Απομόνωση και ανακύκλωση ινών άνθρακα από σύνθετα υλικά εποξειδικής μήτρας
| datacite.contributor.RelatedPerson | Δημήτρης Κουζούδης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Ελευθέριος Αμανατίδης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Γεώργιος Πασπαράκης | |
| dc.contributor.author | Χριστοφή, Στυλιανός | |
| dc.contributor.other | Christophi, Stylianos | |
| dc.date.accessioned | 2025-03-13T06:45:06Z | |
| dc.date.available | 2025-03-13T06:45:06Z | |
| dc.date.issued | 2023-07 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Καθώς η βιομηχανία ολοένα και αναπτύσσεται, νέα σύνθετα υλικά παράγονται. Τα υλικά αυτά έχουν βελτιωμένα χαρακτηριστικά και βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με τα συμβατικά υλικά. Τα σύνθετα υλικά εποξειδικής μήτρας με ενίσχυση ινών, άνθρακα και υάλου έχουν βρει αμέτρητες εφαρμογές και η παραγωγή τους συνεχώς αυξάνεται. Τόσο το κόστος αλλά και οι ενεργειακές απαιτήσεις για την παρασκευή τέτοιων υλικών είναι μεγάλες αλλά ο χρόνος ζωής τους πεπερασμένος. Αυτό σημαίνει ότι χρόνο με τον χρόνο συσσωρεύεται σημαντικός αριθμός υλικών που απορρίπτονται και ο μέχρι τώρα τρόπος διαχείρισής τους δεν συμβαδίζει ούτε με την πράσινη ανάπτυξη ούτε με την διαφύλαξη του περιβάλλοντος. Παράλληλα χάνονται πολύτιμα υλικά όπως οι ίνες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν μετά από κατάλληλη επεξεργασία και ανακύκλωση. Οι διάφοροι τρόποι επεξεργασίας των υλικών ενισχυμένα με ίνες, ταξινομούνται σε μηχανικές, θερμικές και χημικές μεθόδους οι οποίες όμως αυτή τη στιγμή δεν είναι βιώσιμες, είτε λόγω του υψηλού κόστους που χρειάζεται για την διεκπεραίωσή τους είτε λόγω της όχι και τόσο ικανοποιητικής ποιότητας των ανακτημένων ινών. Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε μια πρωτότυπη μέθοδος ανακύκλωσης που ανήκει στην κατηγορία των χημικών μεθόδων ανακύκλωσης και περιλαμβάνει χρήση ενεργοποιημένου με πλάσμα, διαλύματος νιτρικού οξέος υψηλής συγκέντρωσης. Παρόλο που η χρήση πλάσματος σε υγρά δεν έχει ερευνηθεί σε βάθος ακόμη, στη προκειμένη περίπτωση χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία καθώς ενεργοποιεί το διάλυμα, και οδηγεί στην παραγωγή πληθώρα δραστικών χημικών ειδών σε αυτό. Η διάταξη που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα είναι τύπου εκκενώσεων διηλεκτρικού φράγματος (Dielectric Barrier Discharge, DBD) και η εκκένωση πραγματοποιείται με φυσαλίδες εντός υάλινης σφαιρικής φιάλης η οποία περιέχει το νιτρικό οξύ καθώς και το προς μελέτη δείγμα. Στην προσπάθεια διασφάλισης της όσο γίνεται πιο ‘πράσινης’ διεργασίας το διάλυμα νιτρικού ανακυκλώνεται και επαναχρησιμοποιείται σε κάθε επεξεργασία ενώ οι ατμοί που παράγονται διοχετεύονται σε πληντρίδα υγρού(wet scrubber). Τα δείγματα που χρησιμοποιήθηκαν είναι σύνθετα υλικά που περιέχουν ίνες άνθρακα και υάλου, χορηγούμενα από την εταιρεία Hexcel. Μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι η ανακύκλωση των ινών με την μέθοδο αυτή είναι εφικτή, και μάλιστα σε μικρό χρόνο, με την θερμοκρασία να κυμαίνεται στους 78oC. Τα αποτελέσματα έδειξαν ποσοστά ανάκτησης ινών συγκέντρωσης άνθρακα περίπου 94 at% ενώ και οι μηχανικές τους ιδιότητες διατηρούνται σε ποσοστό γύρω στο 90% σε σχέση με την ονομαστική. | |
| dc.description.translatedabstract | As the industry grows, new composite materials are being produced. These materials have im- proved characteristics and higher performance than conventional materials. Especially the fiber re- inforced epoxy matrix composites, have found countless applications and their production is con- stantly increasing. Both the cost and energy requirements to produce such materials are high and their lifetime is finite. This means that, year after year, a considerable amount of material is accumu- lating and is being disposed of, and the way in which it has been managed so far is not in line with either green growth or environmental protection. At the same time, valuable materials such as fibers that could be used after proper processing and recycling are lost. The various ways of processing fiber-reinforced materials after their end-of-life are classified as mechanical, thermal, and chemical , which up to now are not considered sustainable, either because of the high costs involved or because of the low quality of the recovered fibers. In this work, a novel recycling method belonging to the category of chemical recycling methods was developed and analyzed, involving the use of plasma-activated, high concentration nitric acid solution. Although the use of plasma in liquids has not been investigated in depth yet, it has been successfully used in the present case as it activates the solution and leads to the production of a plethora of active chemical species in it. The device used in the experiments is of Dielectric Barrier Discharge (DBD) type and the discharge ignites in bubbles inside a glass spherical flask containing nitric acid as well as the composites for recycling. In an effort to ensure the process is sustainable and 'green', the nitrate solution is recycled and reused in each treatment while vapors produced are injected into a scrubbing solution. The sam- ples used are carbon and glass fibers, provided by Hexcel. Measurements carried out showed that the recycling of fibers by this method is possible in short times and low temperatures (below 80oC). The results showed carbon fiber recovery rates of around 94at% while their mechanical properties are maintained by ~ 90% compared to the virgins. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/29332 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.subject | Πλάσμα | |
| dc.subject | Ίνες άνθρακα | |
| dc.subject | Νανοϋλικά | |
| dc.subject.alternative | Plasma | |
| dc.subject.alternative | Carbon fibers | |
| dc.subject.alternative | Nanomaterials | |
| dc.title | Απομόνωση και ανακύκλωση ινών άνθρακα από σύνθετα υλικά εποξειδικής μήτρας | |
| dc.title.alternative | Isolation and recycling of carbon fibers from epoxy matrix composites |