Recyclage de déchets de production de composites thermoplastiques par moulage en compression

Cette étude traite d’une nouvelle méthode permettant le recyclage de composites thermoplastiques. Les matériaux concernés peuvent être des déchets de production de pièces primaires ou des pièces en fin de vie à recycler. Dans ce travail, des stratifiés bidirectionnels de verre/ polypropylène sont utilisés comme matériau de base. Le recyclage mécanique traditionnellement utilisé des étapes de déchiquetage qui engendrent des grains grossiers et est suivi par une étape de broyage permettant l’obtention d’un matériau plus fin qui est utilisé comme charge pour des composites injectés. Cependant, ces deux étapes ont pour conséquence de réduire les longueurs de fibres de façon conséquente et limite l’utilisation des composites recyclés. Ce travail propose donc d’étudier un concept différent qui consiste à ne pas utiliser de séquence de broyage mais de seulement garder une phase de découpe afin de limiter les défauts engendrés lors des étapes de déchiquetage et de broyage tout en gardant des longueurs de fibres les plus élevées pour maximiser le potentiel du matériau recyclé. Les grains de taille centimétrique obtenus sont alors directement réutilisés via le procédé de moulage par thermocompression. Cette étude montre que le module des pièces recyclées est très proche de celui des pièces initiales quasi isotropes pour des taux de fibres équivalents. Cependant, une baisse très significative des contraintes à rupture a été observée, et des pistes permettant de rehausser ces valeurs sont proposées

Valorisation matières de chutes de production de thermoplastiques par le procédé de thermo-compression

Cette étude traite d'une nouvelle méthode permettant le recyclage de composites thermoplastiques. Les matériaux concernés peuvent être des déchets de production de pièces primaires ou des pièces en fin de vie à recycler. Dans ce travail, des stratifiés bidirectionnels de verre/ polypropylène sont utilisés comme matériau de base. Le recyclage mécanique traditionnellement utilisé des étapes de déchiquetage qui engendrent des grains grossiers et est suivi par une étape de broyage permettant l'obtention d'un matériau plus fin qui est utilisé comme charge pour des composites injectés. Cependant, ces deux étapes ont pour conséquence de réduire les longueurs de fibres de façon conséquente et limite l'utilisation des composites recyclés. Ce travail propose donc d'étudier un concept différent qui consiste à ne pas utiliser de séquence de broyage mais de seulement garder une phase de découpe afin de limiter les défauts engendrés lors des étapes de déchiquetage et de broyage tout en gardant des longueurs de fibres les plus élevées pour maximiser le potentiel du matériau recyclé. Les grains de taille centimétrique obtenus sont alors directement réutilisés via le procédé de moulage par thermocompression. Cette étude montre que le module des pièces recyclées est très proche de celui des pièces initiales quasi isotropes pour des taux de fibres équivalents. Cependant, une baisse très significative des contraintes à rupture a été observée, et des pistes permettant de rehausser ces valeurs sont proposées

Production waste management of thermoplastic composites using compression moulding.

This study focuses on the mechanical recycling technique applied to fibre reinforced thermoplastics. The material studied are production scrap and off-cuts of bi-directional woven glass reinforced polypropylene pre-consolidated laminates. The traditional mechanical recycling technique involves a shredding step, giving coarse grains, followed by a grinding step, giving a finer material which is afterwards used as reinforcement in thermoplastic injection processes. However, from those two steps, degradation issues related to the reinforcement effective length limiting the reused material to low-end applications are encountered. The concept under study in this research work consists in by-passing the grinding step and to keep only a shredding or cutting step so as to limit the degradation of the initial material potential and keep a substantial reinforcement length. The obtained grains/aggregates are then directly reprocessed in bulk form by compression moulding. This preliminary study showed that the modulus of the recycled composite demonstrated values close to the equivalent quasi-isotropic continuous fibre laminate of the same composition

Complex shape forming of a flax woven fabric; analysis of the tow buckling and misalignment defect

With the view to minimise the impact on the environment and to produce structural parts with a goodproduction-rate/cost-ratio, the sheet forming of woven flax based fabric was investigated in this study. Aflax fibre plain-weave fabric has been used to form a complex tetrahedron shape. This shape is of partic-ular interest as it contains several geometric singularities required by many automotive parts such asdouble or triple curvature and low-curvature edges. Globally, the complex tetrahedron shape wasobtained, but tow buckling (out of plane bending of tows) was observed in specific zones of the shape.The main mechanism at the origin of this defect has been defined. A reduction of the tow buckle sizewas obtained by increasing the membrane tension. The influence of fabric architecture at the mesoscopicand macroscopic scales on the appearance of the tow buckles was demonstrated and discussed. Solutionsto prevent the appearance of this defect based on the design of the fabric architecture at the tow or fabricscales were successfully proposed. As a consequence, when sheet forming of complex shapes is consid-ered, specific fabric architectures should be chosen to prevent the appearance of the buckling defec

Analysis of the feasibility to eco-design composite parts using renewable resources for a medical application

La présente étude traite de l’éco-conception d’une pièce structurale, de type poutre tubulaire, en stratifié bio-composite à base de fibres de lin. A cette pièce à concevoir est associé un cas de charge mécanique combinant flexion et torsion et une tenue face aux produits détergents-décontaminant utilisés en environnement médical. Cette étude a pour objectif de montrer la faisabilité d’employer comme architecture de renfort, une mèche de lin pour la réalisation de la pièce. Ce renfort a la particularité d’être constitué de fibres alignées dont la cohésion est assurée par la présence d’un liant par opposition aux fils constituées de fibres retordues. Tout d’abord, pour établir un cahier des charges de fabrication à partir de ceux déjà en vigueur, le comportement mécanique du bio-composite à l’échelle du pli, puis à celui du stratifié et enfin à l’échelle de la poutre stratifié a été modélisé et des critères de conception et de dimensionnement portant sur la rigidité en flexion et en torsion ont été développés de façon analytique. Associée à cette approche et au choix du renfort, le procédé d’enroulement filamentaire a été retenu pour la mise en oeuvre de la pièce. Afin de montrer la compatibilité de la mèche en entrée et le procédé sélectionné, une étude du comportement en traction de la mèche visant à étudier l’effet des paramètres du procédé sur les propriétés mécaniques de la mèche a été réalisée. Cette deuxième phase a été poursuivie par la réalisation de prototypes, suivant le cahier des charges de fabrication établit, qui ont ensuite été analysés en termes de qualité et de performances mécaniques. La corrélation entre ces résultats et ceux obtenus par l’étape de dimensionnement a permis de valider l’approche. Enfin, dans le but d’intégrer l’interaction avec l’environnement opératoire dans le dimensionnement de la pièce, une étude de la durabilité a été réalisée. Celle-ci permet d’établir des stratégies de dimensionnement pour répondre à l’application.This study aims at eco-designing a structural part, of a hollow beam type, using a laminated flax fibre based bio-composite. The part needs to satisfy a given bending and torsion load case and show compatibility with the cleaning products used in the medical environment. The objective of the study is to investigate the potential of using a flax tow as the reinforcement input for the manufacturing of the beam. The particularity of the reinforcement is that it consists of an assembly of aligned flax fibres held together by a binder as opposed to spun yarns. First, in order to establish the required manufacturing specifications, the mechanical behaviour of the bio-composite at the ply scale, at the laminated and finally at the laminated beam scale was modelled. From this modelling, design and dimensioning criteria based on bending and torsional stiffness were developed analytically. Combining this approach with the choice of the reinforcement, the wet-filament winding process was chosen to manufacture the part. Thus, the tensile behaviour of the flax tow was studied in relation to the process parameters to demonstrate their compatibility. This second phase was followed by the manufacturing of prototypes according the established specifications which were then analysed in terms of quality and mechanical performance. The correlation between experimental results and the model predictions was used to validate the dimensioning approach. Finally and in order to incorporate the interaction of the part with the environment, a durability study was conducted. The latter allows to put forward different dimensioning strategies to meet the required specification

Mechanical Properties of Compression Moulded Aggregate-Reinforced Thermoplastic Composite Scrap

Recycling of thermoplastic composites has drawn a considerable attention in the recent years. However, the main issue with recycled composites is their inferior mechanical properties compared to the virgin ones. In this present study, an alternative route to the traditional mechanical recycling technique of thermoplastic composites has been investigated with the view to increase mechanical properties of the recycled parts. In this regard, the glass/polypropylene laminate offcuts are cut in different grain sizes and processed in bulk form, using compression moulding. Further, the effect of different grain sizes (i.e., different lengths, widths and thicknesses) and other process-related parameters (such as mould coverage) on the tensile properties of recycled aggregate-reinforced composites have been investigated. The tensile properties of all composite samples are tested according to ISO 527-4 test method and the significance of test results is evaluated according to Student’s t-test and Fisher’s F-test respectively. It is observed that the tensile moduli of the recycled panels are close to the equivalent quasi-isotropic continuous fibre-reinforced reference laminate while there is a noteworthy difference in the strengths of the recycled composites. At this stage, the manufactured recycled composites show potential for stiffness-driven application

Analysis of the feasibility to eco-design composite parts using renewable resources for a medical application

La présente étude traite de l’éco-conception d’une pièce structurale, de type poutre tubulaire, en stratifié bio-composite à base de fibres de lin. A cette pièce à concevoir est associé un cas de charge mécanique combinant flexion et torsion et une tenue face aux produits détergents-décontaminant utilisés en environnement médical. Cette étude a pour objectif de montrer la faisabilité d’employer comme architecture de renfort, une mèche de lin pour la réalisation de la pièce. Ce renfort a la particularité d’être constitué de fibres alignées dont la cohésion est assurée par la présence d’un liant par opposition aux fils constituées de fibres retordues. Tout d’abord, pour établir un cahier des charges de fabrication à partir de ceux déjà en vigueur, le comportement mécanique du bio-composite à l’échelle du pli, puis à celui du stratifié et enfin à l’échelle de la poutre stratifié a été modélisé et des critères de conception et de dimensionnement portant sur la rigidité en flexion et en torsion ont été développés de façon analytique. Associée à cette approche et au choix du renfort, le procédé d’enroulement filamentaire a été retenu pour la mise en oeuvre de la pièce. Afin de montrer la compatibilité de la mèche en entrée et le procédé sélectionné, une étude du comportement en traction de la mèche visant à étudier l’effet des paramètres du procédé sur les propriétés mécaniques de la mèche a été réalisée. Cette deuxième phase a été poursuivie par la réalisation de prototypes, suivant le cahier des charges de fabrication établit, qui ont ensuite été analysés en termes de qualité et de performances mécaniques. La corrélation entre ces résultats et ceux obtenus par l’étape de dimensionnement a permis de valider l’approche. Enfin, dans le but d’intégrer l’interaction avec l’environnement opératoire dans le dimensionnement de la pièce, une étude de la durabilité a été réalisée. Celle-ci permet d’établir des stratégies de dimensionnement pour répondre à l’application.This study aims at eco-designing a structural part, of a hollow beam type, using a laminated flax fibre based bio-composite. The part needs to satisfy a given bending and torsion load case and show compatibility with the cleaning products used in the medical environment. The objective of the study is to investigate the potential of using a flax tow as the reinforcement input for the manufacturing of the beam. The particularity of the reinforcement is that it consists of an assembly of aligned flax fibres held together by a binder as opposed to spun yarns. First, in order to establish the required manufacturing specifications, the mechanical behaviour of the bio-composite at the ply scale, at the laminated and finally at the laminated beam scale was modelled. From this modelling, design and dimensioning criteria based on bending and torsional stiffness were developed analytically. Combining this approach with the choice of the reinforcement, the wet-filament winding process was chosen to manufacture the part. Thus, the tensile behaviour of the flax tow was studied in relation to the process parameters to demonstrate their compatibility. This second phase was followed by the manufacturing of prototypes according the established specifications which were then analysed in terms of quality and mechanical performance. The correlation between experimental results and the model predictions was used to validate the dimensioning approach. Finally and in order to incorporate the interaction of the part with the environment, a durability study was conducted. The latter allows to put forward different dimensioning strategies to meet the required specification

Analyse de la faisabilité d’éco-conception de pièces composites à base de ressources renouvelables pour applications médicales

This study aims at eco-designing a structural part, of a hollow beam type, using a laminated flax fibre based bio-composite. The part needs to satisfy a given bending and torsion load case and show compatibility with the cleaning products used in the medical environment. The objective of the study is to investigate the potential of using a flax tow as the reinforcement input for the manufacturing of the beam. The particularity of the reinforcement is that it consists of an assembly of aligned flax fibres held together by a binder as opposed to spun yarns. First, in order to establish the required manufacturing specifications, the mechanical behaviour of the bio-composite at the ply scale, at the laminated and finally at the laminated beam scale was modelled. From this modelling, design and dimensioning criteria based on bending and torsional stiffness were developed analytically. Combining this approach with the choice of the reinforcement, the wet-filament winding process was chosen to manufacture the part. Thus, the tensile behaviour of the flax tow was studied in relation to the process parameters to demonstrate their compatibility. This second phase was followed by the manufacturing of prototypes according the established specifications which were then analysed in terms of quality and mechanical performance. The correlation between experimental results and the model predictions was used to validate the dimensioning approach. Finally and in order to incorporate the interaction of the part with the environment, a durability study was conducted. The latter allows to put forward different dimensioning strategies to meet the required specification.La présente étude traite de l’éco-conception d’une pièce structurale, de type poutre tubulaire, en stratifié bio-composite à base de fibres de lin. A cette pièce à concevoir est associé un cas de charge mécanique combinant flexion et torsion et une tenue face aux produits détergents-décontaminant utilisés en environnement médical. Cette étude a pour objectif de montrer la faisabilité d’employer comme architecture de renfort, une mèche de lin pour la réalisation de la pièce. Ce renfort a la particularité d’être constitué de fibres alignées dont la cohésion est assurée par la présence d’un liant par opposition aux fils constituées de fibres retordues. Tout d’abord, pour établir un cahier des charges de fabrication à partir de ceux déjà en vigueur, le comportement mécanique du bio-composite à l’échelle du pli, puis à celui du stratifié et enfin à l’échelle de la poutre stratifié a été modélisé et des critères de conception et de dimensionnement portant sur la rigidité en flexion et en torsion ont été développés de façon analytique. Associée à cette approche et au choix du renfort, le procédé d’enroulement filamentaire a été retenu pour la mise en oeuvre de la pièce. Afin de montrer la compatibilité de la mèche en entrée et le procédé sélectionné, une étude du comportement en traction de la mèche visant à étudier l’effet des paramètres du procédé sur les propriétés mécaniques de la mèche a été réalisée. Cette deuxième phase a été poursuivie par la réalisation de prototypes, suivant le cahier des charges de fabrication établit, qui ont ensuite été analysés en termes de qualité et de performances mécaniques. La corrélation entre ces résultats et ceux obtenus par l’étape de dimensionnement a permis de valider l’approche. Enfin, dans le but d’intégrer l’interaction avec l’environnement opératoire dans le dimensionnement de la pièce, une étude de la durabilité a été réalisée. Celle-ci permet d’établir des stratégies de dimensionnement pour répondre à l’application

Analyse de la faisabilité d'éco-conception de pièces composites à base de ressources renouvelables pour applications médicales

La présente étude traite de l éco-conception d une pièce structurale, de type poutre tubulaire, en stratifié bio-composite à base de fibres de lin. A cette pièce à concevoir est associé un cas de charge mécanique combinant flexion et torsion et une tenue face aux produits détergents-décontaminant utilisés en environnement médical. Cette étude a pour objectif de montrer la faisabilité d employer comme architecture de renfort, une mèche de lin pour la réalisation de la pièce. Ce renfort a la particularité d être constitué de fibres alignées dont la cohésion est assurée par la présence d un liant par opposition aux fils constituées de fibres retordues. Tout d abord, pour établir un cahier des charges de fabrication à partir de ceux déjà en vigueur, le comportement mécanique du bio-composite à l échelle du pli, puis à celui du stratifié et enfin à l échelle de la poutre stratifié a été modélisé et des critères de conception et de dimensionnement portant sur la rigidité en flexion et en torsion ont été développés de façon analytique. Associée à cette approche et au choix du renfort, le procédé d enroulement filamentaire a été retenu pour la mise en oeuvre de la pièce. Afin de montrer la compatibilité de la mèche en entrée et le procédé sélectionné, une étude du comportement en traction de la mèche visant à étudier l effet des paramètres du procédé sur les propriétés mécaniques de la mèche a été réalisée. Cette deuxième phase a été poursuivie par la réalisation de prototypes, suivant le cahier des charges de fabrication établit, qui ont ensuite été analysés en termes de qualité et de performances mécaniques. La corrélation entre ces résultats et ceux obtenus par l étape de dimensionnement a permis de valider l approche. Enfin, dans le but d intégrer l interaction avec l environnement opératoire dans le dimensionnement de la pièce, une étude de la durabilité a été réalisée. Celle-ci permet d établir des stratégies de dimensionnement pour répondre à l application.This study aims at eco-designing a structural part, of a hollow beam type, using a laminated flax fibre based bio-composite. The part needs to satisfy a given bending and torsion load case and show compatibility with the cleaning products used in the medical environment. The objective of the study is to investigate the potential of using a flax tow as the reinforcement input for the manufacturing of the beam. The particularity of the reinforcement is that it consists of an assembly of aligned flax fibres held together by a binder as opposed to spun yarns. First, in order to establish the required manufacturing specifications, the mechanical behaviour of the bio-composite at the ply scale, at the laminated and finally at the laminated beam scale was modelled. From this modelling, design and dimensioning criteria based on bending and torsional stiffness were developed analytically. Combining this approach with the choice of the reinforcement, the wet-filament winding process was chosen to manufacture the part. Thus, the tensile behaviour of the flax tow was studied in relation to the process parameters to demonstrate their compatibility. This second phase was followed by the manufacturing of prototypes according the established specifications which were then analysed in terms of quality and mechanical performance. The correlation between experimental results and the model predictions was used to validate the dimensioning approach. Finally and in order to incorporate the interaction of the part with the environment, a durability study was conducted. The latter allows to put forward different dimensioning strategies to meet the required specification.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

COMPLEX SHAPE FORMING OF A FLAX WOVEN FABRIC; ANALYSIS OF THE TOW BUCKLING AND MISALIGNEMENT DEFECT

International audienceWith the view to minimise the impact on the environment and to produce structural parts with a good production-rate/cost-ratio, the sheet forming of woven flax based fabric was investigated in this study. A flax fibre plain-weave fabric has been used to form a complex tetrahedron shape. This shape is of particular interest as it contains several geometric singularities required by many automotive parts such as double or triple curvature and low-curvature edges. Globally, the complex tetrahedron shape was obtained, but tow buckling (out of plane bending of tows) was observed in specific zones of the shape. The main mechanism at the origin of this defect has been defined. A reduction of the tow buckle size was obtained by increasing the membrane tension. The influence of fabric architecture at the mesoscopic and macroscopic scales on the appearance of the tow buckles was demonstrated and discussed. Solutions to prevent the appearance of this defect based on the design of the fabric architecture at the tow or fabric scales were successfully proposed. As a consequence, when sheet forming of complex shapes is considered, specific fabric architectures should be chosen to prevent the appearance of the buckling defect