Brevet FR3133330A1 — publié le 20230915

Produit semi-fini de recyclage, ce produit se présentant sous la forme d’un rouleau d’une bande intissée (46) comportant des chutes de fibres de carbone (40) ayant une longueur inférieure ou égale à 100mm, et un liant thermoplastique assurant la cohésion des fibres entre elles et la tenue de la bande. Figure pour l'abrégé : Figure 4 PRODUIT SEMI-FINI DE RECYCLAGE ET SON PROCEDE DE FABRICATION Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un produit semi-fini de recyclage à base de chutes de fibres de carbone, ainsi qu’un procédé de recyclage de chutes de fibres de carbone et de fabrication d’un tel produit. Arrière-plan technique L’utilisation de matériaux composites est avantageuse dans l’industrie aéronautique notamment car ces matériaux ont des performances mécaniques intéressantes pour des masses relativement faibles. Un procédé de fabrication d’une pièce composite pour l’industrie aéronautique, qui est bien connu de l’homme du métier, est le procédé de moulage RTM dont les initiales font référence à l’acronyme anglo-saxon de Resin Transfer Molding. Il s’agit d’un procédé de réalisation d’une pièce en matériau composite à base de fibres de carbone imprégnées de résine. Un tel procédé est par exemple utilisé pour fabriquer une aube de soufflante, telle que celle illustrée à la , et comporte plusieurs étapes successives. On commence par réaliser le tissage en trois dimensions de fibres de carbone pour obtenir une ébauche de préforme en trois dimensions, puis on découpe l’ébauche pour obtenir une préforme présentant sensiblement la forme de l’aube à obtenir. Cette préforme est alors disposée dans un moule tel qu’illustré à la . Le moule est fermé puis on injecte de la résine à l'état liquide en maintenant une pression sur la résine injectée pendant que l’on effectue la polymérisation de la pièce par chauffage du moule. La découpe de l’ébauche consiste à découper ses bords périphériques où les fibres ont tendance à foisonner et ne sont pas toujours liées entre elles. La découpe permet également d’enlever l’excédent de fibres et de mettre la préforme a des côtés prédéterminées. Cette découpe génère des chutes de fibres de carbone. Dans la présente demande, on entend par chutes de fibres de carbone, des fibres de carbone qui ont une longueur inférieure ou égale à 100mm. Il est à noter que, lors du tissage en trois dimensions de l’ébauche, un métier à tisser du type Jacquard est utilisé et est alimenté avec des bobines de fibres de carbone dont la longueur des fibres fait plusieurs dizaines voire centaines de mètres. Les filières de retraitement de ce type de chutes de fibres de carbone se sont développées mais ces dernières sont saturées de demandes (notamment en provenance de l’automobile). Les chutes de fibres de carbones sont donc peu valorisées (de l’ordre de 1€/kg) et les débouchés pour la réutilisation de ces fibres de carbone sont encore peu développées. Les fibres de carbone sont pour la plupart pyrolysées puis broyées en poudre pour en faire des charges pour les apprêts, peinture, ou les matériaux thermoplastiques. Les chutes de fibres de carbone issues des sites de production possèdent encore des propriétés mécaniques intactes car elles n’ont pas été sollicitées. Elles pourraient par exemple être utilisées pour la fabrication de renforts composites. La présente invention a ainsi pour objet de valoriser les chutes de fibres de carbone en les recyclant. L’invention concerne un produit semi-fini de recyclage, ce produit se présentant sous la forme d’un rouleau d’une bande intissée comportant des chutes de fibres de carbone ayant une longueur inférieure ou égale à 100mm, et un liant assurant la cohésion des fibres entre elles et la tenue de la bande. Dans la présente demande, le « produit » est réalisé dans au moins deux matériaux différents, respectivement par les chutes de fibres et le liant. Les fibres peuvent être en carbone et le liant peut être un thermoplastique ou un thermodurcissable. On entend par produit semi-fini, un produit qui a été transformé au moins une fois et qui doit encore être transformé au moins une autre fois pour réaliser un produit fini. Il s’agit donc d’un produit intermédiaire. Dans le cadre de la présente invention, le produit fini peut être utilisé pour fabriquer in fine des pièces composites telles que des parois de meubles ou de cabine pour un aéronef par exemple. On entend par produit de recyclage, un produit issu d’un procédé de recyclage qui utilise des chutes de fibres de carbone. La présente invention propose ainsi de recycler des chutes de fibres de carbone en les unissant par un liant (thermoplastique ou thermodurcissable par exemple) et en réalisant un rouleau de bande intissée dans lequel le liant assure la cohésion des fibres et la tenue de la bande. Le produit selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - le liant est en thermpoplastique ou en thermodurcissable, - les fibres de carbone ont une longueur comprise entre 10 et 100mm, de préférence homogène et entre 10 et 25mm; - la bande a une densité surfacique comprise entre 100g/m² et 1000g/m², et de préférence entre 200g/m² et 600g/m² ; - la bande comprend en outre des fibres thermoplastiques ; - dans ce cas, les fibres thermoplastiques peuvent être en PEI ou tout autre thermoplastique compatible des contraintes liées au procédé mis en œuvre (format, température de mise en œuvre); - les fibres thermoplastiques ont une longueur inférieure ou égale à 100mm et de préférence comprise entre 10 et 50mm ; - la proportion en poids de fibres thermoplastiques par rapport aux fibres de carbone est comprise entre 40 et 60% ; - le liant est un thermoplastique et est par exemple en PE, en PP ou dans un copolymère PE-PP. D’autres liants thermoplastiques ou thermodurcissables peuvent être envisagés, dès lors qu’ils sont compatibles du procédé mis en œuvre pour former le non-tissé. La présente invention concerne également un procédé de recyclage de chutes de fibres de carbone et de fabrication d’un produit tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes consistant à : a) récupérer des chutes de fibres de carbone, ces fibres ayant une longueur inférieure ou égale à 100mm, b) démêler les fibres de carbone et les mélanger avec une matière liante, c) utiliser un flux d’air sec pour disperser les fibres, d) réaliser un matelas de fibres comportant les fibres de carbone, de l’air et la matière liante, et e) calandrer à chaud le matelas jusqu’à une température supérieure ou égale à la température de transition vitreuse de la matière liante, de façon à réaliser le produit semi-fini de recyclage sous la forme d’un rouleau de bande intissée. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - à l’étape a), les chutes de fibres de carbone résultent de la découpe d’ébauches d’aubes, ces ébauches étant obtenues par tissage en trois dimensions de fibres de carbone au moyen d’un métier à tisser ; - la matière liante se présente sous la forme de particules ou de fibres, et est par exemple en PE, en PP ou dans un copolymère PE-PP. - à l’étape b), les fibres de carbone sont également mélangées avec des fibres thermoplastiques, par exemple en PEI. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une vue schématique en perspective d’une aube composite de turbomachine d’aéronef, la est une vue schématique en perspective d’un moule dans lequel est destiné à être disposé une préforme et dans lequel est destinée à être injectée une résine, pour la fabrication de l’aube de la , la est un schéma bloc montrant des étapes d’un procédé selon l’invention de fabrication d’un produit semi-fini de recyclage, la est une vue schématique d’une installation de mise en œuvre du procédé selon l’invention. la est une vue schématique en perspective de chutes de fibres de carbone, la est une vue schématique en perspective de fibres thermoplastiques, la est une vue schématique en perspective d’un mélange de de fibres de carbone et de fibres thermoplastiques, la est une vue schématique en perspective d’un matelas de fibres de carbone et de fibres thermoplastiques, la est une vue schématique à grande échelle de fibres liées entre elles par un liant, et la est une vue schématique en perspective d’une bande intissée. Produit semi-fini de recyclage, ce produit se présentant sous la forme d’un rouleau d’une bande intissée (46) comportant des chutes de fibres de carbone (40) ayant une longueur inférieure ou égale à 100mm, et un liant (64) assurant la cohésion des fibres entre elles et la tenue de la bande. Produit selon la revendication 1, dans lequel le liant est en thermpoplastique ou en thermodurcissable. Produit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les fibres de carbone (40) ont une longueur comprise entre 10 et 50mm. Produit selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la bande (46) a une densité surfacique comprise entre 100g/m² et 1000g/m², et de préférence entre 200g/m² et 600g/m². Produit selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la bande (46) comprend en outre des fibres thermoplastiques (42). Produit selon la revendication 5, dans lequel les fibres thermoplastiques (42) sont en PEI. Produit selon la revendication 5 ou 6, dans lequel les fibres thermoplastiques (42) ont une longueur inférieure ou égale à 100mm et de préférence comprise entre 10 et 100mm. Produit selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel la proportion en poids de fibres thermoplastiques (42) par rapport aux fibres de carbone (40) est comprise entre 40 et 60%. Produit selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le liant est un thermoplastique (64) et par exemple en PE, en PP ou dans un copolymère PE-PP. Procédé de recyclage de chutes de fibres de carbone (40) et de fabrication d’un produit selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes consistant à : a) récupérer des chutes de fibres de carbone (40), ces fibres ayant une longueur inférieure ou égale à 100mm, b) démêler les fibres de carbone (40) et les mélanger avec une matière liante, c) utiliser un flux d’air sec (58) pour disperser les fibres, d) réaliser un matelas (44) de fibres comportant les fibres de carbone (40), de l’air et la matière liante, et e) calandrer à chaud le matelas (44) jusqu’à une température supérieure ou égale à la température de transition vitreuse de la matière liante, de façon à réaliser le produit semi-fini de recyclage sous la forme d’un rouleau de bande intissée (46). Procédé selon la revendication 10, dans lequel, à l’étape a), les chutes de fibres de carbone (40) résultent de la découpe d’ébauches d’aubes, ces ébauches étant obtenues par tissage en trois dimensions de fibres de carbone au moyen d’un métier à tisser. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la matière liante se présente sous la forme de particules ou de fibres, et est par exemple en PE, en PP ou dans un copolymère PE-PP. Procédé selon l’une des revendications 10 à 12, dans lequel, à l’étape b), les fibres de carbone (40) sont également mélangées avec des fibres thermoplastiques (42), par exemple en PEI.