Determining the influence of material structure and sizing on the comminution behaviour of carbon fibres

Mit der stetig wachsenden Nachfrage nach Carbonfasern (CF) und carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) steigt die Menge der CFK-Abfälle, die am Ende ihrer Lebensdauer verwertet werden müssen. Die Kenntnis der Abhängigkeiten des Zerkleinerungsverhaltens von CF von ihren mechanischen Eigenschaften, unter Berücksichtigung der möglichen Erzeugung und Freisetzung von lungengängigen Faserfragmenten (WHO-Fasern) während der Zerkleinerung, ist essentiell für alle optionalen Verwertungsverfahren.
Zu diesem Zweck wurde eine Auswertungsroutine entwickelt, die aus einer Probenvorbereitung der gemahlenen CF, der Bilderzeugung durch optische Digitalmikroskopie, der automatischen Bildanalyse und der Datennachbearbeitung besteht. ... mehr
In dieser Studie wurden drei verschiedene CF auf Basis von Polyacrylnitril und eine auf Basis von Mesophasenpech in einer Planetenkugelmühle bei ausgewählten spezifischen Energieeinträgen unter Variation der Drehzahl und der Mahldauer zerkleinert und das Zerkleinerungsverhalten mit den mechanischen Fasereigenschaften (Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul) verglichen.
In einer weiteren Versuchsreihe wurden dieselben CF vor der mechanischen Zerkleinerung pyrolysiert, um den Einfluss der Schlichte auf das Zerkleinerungsverhalten der CF zu bestimmen.
Die Versuche zeigten, dass der Einfluss der Schlichte auf das Zerkleinerungsverhalten von CF deutlich größer ist als der der Zugfestigkeit und des Elastizitätsmoduls. Zu erwähnen ist, dass bei allen Zerkleinerungsversuchen lungengängige Faserfragmente entstanden sind, was im Hinblick auf die Gesundheitsgefährdung bei der mechanischen Behandlung von CF zu berücksichtigen ist.

With the steadily increasing demand for carbon fibres (CF) and carbon fibre reinforced plastics (CFRP), the amount of CFRP waste to be recovered at the end of its life is rising. The Knowledge of the dependencies of the comminution behaviour of CF on their material properties, taking into account the possible generation and release of respirable fibre fragments (WHO fibres) during shredding, is essential for all optional recycling and recovery processes.
For this purpose, an evaluation routine was developed, consisting of a sample preparation of the milled CF, image generation by optical digital microscopy, automatic image analysis and data post processing. ... mehr
In this study three different CF based on polyacrylonitrile and one based on mesophase pitch were crushed in a planetary ball mill at selected specific energy inputs while varying the speed and the treatment duration, and the comminution behaviour was compared with the mechanical fibre properties. In another series of tests, the same CF were pyrolyzed prior to mechanical grinding to determine the influence of sizing on the comminution behaviour of the CF. The tests showed that the influence of the sizing on the comminution behaviour of CF is significantly greater than that of tensile strength and Young’s modulus. It should be mentioned that respirable fibre fragments were generated in all comminution tests, which should be taken into account with regard to health hazards in the mechanical treatment of CF.