Recyclage des pièces en composite polyester en fibre de verre de grandes dimmensions par laminage

Recycling of large-dimension fiberglass polyester composite parts by rolling

• Auteur / Autrice : Arbia Nouigues
• Direction : Jean-Luc Bailleul, Eric Le Gal La Salle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance le 31/03/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Pascal Casari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Vidal-Sallé, Olga Smerdova, Gilles Ausias
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Montmitonnet, Joël Bréard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés thermomécaniques

Frottement

Laminage

Recyclage

Composites

Mots clés libres

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Résumé

Le recyclage des matériaux composites est une problématique de plus en plus prégnante pour le développement de la filière. L’objectif de cette étude est de trouver une alternative aux méthodes de recyclage reconnues des composites thermodurcissables, particulièrement lorsqu’ils sont de grande taille. Un nouveau procédé de recyclage des composites à matrice polyester renforcée fibres de verre est ainsi étudié dans ce travail : le laminage avec une calandre chauffée, à une température à laquelle une modification significative des propriétés mécaniques de la résine est observée. Il s’agit donc d’une méthode thermomécanique qui a comme but la mise en forme de composite (par gauchissement ou dégauchissement) à une température aux alentours de sa température de transition vitreuse. Dans un premier temps, les caractérisations thermomécaniques et tribologiques du composite et de sa matrice ont été réalisées dans différentes conditions. Ces caractérisations permettent de fixer les paramètres et les conditions du procédé retenu pour les appliquer à notre composite. Dans un second temps, le comportement mécanique en laminage est modélisé analytiquement par la méthode des tranches en utilisant le modèles de Bland & Ford et le modèle hydrodynamique. Une modélisation mécanique obtenue par éléments finis est comparée aux précédentes. Le couplage thermique est modélisé par une méthode de différences finies. Enfin, les résultats expérimentaux du laminage du composite sont comparés aux résultats donnés par les modèles analytiques ainsi qu’à ceux de la modélisation thermomécanique. Il a été trouvé que le laminage permet de modifier la forme de pièces réalisées avec notre composite thermodurcissable ou avec de la résine seule, en les redressant ou gauchissant. En revanche, il n’a pas été possible de diminuer l’épaisseur des plaques laminées à cause de leur viscoélastisité.

The composite materials recycling is facing many problems. The objective of this study is to find an alternative process to current recycling solutions for thermosetting composites, particularly for big parts like boats or wind turbine blades. A new method adapted to the recycling of unsaturated polyester glass fibers reinforced composite is studied in this work: the rolling at a temperature at which the mechanical properties of the resin are significantly modified. It is a thermomechanical process. At first, the convenient thermomechanical and tribological characterizations of the chosen unsaturated polyester glass fibers composite and its matrix are carried out under different conditions. They were used to set the parameters and the conditions of this process adapted to the composite and the resin. Secondly, the rolling is modeled mechanically by the slice method using the Bland & Ford and the hydrodynamic models. A finite element model is compared to the analytical calculations. The thermal model is calculated using a finite difference method. Finally, the experimental results of the rolling of the composite, at the convenient temperature, are compared to the results given by the mechanical and thermal models. It was found that the rolling allows forming the thermoset composite or its matrix. However, reducing the thickness of the composite was not possible