FR3018218A1 - Procede de fabrication de pieces en materiaux composites a partir de dechets de materiaux composites recycles - Google Patents

Abstract

L'objet de l'invention est un procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés, réalisé à partir de fibres longues noyées dans une résine de première fabrication, par infusion dans un moule, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : Broyage des déchets de matériaux composites en particules ayant la plus grande dimension inférieure à 10 mm, - Elimination par tamisage des particules ayant une dimension inférieure à 2 mm, - Dépose d'un lit de particules ainsi sélectionné en commençant par le point bas du moule, Infusion de résine vierge, polymérisation et démoulage de la pièce ainsi moulée.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES EN MATERIAUX COMPOSITES A PARTIR DE DECHETS DE MATERIAUX COMPOSITES RECYCLES La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés. De nombreuses pièces en matériaux composites sont actuellement réalisées dans de nombreux secteurs d'activités, un secteur particulièrement consommateur de ces matériaux étant le nautisme. Ce secteur illustre parfaitement l'application du procédé selon la présente invention, procédé qui sera décrit ultérieurement. En effet, l'industrie du nautisme notamment, mais non exclusivement, recourt aux matériaux composites afin de réaliser des coques, des ponts et autres accessoires, équipements et aménagements. L'intérêt est d'une part le ratio résistance/poids et aussi la possibilité de mouler des pièces pour réaliser des formes complexes et d'autre part la résistance à la corrosion de l'eau de mer pour les unités navigant en eau salée. La fabrication initiale consiste à draper des mats de fibres longues en plusieurs couches, en non tissé ou en tissé, en différentes épaisseurs et selon différentes orientations. Ce type de mats est ensuite recouvert d'une vessie et de la résine est injectée de façon à la faire infuser, pénétrer, à travers les fibres pour noyer celle-ci dans une matrice après polymérisation. Il existe aussi d'autres procédés de fabrication qui consistent à projeter des fibres coupées au fur et à mesure et simultanément de la résine avec un pistolet, sur un moule préparé avec un agent démoulant, un gel-coat ou tout autre primaire adapté.

La résine polymérise et les fibres sont noyées dans la résine, ceci pour constituer un matériau composite. Les fibres sont alors déposées et noyées dans la matrice de façon aléatoire. Les fibres assurent, de façon quasi exclusive, la résistance mécanique du matériau composite ainsi constitué. Les fibres sont donc prisonnières de la matrice en résine.

L'industrie nautique, pour ne citer que cette filière, réalise des pièces brutes et celles-ci sont ensuite découpées, usinées et les déchets générés, ainsi accumulés, représentent des volumes non négligeables. Ces déchets doivent être éliminés en décharge spéciale, sauf à les recycler.

La mise en décharge conduit à des coûts supplémentaires et surtout il est regrettable que de tels matériaux ne puissent pas être valorisés. Il existe des solutions qui consistent à ajouter des broyats de matériaux composites comme charge dans de nouveaux matériaux composites car il est connu que les fibres de matériaux de recyclage sont des fibres courtes et que les matériaux composites utilisant des fibres courtes présentent des performances mécaniques très limitées, interdisant leur recyclage direct. Il existe aussi un autre problème provenant du fait que les broyats issus de recyclage ne peuvent être recyclés qu'en tant que charge, en association avec des fibres longues, pour permettre un drapage et une tenue sur moule.

Le procédé selon la présente invention va à l'encontre de ce préjugé et propose la réalisation de pièces en matériaux composites, uniquement à partir de broyats de matériaux composites, seule la résine de la matrice étant vierge. Ainsi, le procédé de fabrication de pièces en matériaux composites par infusion dans un moule, à partir de déchets de matériaux composites recyclés, constitués de fibres longues noyées dans une résine de première fabrication, se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes : Broyage des déchets de matériaux composites en particules ayant la plus grande dimension inférieure à 10 mm, Elimination par tamisage des particules ayant une dimension inférieure à 2 mm, Dépose d'un lit de particules ainsi sélectionnées en commençant par le point bas du moule, Infusion de résine vierge avec les catalyseurs associés, polymérisation et démoulage de la pièce ainsi moulée. Ce procédé de fabrication prévoit aussi que le moule est revêtu d'un gel-coat, préalablement à la dépose du lit de particules. Selon un perfectionnement, le procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés selon l'invention prévoit aussi de disposer un renfort sous forme d'un mat de fibres et/ou un tissu de fibres positionné entre deux couches de particules avant d'infuser de la résine vierge avec les catalyseurs associés, d'attendre la polymérisation et de démouler de la pièce ainsi moulée. La présente invention est maintenant décrite en détail suivant un mode de réalisation particulier non limitatif, ceci en regard des dessins annexés, dessins qui ne sauraient illustrer l'invention de façon restreinte : - Figure 1A à Figure lE : une vue schématique des étapes du procédé, - Figure 2 : une vue de détail du positionnement des particules de broyat, - Figure 3 : une vue d'un agencement à double couche, - Figure 4 : une vue en coupe schématique d'une pièce montrant la distribution des particules de broyat. Le procédé consiste à utiliser des déchets de matériaux composites par nature de familles de résines utilisées. Dans le cas présent, on considère des déchets dont la matrice de résine est à base de résine polyester, résine qui est extrêmement utilisée dans la filière nautique. Les fibres sont généralement des fibres de verre. Ces fibres sont actuellement les fibres les moins chères et présentent des performances mécaniques suffisantes pour des applications au nautisme de masse. Pour donner un ordre de grandeur, les fibres initialement utilisées pour la réalisation de pièces sont des fibres tissées de grande longueur.

Le ratio de fibres par rapport à la résine, en poids, est de 30% pour donner un ordre de grandeur. Les déchets comportent donc des fibres longues noyées dans la matrice et ces déchets sont d'abord passés dans un broyeur 10 comme montré sur la figure 1A. Ce broyeur 10 doit présenter des caractéristiques adaptées pour ne pas provoquer d'échauffement au point de modifier les propriétés intrinsèques de la matrice de résine à savoir maintenir une température inférieure à 180°C. Le broyeur génèrent des particules 12 de dimensions inégales et les particules de dimensions trop petites, inférieures à 2 mm, sont éliminées par un tamisage, figure 18. Ces particules de dimensions trop petites modifient les propriétés mécaniques finales, notamment en provoquant une ségrégation et en s'accumulant en partie basse de toute dépose comme cela sera expliqué ultérieurement. On obtient ainsi des particules 12 de dimensions comprises entre 2 mm et 10 mm pour donner un ordre d'idée.

Les fibres disponibles dans ce broyat sont donc des fibres courtes d'une longueur maximale de 10 mm. On obtient des fibres quasiment intégralement dégagées de la matrice dans laquelle elles étaient noyées, des particules de résine constituant la matrice avec des fibres courtes incluses totalement ou partiellement. Le procédé de fabrication de pièces consiste, comme montré sur la figure 1C à déposer des particules 12 de broyats directement sur la paroi 14 d'un moule 16 muni généralement d'une couche 18 d'agent démoulant, pour le moins. Généralement, une couche 20 de gel-coat, chargé ou transparent, est déposée sur la paroi 14 du moule. Le moule utilisable doit présenter un rayon de courbure maximum de 190 mm et la pente doit être limitée à un angle de talus compris entre 1 et 80°. Les particules 12 de broyats sont déposées en partie inférieure du moule, à partir du point bas, comme montré sur la figure 1D. Ces premières particules de broyats déposés constituent une couche d'appui. Les broyats sont ensuite déposés au fur à mesure avec une épaisseur quasiment constante, cette épaisseur constante étant comprise entre 5 et 20 mm, en couvrant la surface vers les éventuelles parois inclinées. Sur la figure 2, qui est détaillée, on constate que les particules 12 viennent en appui les unes contre les autres et dans la partie inclinée, les particules se soutiennent, ceci grâce d'une part au fait qu'elle présentent des formes anguleuses et donc un angle de talus maximum de 80° et d'autre part des formes différentes. De plus, en cas de revêtement du type primaire ou gel-coat, les particules sont encore plus retenues par le fait que le coefficient de friction est fortement augmenté par rapport au coefficient de friction très faible lié à l'état de surface généralement glacé du moule. Mieux encore le procédé prévoit de déposer la couche de particules quand le gel-coat est encore "amoureux", c'est-à-dire qu'il est encore collant au contact ou "tacky". Il est aussi possible de prévoir de disposer un voile de surface pour conférer un état de surface de qualité.

Dans certaines applications, il est possible aussi de prévoir un mat de fibres et/ou un tissu de fibres 21 déposé sur une première couche 22 de particules 12 de broyats déposée.

Sur ce mat de fibres et/ou tissu de fibres, une seconde couche 24 de particules 12 de broyats peut être déposée en commençant également par le point bas de façon à générer une seconde couche sur le mat de fibres et/ou tissu de fibres. Voir figure 3. Sur la figure 1E, une vessie 26 est positionnée sur la ou les couches (22,24) de particules 12 de broyats déposées, avec ou sans film de finition ou de renfort. La vessie 26 est étanchéifiée en bordure du moule de façon connue. Cette vessie est munie d'au moins un piquage 28 d'introduction de résine 29 vierge avec ses catalyseurs de polymérisation et au moins un piquage 30 reliée à une source de dépression, de façon à permettre une infusion de la résine à travers les particules 12.

La résine est de même nature que la résine première utilisée à savoir une résine polyester ou au moins toute autre résine compatible. On note que l'infusion de la résine est facilitée car les particules sont de plus grande taille que les fibres généralement utilisées et en plus, de plus faible densité si bien que le fluage est rapide et efficace.

On note aussi que la vessie plaque les particules durant l'infusion et les particules se trouvent maintenues en place. Une fois polymérisée, voir figure 4, la structure du matériau composite est distincte de celle d'un matériau composite de première fabrication, avec des fibres courtes. Le matériau est nouveau car ce sont les particules 12 qui sont noyées dans la matrice, de même nature et les fibres libres ou solidaires de ces particules sont à leur tour noyées dans la résine vierge infusée. En effet, la résine vierge assure la liaison mais ne modifient pas les particules. Les fibres qui sont déjà noyées dans la matrice particulaire de résine déjà polymérisée, restent incluses dans les particules et ce sont les parties de fibres issues de ces particules et qui sont partiellement en saillie hors de ces particules qui assurent la liaison desdites particules entre elles au sein de la nouvelle matrice en résine vierge. On obtient ainsi un matériau nouveau avec un taux de résine supérieur à celui d'un matériau composite de première fabrication mais nécessitant un apport en résine vierge limité. La résistance mécanique est inférieure à celle d'un matériau composite de première fabrication mais la résistance est néanmoins parfaitement suffisante pour la fabrication de mobilier ou de contenants pour ne citer que ces exemples.

Le procédé selon la présente invention permet de recycler des matériaux composites, potentiellement sans aucun apport de fibres et avec un ratio de résine vierge très limité par rapport au volume du produit fini, le ratio de résine totale étant supérieur à celui des matériaux composites de première fabrication puisqu'il inclut la résine de première fabrication et la résine vierge adjointe. On note aussi que la résine vierge assure la liaison des fibres en saillie ou libres mais assure la cohésion des surfaces des particules. Ceci est rendu possible par la nature identique ou compatible des polymères.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés, réalisé à partir de fibres longues noyées dans une résine de première fabrication, par infusion dans un moule, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Broyage des déchets de matériaux composites en particules ayant la plus grande dimension inférieure à 10 mm, - Elimination par tamisage des particules ayant une dimension inférieure à 2 mm, Dépose d'un lit de particules ainsi sélectionnées dans un moule, en commençant par le point bas du moule, Infusion de résine vierge, polymérisation et démoulage de la pièce ainsi moulée.
2. 2. Procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule est revêtu d'un gel-coat, préalablement à la dépose du lit de particules.
3. 3. Procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés selon la revendication 2, caractérisé en ce que les particules sont déposées quand le gel-coat est encore collant au contact.
4. 4. Procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'angle de talus des particules utilisées est compris entre 1 et 80°.
5. 5. Procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dépose une couche d'une épaisseur constante, cette épaisseur étant comprise entre 5 et 20 mm
6. 6. Procédé de fabrication de pièces en matériaux composites à partir de déchets de matériaux composites recyclés selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dépose une première couche (22) de particules, on dépose un mat de fibres et/ou un tissu de fibres positionné sur ladite première couche (2)2 et on dépose une seconde couche (24) de particules, puis on infuse de la résine vierge avec les catalyseurs associés, on attend la polymérisation et on démoule de la pièce ainsi moulée.