Circularité des structures composites bobinés thermoplastiques grâce à des designs matériau innovants, au désassemblage par pelage et au re-bobinage – CIRCULAR2

Le projet CIRCULAR2 a pour objectif de formuler des recommandations concernant : 1) La fabrication des structure bobinées : les règles de conception et de fabrication d'une structure bobinée facilement recyclable. 2) Le recyclage par désassemblage : un ou plusieurs procédés pour un recyclage robuste, facile à mettre en œuvre, durable et économique. 3) La réutilisation des rubans récupérés : procédé et conditions appropriés pour réutiliser les rubans récupérés. Ces recommandations en termes de conception et de fabrication doivent être directement applicables dans les procédés industriels actuellement disponibles. En outre, dans la mesure où aucun processus de recyclage actuel ne repose sur une délamination contrôlée, la mise en œuvre de la stratégie de désassemblage innovante identifiée nécessitera des développements supplémentaires pour atteindre un niveau industriel. Pour cela, les installations d'essai à l'échelle du laboratoire développées dans le cadre de ce projet serviront de référence pour le développement rapide de machines industrielles. Enfin, la réutilisation des rubans récupérés devra être possible avec les procédés de mise en œuvre industriels actuellement disponibles, de sorte que des stratégies de réutilisation industrielle puissent être mises en œuvre rapidement une fois le processus de recyclage industrialisé. Les résultats du projet sont destinés à être publiés dans des revues à comité de lecture.

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Ragupathi, B.; Bacher, M.F.; Balle, F. Separation and reconsolidation of thermoplastic glass fiber composites by power ultrasonics. Resources Conservation and Recycling. 2023, 198, 107122.

Ragupathi, B.; Bacher, M.F.; Balle, F. First efforts on recovery of thermoplastic composites at low temperatures by power ultrasonics. Cleaner Materials. 2023, 8, 100186.

Imbert, M.; Hahn, P.; Jung, M.; Balle, F.; May, M. Mechanical laminae separation at room temperature as a high-quality recycling process for laminated composites. Materials Letters. 2022, 306, 130964.

Le bobinage de composites à matrice thermoplastique permet de fabriquer des réservoirs à hydrogène légers adaptés au secteur des transports. Néanmoins, le recyclage sans perte de propriétés de ces structures constituées de rubans de fibres de carbone continues imprégnées dans une matrice polymère est un défi technique et économique majeur. Afin de conserver la valeur du matériau, le post-traitement doit préserver la continuité des fibres pour maximiser les propriétés mécaniques et maintenir les fibres enrobées dans la matrice pour faciliter leur réutilisation. Des résultats expérimentaux récents ont démontré la capacité du désassemblage par pelage à atteindre ces objectifs et ont mis en évidence le rôle décisif des propriétés interlaminaires sur la qualité du matériau récupéré. Dans ce contexte, l'objectif du projet Circular² est de permettre la circularité des structures bobinées en composite à matrice TP grâce à un design matériau innovant, au désassemblage par pelage et la réutilisation par bobinage des rubans récupérés via une approche globale de conception pour la réutilisation. Deux stratégies de conception innovantes seront étudiées: (A) la fonctionnalisation de la surface des rubans induisant des propriétés d'interface particulières sous une charge thermomécanique spécifique; (B) l’ adaptation de la stratification de bobinage pour s’affranchir de l'imbrication de couches adjacentes et éviter les ruptures de fibres au pelage; combiné avec deux stratégies de désassemblage: le pelage (I) assisté par ultrasons; (II) à basse température ou à vitesse de pelage élevée favorisant la fragilisation de l'interface. Les rubans pelés seront à nouveau bobinés. Des caractérisations mécaniques seront effectuées après fabrication, pelage et réutilisation des rubans. Un outil de simulation multi-physique multi-échelle sera développé pour modéliser les mécanismes impliqués dans les différents procédés. Enfin, l'empreinte environnementale des stratégies étudiées sera déterminée.