Catalytic recycling of carbon fiber reinforced thermost polymers (CFRPs)
Creators: name: Filvan Torkaman, Najmeh
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2024

description: Diese Doktorarbeit war ein Versuch, ein nachhaltiges Verfahren zur Herstellung von Leichtbauwerkstoffen zu entwickeln. In dieser Arbeit wurden zwei Wege aufgezeigt. Zum einen das Recycling von CFK-Verbundwerkstoffen aus Prepregs und zum anderen die Herstellung eines recycelbaren Graphen-Verbundwerkstoffs durch eine reversible Diels-Alder Cycloaddition-Reaktion an Graphit. Das Ziel jeder Arbeit war die Einführung eines Recyclingverfahrens. Das Recycling der CFRP wurde erfolgreich durchgeführt. Die Herstellung eines recycelbaren Graphenkomposits war teilweise erfolgreich.Aufgrund der hohen Nachfrage nach CFK-Verbundwerkstoffen in vielen Anwendungen, insbesondere Prepregs, ist die Recyclingmethode von großer Bedeutung. Daher wurde dieser Ansatz zum Recycling von CFK-Verbundwerkstoffen aus Prepregs unter Verwendung von Katalysatoren in DMAc-Lösungsmittel durchgeführt. Zwei Katalysatoren, AluminiumnitratNonahydrat und Eisennitrat-Nonahydrat, zeigen eine hohe Effizienz bei der Spaltung der C-NBindung im ausgehärteten Verbundwerkstoff mit einem Abbaugrad von 100% der Kohlenstofffasern, wobei Aluminiumnitrat bessere Ergebnisse erzielte. Am Ende wurde auch das Lösungsmittel recycelt und mehrmals im Recyclingprozess wiederverwendet. Das Abbauprodukt wurde aufgrund des Stickstoffs in der Struktur des Abbauprodukts als Co-Härter in dem neuen ausgehärteten Epoxidharz verwendet.Um einen funktionalisierten Graphit herzustellen, wurde Furfurylamin erfolgreich auf den Graphit aufgepfropft, vor allem an den Rändern, durch eine DA-Reaktion, und durch Erhöhung der Temperatur kam es dann zu einer Retro-DA. DA und R-DA wurden durch verschiedene analytische Methoden bestätigt. Nachhaltiges und verantwortungsbewusstes Ingenieurwesen, inter- und transdisziplinäre Konzepte waren ein weiteres Thema dieser Doktorarbeit, die Teil der Forschung in der Forschungsgruppe TD.
description: This PhD research was an accomplishment to establish a sustainable process of light weight engineered materials. Two paths were reported in this thesis. Recycling of the CFRPs composite made out the prepreg and the second one was to make a recyclable graphene composite via a reversible Diels-Alder cycloaddition reaction on graphite. The aim of each rout was to introduce recycling procedure. The recycling of the CFRPs was done successfully. Making a recyclable graphene composite was partially successful. According to the high demand of CFRPs composite in many applications especially prepreg, the recycling method is of huge importance, thus, this approach was performed to recycling CFRPs made of prepreg by utilizing catalyst in DMAc solvent. Two catalysts, Aluminum nitrate nonahydrate and Iron nitrate nonahydrate display high efficiency to cleavage the C-N bond in cured composite with 100% degradation ratio of carbon fiber, but aluminum nitrate exhibited better results. At the end, solvent was recycled too and reused several times in the recycling process. Degradation product was used as co-hardener in the new cured epoxy due to the existence of nitrogen in the structure of degradation product. To produce a functionalized graphite, Furfurylamine was grafted to the graphite successfully, mostly at the edges, by DA reaction and consequently by raising the temperature, retro DA occurred. DA and R-DA were confirmed by several analytical methods. Sustainable and responsible engineering, inter and transdisciplinary concepts were another topic during this PhD study that was part of research in Technik and Diversity research group. By conducting survey and also by cooperation with industry, the connection between society and science was made.