Ligne de production modulaire convertit polymères et composites thermoplastiques en panneaux organosheet haute performance

Cetim (Nantes, France) est déjà bien connu pour son QSP (Quilted Stratum Process) pour la production industrialisée (temps de cycle < 1 minute) de pièces en composites thermoplastiques, et aussi pour son logiciel QSD (Quilted Stratum Design) qui optimise de telles pièces, y compris comment réutiliser les chutes de production dans la pièce. Sa troisième technologie habilitante est une ligne de production modulaire pour transformer les chutes thermoplastiques avec et sans renfort de fibres en panneaux organosheet offrant des propriétés et un coût désirables.

Ligne pilote à Cetim Grand Est

Ce processus de recyclage de composites thermoplastiques a été développé par Cetim Grand Est (Mulhouse, France). Formé en 1977 sous le nom de Cetim Cermat, il a fusionné avec CRITT Matériaux Alsace en 2018 pour fournir un soutien technologique aux entreprises dans les régions Alsace Lorraine et Champagne-Ardenne de France. « Cetim Grand Est est en charge des technologies de recyclage pour les polymères et composites thermoplastiques », explique Clément Callens, responsable d'unité commerciale à Cetim Grand Est pour l'équipe Industrie du Futur basée à Mulhouse, incluant les projets de processus thermoplastiques et de surveillance en ligne. « Nous avons quinze personnes dans cette division et travaillons avec des universités et des entreprises d'une large gamme d'industries, créant des équipes interdisciplinaires pour résoudre des problèmes complexes. »

« La ligne de production pilote que nous avons établie à Mulhouse a été développée pour montrer au monde que ce processus thermomécanique innovant pour le recyclage des chutes de production est possible », continue Callens. « Cette ligne est similaire au QSP en philosophie : un système automatisé qui est flexible et modulaire, ce qui permet aux entreprises d'utiliser la technologie de manière efficace et rentable. Nous recevons en fait des chutes de la ligne QSP à Nantes, ou d'autres clients, et les recyclons en divers matériaux et panneaux organosheet, avec l'objectif de maintenir l'intégrité des composites pour une performance plus élevée par rapport aux matériaux traditionnels et aux composites recyclés traditionnels. »

Thermosaïc et ThermoPRIME

La ligne combine deux approches distinctes : Thermosaïc et ThermoPRIME.

Thermosaïc prend les chutes de production de composites thermoplastiques de la découpe et du parage (ou des pièces en fin de vie), les broie grossièrement et utilise ensuite un processus thermomécanique pour convertir les fragments en organosheet. « Nous l'appelons un panneau structurel composite », dit Callens, « mais c'est basically comme de l'organosheet. » Le terme organosheet a évolué en Europe pour décrire les préimprégnés thermoplastiques renforcés de tissu, semi-préimprégnés ou blancs préconsolidés qui pouvaient être thermoformés et surmoulés en pièces composites. Les produits Thermosaïc sont quasi-isotropes, et la longueur des fibres est maintenue aussi longue que possible afin de maximiser les propriétés mécaniques. « Ils sont au milieu entre la feuille à fibres courtes et l'organosheet classique », note Callens. « Le but de la technologie est de trouver un bon compromis entre la taille des fragments et les propriétés du panneau car vous devez toujours lier performance et coût. Le processus doit être flexible et rentable, c'est-à-dire moins cher que le matériau vierge. »

« Nous utilisons la même ligne de processus pour fabriquer des panneaux structurels ThermoPRIME », explique-t-il. « C'est le même concept de base, mais dans cette approche, nous commençons avec des chutes thermoplastiques non renforcées ou des pièces en fin de vie qui ont été recyclées en film. Des films faits de différents matériaux sont déjà disponibles sur le marché. Nous ajoutons ensuite de la fibre continue vierge, naturelle, recyclée ou toute autre fibre continue sèche pour produire un organosheet qui a les mêmes propriétés que le matériau vierge mais à un coût inférieur. L'imprégnation de la fibre utilise un processus continu qui est moins cher par rapport au traitement par lots de l'organosheet classique. »

Démonstrations, économies de coûts et chaîne d'approvisionnement

Les démonstrations à ce jour ont montré plus d'économies de coûts avec des thermoplastiques à haute performance comme le PEEK (polyétheréthercétone) ou le PPS (polyphénylène sulfure) par rapport à des matériaux comme le PP (polypropylène), qui sont déjà peu coûteux comme matériaux vierges. En plus de ces polymères, l'équipe de Callens a traité le PA6 (polyamide 6) et développé différents types de produits recyclés polymères renforcés de fibres de verre, travaillant avec des entreprises, par exemple Porcher (Eclose-Badinières, France), pour produire des panneaux Thermosaïc et ThermoPRIME. L'équipe travaille également sur des panneaux polymères renforcés de fibres de carbone recyclées.

Comment voyez-vous la chaîne d'approvisionnement de recyclage se développer ? « Nous travaillons maintenant à transférer cette technologie à l'industrie, en collaborant avec des fournisseurs de rang 1 et des fabricants de matériaux », dit Callens. « Cetim Grand Est travaille avec l'industrie pour compléter les preuves de concept et les études de faisabilité. Il travaille également, en collaboration avec le partenaire fabricant de machines, pour ajuster la ligne aux besoins spécifiques des clients et travailler avec les clients pour aider à définir les modules et paramètres de production optimaux. »

Thermosaïc et ThermoPRIME ont été reconnus à JEC World 2018 avec le Prix de l'Innovation pour le Développement Durable. Clément Callens est prévu pour présenter plus de détails sur cette technologie le 12 mai à JEC World 2020 (Paris, France).