Recyclage de la fibre de carbone :avantages essentiels et processus complet

La fibre de carbone est un tissu tissé constitué de filaments cristallins de carbone durcis avec un polymère, qui peut être superposé et façonné autour d'un moule. C’est un matériau idéal en raison de son impressionnant rapport résistance/poids, ce qui signifie qu’il est très solide, mais pas lourd. La fibre de carbone est cinq fois plus légère que l'acier avec un module d'élasticité égal, ce qui en fait un meilleur choix pour de nombreuses applications. De plus, ses propriétés résistantes à la corrosion, ininflammables et non toxiques en font un matériau idéal à utiliser dans les industries aérospatiale, médicale, de la construction et militaire.

Usinage de la fibre de carbone

L'usinage de la fibre de carbone peut être un défi. La structure en couches du matériau en fibre de carbone peut entraîner un délaminage, des fibres non coupées, un arrachement des fibres, une usure inégale des outils et de mauvaises finitions de surface. Heureusement, de nombreuses entreprises d'outils de coupe, comme CoreHog, conçoivent spécialement des outils avec différentes géométries qui peuvent aider à éliminer ces problèmes de fabrication :

• Fraises à goujures droites  :Appliquez toutes les forces de coupe radialement, ce qui permet d'éviter le délaminage.
• Coupeurs à compression  :Créez des forces de coupe opposées, stabilisant l'enlèvement de matière et empêchant le délaminage, l'arrachement des fibres et les bavures le long de la surface.
• Coupeurs brise-copeaux  :Cisaillez les fibres et raccourcissez les copeaux, évitant ainsi l'accumulation de fibres autour de la fraise.
• Fraises en bout diamantées  :Utilisez des flûtes à gauche et à droite pour briser et cisailler les fibres, idéal pour l'ébauche et le profilage de la fibre de carbone.

Explorez la large gamme de couteaux pour stratifiés composites de CoreHog, chacun spécialement conçu pour couper des matériaux stratifiés difficiles à usiner comme la fibre de carbone.

Applications courantes de la fibre de carbone

Dans l’industrie aérospatiale, la fibre de carbone est utilisée dans les structures des avions pour remplacer les alliages, créant ainsi des avions plus légers et réduisant ainsi la consommation de carburant. Les sports récréatifs utilisent également la fibre de carbone pour réduire le poids. Il est souvent considéré comme un matériau leader dans la fabrication des skis, des vélos et des raquettes de tennis, car son poids plus léger peut contribuer à améliorer les performances. Dans les ligues sportives professionnelles comme la Formule 1 et la NASCAR, la fibre de carbone est devenue de plus en plus répandue ces dernières années. Une autre qualité avantageuse de la fibre de carbone est son aptitude aux appareils à rayons X, permettant le passage de l'imagerie sans interruption, ce qui la rend utile dans de nombreux dispositifs médicaux et implants.

Recyclage de la fibre de carbone

Pourquoi le recyclage de la fibre de carbone est-il difficile ?

La production des feuilles de fibre de carbone nécessite une quantité importante d’énergie. Ces grandes feuilles sont ensuite découpées à la taille de pièce nécessaire, et le matériau excédentaire est souvent jeté, augmentant ainsi la production de déchets. Ce matériau n'est pas biodégradable et est généralement envoyé dans une décharge où il restera en permanence. Ce qui complique encore davantage le recyclage, c'est que la fibre de carbone est conçue pour conserver sa forme et sa résistance et ne peut pas être fondue et remodelée comme de nombreux plastiques. Lorsqu'elle est recyclée, ses propriétés sont fortement dégradées, ce qui la rend inutile pour les applications soumises à des forces ou des charges importantes.

Comment la fibre de carbone est-elle recyclée ?

Solvolyse

La solvolyse utilise un solvant chimique pour décomposer le polymère entourant le tissu en fibre de carbone. Les déchets de fibre de carbone sont broyés en morceaux plus petits, augmentant ainsi la surface. Le solvant, choisi en fonction des polymères utilisés dans la fibre de carbone, décompose les chaînes polymères, séparant la fibre de carbone du polymère. Des techniques comme la centrifugation sont utilisées pour séparer les substances. La fibre de carbone peut être purifiée davantage pour restaurer ses propriétés, puis combinée avec des fibres vierges pour créer un nouveau tissu ou utilisée seule. Ce processus permet la récupération de la fibre de carbone sans sacrifier les propriétés du matériau.

Pyrolyse

La pyrolyse utilise la chaleur pour décomposer le polymère entourant le tissu en fibre de carbone. Les déchets de fibre de carbone sont déchiquetés en morceaux plus petits, puis chauffés dans un environnement contrôlé avec peu ou pas d'oxygène. À haute température, le polymère subit une décomposition thermique, produisant des gaz, des vapeurs et du charbon. Les gaz et les vapeurs peuvent être utilisés comme source d'énergie ou traités ultérieurement, tandis que le charbon, qui est constitué de fibre de carbone et de tout additif d'origine, est purifié pour garantir le maintien des propriétés mécaniques. La fibre de carbone obtenue peut être utilisée seule ou combinée à des fibres vierges. La pyrolyse est efficace pour la récupération de fibres de haute qualité et la récupération d'énergie à partir de sous-produits gazeux.

Considérations sur la fibre de carbone

Alors que nous innovons grâce aux nouvelles technologies, il est important de considérer leur impact sur notre planète. La fibre de carbone est un matériau étonnant qui peut améliorer de nombreux aspects dans tous les secteurs; cependant, les déchets générés ne vont nulle part ailleurs que dans une décharge. De nombreuses entreprises investissent dans la production de fibre de carbone recyclée de haute qualité. Avec un changement d'orientation vers la conception de systèmes en boucle fermée pour les matériaux composites, l'avenir s'annonce prometteur.

Sarah Wasson travaille en tant qu'associée technico-commerciale pour Harvey Performance Company, se concentrant sur la marque CoreHog d'outillage composite personnalisé pour l'industrie aérospatiale. Elle a obtenu en mai 2023 un baccalauréat ès sciences en génie mécanique de l'Université du Vermont.