2025/08/19
Valorisation de rebuts de production de préimprégnés composites thermoplastiques pour la fabrication additive
Richard Soucy, Ruan-Isabelle (2025). Valorisation de rebuts de production de préimprégnés composites thermoplastiques pour la fabrication additive. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.
La fabrication de rouleaux de préimprégnés à base de fibre de carbone unidirectionnelle et matrices thermoplastiques implique la découpe des bords, car ceux-ci ne respectent pas les spécifications en termes d’épaisseur et de teneur en fibres. Ces rebuts de production, appelés « tape edge trim » (TET), représentent jusqu’à 15% de la masse du préimprégné et sont typiquement envoyés vers les sites d’enfouissement. L’objectif de ce mémoire est de présenter une méthode de valorisation des chutes de préimprégnés thermoplastiques par le procédé de fabrication additive par dépôt de granules fondus (FGF). Les TET à base de fibre de carbone/PEKK sont d’abord transformés en granules imprimables. Pendant cette transformation, du polymère PEEK pur est ajouté aux granules afin de réduire le taux de fibre et améliorer les propriétés d’impression. Des analyses DSC sont d’abord réalisées sur ces granules afin d’étudier la dégradation du PEEK et du PEKK après un vieillissement à 380 °C ou 400 °C en conditions oxydatives. Une dégradation des polymères attribuée à des réactions de réticulation est remarquée par une réduction de la température de cristallisation et une réduction du taux de cristallinité. Cependant, aucune dégradation n’est observée sur des échantillons fabriqués par FGF, démontrant que le procédé d’impression permet d’éviter ces réactions en raison de temps de cycles courts et d’une faible présence d’oxygène dans la tête d’impression. Un robot d’impression FGF grande échelle à six axes est utilisé pour imprimer des boîtes à partir des granules recyclés. Comme cela est généralement constaté pour les pièces fabriquées par des techniques d’extrusion, les spécimens de traction et de flexion standards extraits des boîtes imprimées par FGF présentent des propriétés mécaniques anisotropes. Des boîtes supplémentaires sont fabriquées par FGF en utilisant des granules obtenus à partir de fragments broyés de boîtes FGF afin d’évaluer la possibilité de recycler le matériau une deuxième fois. Une diminution de la rigidité et de la résistance du matériau est alors observée, ce qui est attribué à la scission des chaînes polymères et à la réduction de la longueur des fibres survenant lors du broyage des pièces imprimées. Ce mémoire démontre la possibilité de valoriser des granules CF/PEKK-PEEK issus des rebuts de production des préimprégnés thermoplastiques pour des applications telles que la fabrication de moules par FGF. Pour terminer, un moule destiné à la fabrication d’un raidisseur est imprimé par FGF à titre de démonstrateur.