Développement de composites thermoplastiques renforcés par des tissus de basalte et de verre : Etude de leur Durabilité et de leur Recyclabilité

Development of thermoplastic composites reinforced with basalt and glass fabrics : Study of their Durability and Recyclability

• Auteur / Autrice : Amel Sahki
• Direction : Anne Bergeret, Didier Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 12/10/2022
• Etablissement(s) : IMT Mines Alès
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PCH Polymères, composites, hybrides - Polymères Composites et Hybrides / PCH - IMT Mines Alès
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Thérias
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Bergeret, Didier Perrin, Florentin Berthet, Clément Lacoste, Valérie Massardier-Nageotte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Thérias, Florentin Berthet

Mots clés

Mots clés libres

Composites thermoplastiques

Durabilité

Recyclage

Thermoplastics composites

Durabiblity

Recycling

Résumé

Les réglementations environnementales poussent l’industrie automobile à développer de nouveaux matériaux plus légers et moins polluants. Les matériaux composites sont déjà de plus en plus présents et constituent près de 20% en masse d’un véhicule. En effet, ces derniers présentent de nombreux avantages en terme de propriétés thermomécaniques au cours de leurs conditions d’usage et de potentiel de recyclabilité. Cependant, actuellement les composites à matrices thermodurcissables dont les performances mécaniques ne sont plus à vérifier constituent principalement la structure d’un véhicule. Ces matériaux ne se recyclent pas ou très difficilement. C’est pourquoi l’objectif de cette thèse repose sur l’emploi des composites à matrice thermoplastique à fibres longues de basalte et de verre mis en œuvre par infusion grâce au développement de la résine Elium® par Arkema.Connaître l’impact des conditions d’usage de ces composites Elium®/verre et Elium®/basalte sur leurs propriétés mécaniques et étudier leur potentiel de recyclage à travers différentes voies : mécanique et chimique par dissolution sont les deux volets de la thèse. Il a été démontré que ces composites présentent une bonne tenue structurelle et des performances thermomécaniques satisfaisantes face à des conditions d’exposition hygrothermiques, UV ou naturelles. Dans le cas d’un recyclage mécanique, un protocole adapté a pu être établi pour une réincorporation des broyats de composites en tant que renforts dans un matrice polyamide-6 leur conférant de propriétés similaires à celle d’un composite PA6/fibres de verre ou de basalte non recyclées, et ce quelle que soit l’architecture initiale (toile, multiaxe) du renfort. Dans le cas du recyclage chimique par dissolution, il a été montré que la résine Elium® n’est pas dégradée et que les tissus peuvent être réutiliser pour produire des composites Elium®/verre et Elium®/basalte de seconde génération avec des propriétés mécaniques équivalentes aux composites initiaux.

Environmental regulations are pushing the automotive industry to develop new, lighter and less polluting materials. Composite materials are already more and more present and constitute nearly 20% by mass of a vehicle. Indeed, the latter have many advantages in terms of thermomechanical properties during their in-service conditions and recyclability potential. However, thermoset composites, the mechanical performance of which no longer needs to be verified, mainly constitute currently the structure of a vehicle. These materials cannot be recycled or are very difficult to recycle. This is why the objective of this thesis is based on the use of thermoplastic composites with long basalt and glass fibers implemented by infusion thanks to the development of the Elium ® resin by Arkema.The two main challenges of the thesis consist in the understanding of the impact of in-service conditions on the mechanical properties of Elium®/glass et Elium®/basalt composites and in the studying of their recycling potential through different routes: mechanical and chemical by dissolution. It has been demonstrated that these composites have good structural strength and satisfactory thermomechanical performance faced with hygrothermal, UV or natural exposure conditions. In the case of mechanical recycling, a suitable protocol has been established for the reincorporation of composite shreds as reinforcements in a polyamide-6 matrix giving them properties similar to those of a PA6/non-recycled glass or basalt fibre composite regardless of the initial architecture of the reinforcement (plain, multiaxis). In the case of chemical recycling, it has been shown that the Elium® resin is not degraded and that the fabrics can be reused to produce second generation Elium®/glass et Elium®/basalt composites with mechanical properties equivalent to the initial composites.