Riciclare le fibre di carbonio è fattibile? Non è mai stato impossibile, e adesso inizia a diventare sempre più concreta la possibilità di riuscire ad ottenere fibre con buone/ottime qualità meccaniche e con una lunghezza maggiore.
Fino ad oggi i processi per il riciclo delle fibre di carbonio impiegavano temperature elevate, per riuscire a degradare la matrice, con l’effetto di impoverire le fibre delle loro qualità, oltre che della loro dimensione, contribuendo ulteriormente a degradare il prodotto riciclato.
Un tentativo di valorizzare i prodotti ottenuti dai processi per riciclare le fibre di carbonio è rappresentato dal metodo messo a punto, nel 2012, da ENEA, in associazione con le aziende italiane CORMATEX e KARBOREK. L’idea di fondo, consisteva nell’omogeneizzare la dimensione delle fibre a una lunghezza di 5 cm, per ottimizzare le caratteristiche del nuovo materiale brevettato: ossia un feltro in fibre di carbonio riciclato, adatto sia per applicazioni nei settori dell’automotive che in quello degli isolanti (Qui il brevetto, qui il materiale brevettato).
Continuano ad esserci passi in avanti da un punto di vista tecnologico, e di seguito troverai 4 modi impiegati per riciclare le fibre di carbonio, descritti nei brevetti pubblicati nell’ultimo anno. I titoli brevettuali indicati fanno riferimento a dimensioni maggiori delle fibre e permettono a queste di mantenere delle elevate proprietà meccaniche, come descritto nei documenti.
1. Nuova matrice a base di resina epossidica decomponibile per idrolisi
Ossia, come togliere il problema all’origine.
La KOREA INSTITUTE OF MACHINERY & MATERIALS a messo a punto una resina termoindurente, chimicamente decomponibile in una soluzione basica, che possiede un’elevata temperatura di transizione vetrosa, in grado di sciogliersi facilmente. Al momento del riciclo delle fibre di carbonio, o di altro tipo, l’estrazione di queste avviene disintegrando la nuova resina tramite idrolisi (ossia per effetto dell’acqua che funge da solvente). In questo modo anche i costi di smaltimento dei residui risultano estremamente ridotti. Nel documento i dettagli della nuova composizione di resina epossidica.
(Brevetto WO2018021645, depositato a luglio 2016 e pubblicato a febbraio 2018).
2. Decomporre la matrice epossidica con piccole molecole di alcool
Ossia, come utilizzare processi chimici efficaci: temperature relativamente basse, e tempi di lavorazione nell’ordine delle ore.
La GEORGIA TECH RESEARCH a messo a punto un metodo che prevede l’impiego di molecole di alcol in grado di favorire il riciclo dei materiali (matrice e fibre) con ottime qualità dei prodotti ottenuti, soprattutto dal punto di vista delle proprietà meccaniche. Il metodo consiste nell’effettuare un lavaggio del composito ad una elevata temperatura, in presenza di una piccola molecola di alcol (ad esempio glicoli) e di un catalizzatore (ad esempio ossido o solfuro di piombo, un composto di rame, argento o oro), per recuperare la fibra di carbonio. Le piccole molecole di alcool spezzano i legami polimerici della matrice, in questo modo la resina epossidica si dissolve e le fibre possono essere estratte. Il processo si sviluppa in due fasi a temperature comprese tra 160-200°C per 2-6 ore. Nella prima fase la matrice polimerica viene dissolta completamente, mentre nella seconda fase avviene l’evaporazione della molecola di alcool. Al termine della prima fase, le fibre di carbonio possono essere estratte. Mentre al termine della seconda fase, il sovente viene fatto evaporare e la resina torna a polimerizzarsi, permettendo così di recuperare anche la matrice. Il processo può essere impiegato per riparare prodotti in materiale composito o per far aderire lastre composite, oltre che per riciclare le fibre di carbonio.
(Brevetto WO2018006090, depositato a luglio 2016 e pubblicato a gennaio 2018).
3. Disintegrare la matrice epossidica con superacidi e pirolisi
Ossia, come impiegare processi chimici efficienti: temperature relativamente alte, e tempi di lavorazione nell’ordine dei minuti.
La BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY in associazione con la BOEING INVESTMENT a messo a punto un processo per il recupero delle fibre di carbonio che prevede di cospargere il composito con un superacido in polvere, a base di SO4^2/ TiO2, a cui far seguire la pirolisi a 500-700°C per 10-30 minuti, in un ambiente anaerobico (senza ossigeno), per ottenere la scissione dei legami chimici e una fase successiva di pirolisi a 350-450 ° C per 10-60 minuti in un ambiente aerobico (in presenza di ossigeno). La matrice epossidica viene persa, ma le fibre di carbonio possono essere recuperate con ottime qualità.
(Brevetto CN106957451, depositato ad aprile 2017 e pubblicato a luglio 2017. Per avere il testo inglese del documento contattare info@sequoo.com).
4. Disintegrare la matrice epossidica con gas e microonde
Ossia, come impiegare processi chimici efficienti e efficaci: temperature relativamente basse, e tempi di lavorazione nell’ordine dei minuti.
La KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY a messo a punto un processo per riciclare le fibre di carbonio che prevede l’impiego di radiazioni elettromagnetiche. In particolare, il metodo consiste nel riscaldare le fibre di carbonio tramite microonde a frequenze comprese tra 2450 e 915 MHz, e una miscela di gas a base di ossigeno (ad esempio gas metano e ossigeno). Il tutto viene portato fino ad una temperatura di 350-500°C per meno di un’ora. Dopodiché la temperatura viene abbassata naturalmente a 200°C e le fibre di carbonio possono essere recuperate.
(Brevetto CN107216480, depositato a giugno 2017 e pubblicato a settembre 2017. Per avere il testo inglese del documento contattare info@sequoo.com).
E l’Italia?
Da una prima indagine di massima, non sembrano esserci al momento brevetti di aziende italiane impegnate a riciclare le fibre lunghe dei compositi.
Speriamo di poter fare di più in futuro.
Buon lavoro!
Per indagini più approfondite sull’argomento, scopri SEQUOO.
Vedi anche:
