Recycling thermal treatment applied to PEEK/carbon composites and carbon reinforced composite mixture. New approach on recycled carbon fiber valorization
Traitement thermique de recyclage appliqué aux composites carbone/PEEK et aux mélanges de composites renforcés carbone. Solutions alternatives de valorisation des fibres recyclées
Résumé
Carbon Fiber Reinforced Composites (CFRC) are high technical materials applied in various fields from sports to aeronautics. During the last decade, the demand of CFRC has extended significantly resulting in increasing the volume of composite waste generated each year. Incited by European directives, thermal recycling treatments have been developed at industrial scale to recover carbon fibers, mostly from thermosetting composites. Nowadays CFRP in development used thermoresistant resins such as Poly Ether Ether Ketone (PEEK). Part of this work is to study the recycling feasibility of this type of CFRP alone and mixed with thermosetting and thermoplastics matrix based composites. Semi-industrial pilot was used in inert (pyrolysis) and reactive (steam-thermolysis, oxydation) atmosphere conditions. First results of mixture perform in nitrogen have revealed that inert atmosphere cannot allow the recovery of carbon fibers from thermoresistant resins. On the contrary trials on PEEK in oxydative atmospheres enable the extraction of fiber, but induce morphological and chemical modifications and tensile strength reduction. New approach on the recycled carbon fiber valorization have also been studied. These fibers have been coated by nanocellulose as sizing agent for their reuse in new composite formulations. Mechanical properties loss induce by recycling have been offset thank to this surface treatment. Recycled fibers was also incorporate in jute/PA6 composite to create a hybrid composite with balance properties in terms of strength, price and environmental impact.
Les composites renforcés à fibres de carbone (CRFC) sont des matériaux de haute technicité appliqués à de nombreux domaines, du sport à l’aéronautique. Cette dernière décennie a vu leur demande croitre continuellement, générant en conséquence une augmentation du volume de déchets. Incités par les directives Européennes sur la gestion des déchets, des traitements thermiques de recyclage industriel ont été développés afin de récupérer les fibres de carbone issues des CFRC, principalement à matrice thermodurcissable. Actuellement, les CRFC en développement et/ou de dernières générations, utilisent des matrices thermostables telles que le Poly Ether Ether Cétone (PEEK). Une partie des travaux de thèse consiste à étudier la faisabilité de recyclage de ce composite thermostable, seul et en mélange avec d’autres types de composites à matrice thermodurcissable et thermoplastique. Un pilote semi-industriel a été employé sous atmosphères inerte (pyrolyse) et réactives (vapo-thermolyse et air). Les premiers résultats sur des mélanges ont montré que sous atmosphère inerte la récupération des fibres de carbone issues des matrices thermostables est quasi impossible. A l’inverse, les essais sur les composites PEEK en atmosphères oxydantes permettent l’extraction de la fibre mais induisent des modifications morphologiques et chimiques de la surface ainsi qu’une réduction de la résistance en traction. Les travaux de thèse se focalisent également sur des solutions alternatives de valorisation des fibres de carbone recyclées. Ces fibres ont été recouvertes de nanocellulose en tant qu’agent d’ensimage, en vue de leur réutilisation dans de nouvelles formulations. La perte de propriétés mécaniques induite par le recyclage a été partiellement compensée par ce traitement de surface. Des fibres recyclées ont également été incorporées dans un composite à renfort naturel de jute et matrice PA6 dans le but de créer un composite hybride offrant des propriétés équilibrées en termes de résistance, prix et impact écologique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)