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. 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

Comparing the Toxicological Responses of Pulmonary Air–Liquid Interface Models upon Exposure to Differentially Treated Carbon Fibers

In recent years, the use of carbon fibers (CFs) in various sectors of industry has been increasing. Despite the similarity of CF degradation products to other toxicologically relevant materials such as asbestos fibers and carbon nanotubes, a detailed toxicological evaluation of this class of material has yet to be performed. In this work, we exposed advanced air–liquid interface cell culture models of the human lung to CF. To simulate different stresses applied to CF throughout their life cycle, they were either mechanically (mCF) or thermo-mechanically pre-treated (tmCF). Different aspects of inhalation toxicity as well as their possible time-dependency were monitored. mCFs were found to induce a moderate inflammatory response, whereas tmCF elicited stronger inflammatory as well as apoptotic effects. Furthermore, thermal treatment changed the surface properties of the CF resulting in a presumed adhesion of the cells to the fiber fragments and subsequent cell loss. Triple-cultures encompassing epithelial, macrophage, and fibroblast cells stood out with an exceptionally high inflammatory response. Only a weak genotoxic effect was detected in the form of DNA strand breaks in mono- and co-cultures, with triple-cultures presenting a possible secondary genotoxicity. This work establishes CF fragments as a potentially harmful material and emphasizes the necessity of further toxicological assessment of existing and upcoming advanced CF-containing materials

Entwicklung von Rückbau- und Recyclingstandards für Rotorblätter : Abschlussbericht [Kurztitel: Aufbereitung von Rotorblättern]

Als Ergebnis der breiten politischen Befürwortung für die Energiewende und des stetig wachsenden Bestands an Windenergieanlagen (WEA) in Deutschland und Europa gewinnen Fragen der Wartung, Laufzeitverlängerung sowie des Anlagenrückbaus und Recyclings an Bedeutung. Eine besondere Herausforderung stellt dabei das Rotorblattrecycling mit ihren glasfaserverstärkten (GFK) und carbonfaserverstärkten (CFK) Anlagenteilen dar. Die für diese Materialien existierenden Recyclingprozesse haben sich noch nicht durchgesetzt und der Wiedereinsatz der recyclierten Materialien ist in der Breite nicht etabliert. Weiterhin mangelt es an Standards für die Demontage und werkstoffliche Aufbereitung dieser Materialien. Zentraler Forschungsgegenstand war die Entwicklung von Standards für eine möglichst hochwertige und gleichzeitig wirtschaftlich zumutbare Aufbereitungs- und Behandlungsstrategie für Rotorblätter. Ausgehend von den zu erwartenden Abfallmengen und - arten und des speziellen Aufbaus und der Zusammensetzung der verschiedenen Rotorblätter wurde ein vollständiges und schlüssiges Konzept für deren Wartungen, Reparatur, Demontage, Vorzerkleinerung und Aufbereitung erarbeitet. Darauf basierend wurde die Organisationsverantwortung aus rechtlicher Sicht geprüft und mögliche erforderlicher, ergänzender materiell-rechtlicher Vorgaben vorgeschlagen. Auch Elemente der abfallwirtschaftlichen Produktverantwortung wurden auf Zweckmäßigkeit geprüft und bewertet. Die Studie beschreibt damit ein erstes umfassendes technisches, rechtliches und organisatorisches Recyclingkonzept für Rotorblätter