Recycling thermoset composite waste from the aerospace industry

Andjelic, Stefan (2014). « Recycling thermoset composite waste from the aerospace industry » Mémoire. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en chimie.

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Résumé

L'utilisation croissante des composites thermodurcissables renforcés de fibres de carbone (CFRPs), dans l'industrie aérospatiale, génère une quantité importante de déchets composites. Actuellement, la grande majorité de ces déchets composites sont envoyés dans les sites d'enfouissements. Donc, le recyclage des CFRPs permettrait de réduire la quantité de déchets composites et de récupérer des fibres de carbone. Dans ce travail, les fibres de carbone recyclées "Prepreg" et "Tooling" ont été récupérées des CFRPs générés par l'industrie aéronautique canadienne avec un procédé de pyrolyse, à l'échelle commerciale, de Materials Innovation Technologies. Les propriétés morphologiques, mécaniques et de surface des fibres de carbone recyclées ont été caractérisées par les techniques suivantes; microscopie électronique à balayage (MEB), mesures de densité par pycnométrie, tests de micro-traction, analyse BET, spectroscopie de photoélectrons rayons-x (XPS), analyse de mouillabilité par l'angle de contact dynamique et l'adhérence interfaciale par des essais de micro-gouttelettes avec une résine époxy. Les fibres de carbone recyclées conservent une bonne tenue mécanique et adhésive, de qualité comparable à des fibres de carbone neuves. Cependant, le traitement par pyrolyse a modifié leurs propriétés de surface par l'élimination de la résine et de la couche de "Sizing", révélant ainsi les topographies de surface. Le chapitre I couvre la théorie sur les matériaux composites structuraux, les systèmes de résine et les fibres de carbone. De plus, des technologies de recyclage des CFRPs sont présentées et évaluées. La pyrolyse a été déterminée comme la technologie la plus économiquement viable, car elle permet de récupérer des fibres de carbone de hautes qualités. Enfin, plusieurs méthodes de re-fabrication des composites thermodurcissables utilisant les fibres de carbone recyclées ont été explorées. Le chapitre II présente les résultats de l'effet du traitement par pyrolyse sur la mouillabilité et l'adhérence interfaciale des fibres de carbone recyclées avec une résine époxy. La mouillabilité et l'adhérence entre la surface des fibres de carbone recyclées et la résine époxy sont principalement affectées par les interactions acide/base de Lewis des groupes fonctionnels oxygénés de surface, ainsi que, par l'encastrement ("Interlock") mécanique. L'encastrement mécanique semble être le paramètre prédominant, car les fibres striées de "Prepreg" ont une adhésion interfaciale, avec une résine époxy, plus élevée que les fibres lisses de "Tooling". Par conséquent, les topographies ont été jugées extrêmement importantes pour prédire la performance des composites re-fabriqués avec des fibres de carbone recyclées. Le chapitre III présente une méthode de re-fabrication des composites thermodurcissables contenant des fibres de carbone recyclées. Les fibres de carbone recyclées ont été réintégrées dans de nouveaux composites thermodurcissables en fabriquant des plaques résine époxy/fibres de carbone recyclées. Un procédé de cardage suivi d'un traitement par ultrasons permet de fabriquer des mattes de fibre de carbone recyclées, qui sont alignées de façon aléatoire. Ces mattes ont été utilisées pour fabriquer des plaques résine époxy/fibres de carbone recyclées, avec des fractions volumétrique de fibre jusqu' à 40 %, par le moulage infusion/compression. Les propriétés mécaniques des plaques composites ont été évaluées par des essais de traction et flexion. Les plaques composites qui contiennent des fibres de carbone recyclées ont des propriétés mécaniques comparables à celles qui contiennent des fibres de carbone neuves. Ce travail démontre l'énorme potentiel de re-fabrication des composites thermodurcissables à partir fibres de carbone recyclées. Ces matériaux peuvent être utilisés dans des applications adaptées à l'industrie aérospatiale ou dans d'autres marchés.

Type:	Mémoire accepté
Informations complémentaires:	Le mémoire a été numérisé tel que transmis par l'auteur.
Directeur de thèse:	Schougaard, Steen Brian
Mots-clés ou Sujets:	Fibre de carbone, Industrie aérospatiale, Matériau composite, Pyrolyse, Recyclage des déchets, Résidu industriel
Unité d'appartenance:	Faculté des sciences > Département de chimie
Déposé par:	Service des bibliothèques
Date de dépôt:	05 mars 2015 14:43
Dernière modification:	05 mars 2015 14:43
Adresse URL :	http://archipel.uqam.ca/id/eprint/6666

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