses two relevant challenges to enforce in a manufacturing plant where carbon fiber prepreg is used as raw material for the manufacture of aeronautical parts. The first challenge is the segregation of fresh production waste, where the resin is fresh and has a big potential for being used as material for other applications. This chapter described a proposal for the collection of this highly valuable material in a pilot plant where aircraft stabilizers are manufactured. This second challenge addresses solutions for the reprocessing of waste material discarded during the manufacturing of carbon parts. Hereafter is described the preparation of new materials or by-products, which can be reincorporated into the production system of other composite material parts.

Abstract

One of the main problems of composite recyclability, is to find applications with a positive business case and technically viable. In order to determine possibilities, it is necessary, first, to analyze mechanical properties of materials as well as today available manufacturing processes with this type of products.

Abstract

This chapter addresses the environmental and energy challenges posed by the increasing production of composite materials, particularly those reinforced with carbon and glass fibres. Current recycling technologies focused on fibre recovery, such as thermal and chemical methods, now enable the production of fibres suitable for reintegration into the value chain. The chapter details adapted textile technologies for processing these recycled fibres, covering methods from non-woven fabric production to the newest manufacturing technology of yarns and unidirectional tapes. Technologies such as carding and yarn formation are analyzed, highlighting the need for hybridization with virgin materials to enhance the mechanical properties of the final products. While current advances do not yet match the performance of virgin materials, ongoing research continues to optimize these processes, paving the way for the industrialization of more sustainable composites, with applications ranging from lightweight structures to sectors with higher mechanical requirements.

Abstract

The recycling of composites by pyrolysis is a technology still under development, and although it is beginning to be implemented, it still poses different problems to be solved to ensure its viability and profitability. Thus, key aspects such as the high energy consumption of the process, the search for commercial outlets for secondary products, as well as maximising the value of the main products, understood as the reinforcement fibres of the composite itself, must be tackled. Regarding the reduction of energy consumption, AIMPLAS is working on the use of microwave radiation as a more efficient source of energy than convection heating, studying the possibility of reducing the temperature of the process, analysing the effect of this radiation on the quality of the fibres obtained and the final mass balance of the different fractions. Additionally, AIMPLAS has worked on the study of the application of sizings, mainly in carbon fibres. AIMPLAS is working on the development of new products and the optimisation of the application method to obtain short fibres coated with sizings, showing the improvement in the mechanical properties of the final composite due to a better interaction with the resin.