Recycling of CFRP by Pyrolysis under Ambient Air

L'utilisation de matériaux composites se développe rapidement et il existe une forte demande pour ces matériaux sur le marché. Il y a quelques obstacles à l'utilisation croissante : prix élevé des matières premières et difficultés dans la gestion de leurs déchets. Trouver une méthode de recyclage efficace peut surmonter ces difficultés. L'objectif de cette étude est de trouver une méthode de récupération viable pour les préimprégnés carbone/époxy périmés à l'aide d'un four à usage général afin de minimiser le coût de recyclage et de maximiser la valeur du produit récupéré. Des expériences de pyrolyse dans des conditions d'air ambiant ont été réalisées à des températures allant de 450o C à 600o C. Pour chaque température de pyrolyse, le temps de pyrolyse variait de 1 à 7 heures. Les résultats obtenus montrent que les conditions optimales de pyrolyse étaient de 2,5 heures à 500 ˚C. Une température plus élevée induit une dégradation des fibres, et une température plus basse conduit à un temps de pyrolyse prolongé. Après avoir trouvé les conditions optimales, des plaques composites ont été fabriquées à partir de fibres de carbone recyclées par la méthode d'infusion de résine assistée sous vide. D'autres caractérisations physiques et des tests mécaniques ont été effectués sur les plaques pour déterminer les propriétés du rCFRP (recycled Carbon Fiber Reinforced Plastics). Les résultats montrent que les plaques fabriquées à partir de fibres de carbone recyclées ont de bonnes propriétés physiques et mécaniques et peuvent être utilisées dans les applications où les propriétés complètes des fibres initiales ne sont pas requises. Les propriétés mécaniques des rCFRP fabriqués se comparent favorablement aux composites fabriqués avec de la fibre de carbone commerciale vierge à usage général utilisant la même résine époxy.

Abstract

The use of composite materials is growing rapidly and there is a high demand for these materials in the market. There are some obstacles for the increasing usage: high price of raw materials and difficulties in their waste management. Finding an effective recycling method can overcome these difficulties. The objective of this study is to find a viable recovery method for time expired carbon/epoxy prepregs using a general-purpose oven to minimize the cost of recycling and maximize the value of the recovered product. Pyrolysis experiments under ambient air conditions were carried out at temperatures ranging from 450o C to 600o C. For each pyrolysis temperature, the pyrolysis time varied from 1 to 7 hours. The obtained results show that the optimal pyrolysis conditions were 2.5 hours @ 500 ˚C. A higher temperature induces fibre degradation, and a lower temperature leads to a very prolonged pyrolysis time. After finding the optimum conditions, composite plates were manufactured from recycled carbon fibers by Vacuum Assisted Resin Infusion method. Further physical characterizations and mechanical tests were performed on the plates to determine the properties of the rCFRP (recycled Carbon Fiber Reinforced Plastics). Results show that the manufactured plates from recycled carbon fibers have good physical and mechanical properties and can be used in the applications which full properties of initial fibers is not required. The mechanical properties of fabricated rCFRPs compare favorably to composites fabricated with general-purpose virgin commercial carbon fiber using the same epoxy resin.