Des nouveaux composites thermodurcissables renforcés de fibres, biosourcés et recyclables
Les composites thermodurcissables renforcés de fibres (FRTC) constituent un ensemble diversifié de matériaux utilisés dans de nombreuses industries. Ils sont tous issus du moulage d’une résine thermodurcissable autour de fibres structurelles. Les exemples les plus connus sont la fibre de verre et la fibre de carbone. Les FRTC sont généralement légers et solides, et conviennent donc aux industries à haute performance. Ils sont toutefois néfastes pour l’environnement. Comme ils ne peuvent être ni réparés ni recyclés, les FRTC ont été conçus pour être jetables. Cela crée un problème de déchets. En plus de la toxicité pour l’environnement, les fibres et les résines sont fabriquées à partir de combustibles fossiles non renouvelables, et leur production nécessite de grandes quantités d’énergie. L’industrie a besoin d’un nouveau type de FRTC pouvant être retraité, et c’est exactement ce que le projet ECOXY financé par l’UE a permis de réaliser. Au cours de l’année 2014, le centre de recherche espagnol Cidetec a breveté une famille de résines et composites thermodurcissables. Ces matériaux égalaient les bonnes performances de la génération actuelle, mais contrairement aux composites existants, ils étaient réparables, recyclables et retraitables (3R). ECOXY est allé un peu plus loin en introduisant de nouvelles résines époxy biosourcées pour formuler une matrice résineuse 3R qui, de plus, est renouvelable. Des fibres biosourcées ont été utilisées comme matériau de renfort pour la préparation de composites 3R. Ces derniers sont plus écologiques que les composites existants et constituent un substitut approprié aux anciens FRTC. Le projet ECOXY a bénéficié d’un financement dans le cadre de l’entreprise commune Bio-industries, un partenariat public-privé entre l’UE et l’industrie.
Une nouvelle gamme de résines
Le recours à un durcisseur dynamique pour faire durcir les résines époxy biosourcées développées est la clé de la recyclabilité. Le dynamisme de ces résines ouvre des possibilités de recyclage par la combinaison de plusieurs techniques. Parmi celles-ci figure le broyage d’une pièce de FRTC en petits morceaux ou en poudres, qui sont ensuite moulés dans une nouvelle forme au moyen de chaleur et de pression; par ailleurs, la résine dynamique peut aussi être dissoute dans un solvant en y ajoutant un agent chimique spécifique, ce qui permet de réutiliser les fibres. «La combinaison de nouvelles résines et d’un durcisseur dynamique permet de réparer les dommages causés par le délaminage fibre/matrice et les microfissures de la matrice», explique Aratz Genua, coordinatrice du projet. «De plus, nous pouvons retraiter les laminés polymérisés pour créer de nouvelles pièces en 3D.» Les bio-sources des nouvelles résines englobent la lignine (le composant structurel du bois), les algues brunes et les huiles végétales. Diverses combinaisons produisent des résines aux propriétés différentes. Les fibres ont été fabriquées à partir du lin ou d’un polyester thermoplastique, le polylactide (PLA).
Validation industrielle et développement ultérieur
Les résines et les fibres les plus prometteuses ont été utilisées pour une application de démonstration: le panneau dorsal pour siège arrière de la voiture Lancia Ypsilon, voir photo ci-dessus. «Avec l’usage, la résine du composite peut souffrir de microfissures dans sa structure», note Aratz Genua. «À présent, plutôt que de remplacer la pièce, on peut la réparer en utilisant la chaleur et la pression.» L’équipe ECOXY a atteint le niveau 5 de maturité technologique, ce qui signifie que le développement a été validé dans un environnement industriel. Le démonstrateur Lancia a été fabriqué et validé avec succès. Des représentants de l’industrie automobile ont exprimé leur intérêt pour ces nouveaux matériaux. Toutefois, la maturité commerciale n’est pas encore à l’ordre du jour. En effet, les nouvelles fibres à base de lin n’étaient pas comparables aux fibres de verre ou de carbone, et elles restent pour l’instant inadaptées aux secteurs à haute performance. Les fibres de lin peuvent toutefois être utilisées pour des applications moins exigeantes. L’équipe va à présent poursuivre le processus de maturation des technologies pour atteindre un niveau de préparation plus élevé.
Mots‑clés
ECOXY, résine, biosourcé, retraitable, composite thermodurcissable renforcé de fibres, agent durcissant, recyclable
