FR3005065A1 - Procede de detissage et de realignement de fibres de carbone - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte un procédé de détissage et de réalignement de fibres, notamment de carbone, à partir de découpes de tissu comprenant des fils (ou fibres) de chaine et de trame, il est caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détissage des fibres à l'aide de peignes (30) comprenant des dents (300) et une étape de réalignement desdites fibres par un module oscillant (4). Les découpes de tissu sont ainsi détissées et les fibres obtenues sont ensuite alignées dans un module vibrant (4), les vibrations de ce module permettent un alignement longitudinal des fibres sous forme de bandelettes qui peuvent alors être réutilisées.

Description

PROCEDE DE DETISSAGE ET DE REALIGNEMENT DE FIBRES DE CARBONE La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif permettant le recyclage de fibres fragiles, comme par exemple des fibres de carbone, en vue de leur réutilisation sous une nouvelle forme. Le recyclage de fibres de carbone issues de matériaux composites (séparation fibres par rapport à une matrice en vue de la récupération des fibres) ne présente d'intérêt que si les fibres recyclées présentent une longueur décimétrique et si elles sont réalignées avec un fort taux d'alignement (>70%) afin de pouvoir réutiliser les fibres recyclées comme renfort dans un nouveau matériau composite. Les matériaux composites recyclés après élimination de plus de 98% de résine se présentent sous forme d'empilements de tissus de fibres de carbone de tailles et formes diverses impossibles à utiliser en l'état. Le procédé de l'invention permet de séparer les fibres fragiles (par exemple de carbone) initialement entrecroisées ou entrelacées en tissus, de les réaligner et de les mettre sous forme de bandes continues de quelques centimètres de large. Il est alors possible de les réutiliser pour réaliser de nouveaux matériaux composites soit telles-quelles après enduction de résine soit après réalisation de demi-produits de fibres de carbone recyclées (bandes pré-imprégnées de résine thermodurcissable ou thermoplastique, fibres reconstitués, voire retissés). Elle est destinée à remettre en forme des fibres fragiles semi-longues (longueur comprise entre 10mm et 500mm) en vue de leur réutilisation sous une nouvelle forme ou de leur recyclage. La réutilisation ou le recyclage des fibres nécessitant une remise en forme est réalisée sans dégradation. L'invention s'adapte également particulièrement à des morceaux de tissus issus de composites recyclés de tailles et de formes quelconques, compris à l'intérieur d'un rectangle de 1 mètre x 20 centimètres. Les morceaux de tissus peuvent être introduits en entrée seuls ou empilés jusqu'à 5 morceaux par exemple. Les morceaux de tissus peuvent être introduits dans n'importe quel sens en entrée. Des morceaux de tresse peuvent également être détissés à condition d'avoir subi au moins deux découpes longitudinales. Ce procédé transforme des morceaux de tissus de fibres de carbone en une bande continue de fibres de carbone réalignées avec un taux de réalignement supérieur à 80% et non altérées mécaniquement. Le procédé de séparation fibres/matrice permettant de récupérer les fibres de carbone est onéreux que ce soit par thermolyse, solvolyse ou bains de sels fondus et ne pourra être équilibré financièrement par le coût de traitement du déchet. Aujourd'hui les matériaux composites sont encore considérés comme des déchets banals et leur coût d'incinération ou d'enfouissement est relativement faible. Donc, un procédé de recyclage de fibres de carbone ne sera équilibré financièrement que par la vente de semi-produits réalisés avec les fibres de carbone recyclées. Or, seule une longueur des fibres de carbone décimétrique permet d'utiliser la résistance mécanique des fibres de carbone, l'utilisation de fibres de carbone courtes < lOmm ou non alignées ne constitue pas de renforcement d'une matrice organique. En conséquence, seule la production de semi-produits de fibres de longueur >70 mm correctement alignées permettra une valorisation intéressante sur le plan mécanique des fibres de carbone recyclées. L'invention permet de remettre en forme des fibres de carbone recyclées semi longues et donc d'exploiter leur résistance dans des produits futurs. Selon l'invention, le procédé de détissage et de réalignement de fibres, notamment de carbone, à partir de découpes de tissu avec des fils de chaine et de trame est caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détissage des fibres à l'aide de peignes comprenant des dents et une étape de réalignement desdites fibres par un module oscillant. L'oscillation du module est un mouvement alternatif d'amplitude et de fréquence définie. Les découpes de tissus sont tissées uniquement dans deux dimensions Les découpes de tissus sont ainsi détissées et les fibres obtenues sont ensuite alignées dans un module vibrant, les oscillations de ce module permettent un alignement uniforme des fibres qui peuvent alors être réutilisées. Selon une caractéristique particulière, dans l'étape de détissage, les fils de trame de la découpe sont séparés des fils de chaine par la différence de vitesse linéaire entre les peignes et un tapis sur lequel est posée la découpe. Les découpes défilent sur un tapis avançant à une vitesse donnée relativement faible, tandis que les peignes sont actionnés par à une chaine avançant à une vitesse supérieure à celle du tapis afin de détacher les fils de trames des fils de chaine. Les dents pénètrent dans la découpe de tissu et entraînent une fraction de la trame des tissus. Lorsque les dents sont en prise dans une découpe de tissu, elles exercent une traction sur le tissu, les découpes de tissu sont retenues sur le tapis par un rouleau presseur qui plaque les découpes sur le tapis.

Selon une disposition particulière, les peignes se déplacent à une vitesse linéaire environ 5 à 20 fois plus élevée que celle du tapis. La vitesse des peignes est de préférence 10 fois supérieure à celle du tapis. Selon une autre caractéristique, l'étape de détissage consiste à faire passer les découpes de tissus entre des tiges parallèles et superposées formant deux grils superposés et parallèles, un gril supérieur et un gril inférieur, et que chaque dent circule entre deux tiges d'un même gril et pénètrent entre les fibres de ladite découpe en entrée des grils (une première extrémité) et sortent à l'autre extrémité des grils. La série inférieure sert à tenir les découpes quand les dents pénètrent dedans, le gril supérieur permet d'éviter que des fibres restent coincées entre les dents des peignes quand ceux-ci sortent des grils. Selon une caractéristique particulière, les fibres sont détachées des peignes du second coté des lignes par la série supérieure. Les fibres qui sont parallèles au mouvement du tapis et des peignes tombent dans le module vibrant au fur et à mesure qu'elles sont libérées, tandis que les fibres perpendiculaires audit mouvement tombent à travers les grils quand les peignes sortent, la série supérieure sert à extraire ces fibres des dents des peignes et permettre qu'elles tombent à leur tour dans le module vibrant. Selon une autre caractéristique, l'étape d'alignement consiste à faire tomber les fibres dans le module vibrant qui comprend une goulotte vibrante inclinée avec un profil sensiblement concave par exemple en forme de V. Les fibres détissées chutent par gravité dans la goulotte vibrante qui est par exemple montée sur des ressorts. Le mouvement vibrant peut être obtenu avec moteur électrique et un système bielle manivelle. Un variateur de vitesse permet d'ajuster la fréquence des oscillations. Le mouvement oscillant ainsi que l'inclinaison de la goulotte permettent aux fibres de s'aligner et de former une bandelette. L'invention porte également sur un dispositif comprenant un outil de détissage comprenant des peignes mobiles, des tiges de guidage des tissus caractérisé en ce qu'il y a deux séries de tiges superposées. A l'arrivée dans le module de détissage, les morceaux de tissus glissent longitudinalement et sont maintenus verticalement entre deux séries de tiges parallèles positionnées longitudinalement par rapport au mouvement. Le détissage est réalisé au moyen de peignes montés sur une chaine (ou sur un tapis) qui les anime d'un mouvement de rotation / translation suivant une trajectoire oblongue. La vitesse de déplacement en translation des peignes Vp est dans le même sens et la même direction que la vitesse d'avancée des tissus entre les grils, la vitesse Vp est supérieure à la vitesse V des tissus, ce qui les conduit à entraîner les fibres du tissu positionnées transversalement à la vitesse Vp. Les fibres du tissu positionnées longitudinalement sont maintenues à la vitesse V par pincement à la sortie d'un tapis convoyeur. Ainsi les fibres longitudinales sont séparées des fibres transversales et le détissage est réalisé. Pour que le détissage puisse être complet, il convient que la course du déplacement en translation des peignes soit supérieure ou égale à la plus grande longueur des morceaux de tissu que l'on souhaite détisser. Les fibres détissées peuvent alors passer à travers la série de lignes inférieures et tomber sous l'effet de leur poids dans le module vibrant qui réalise le réalignement des fibres. Selon une caractéristique particulière, les grils placés en dessous sont rigides. Le gril inférieur est rigide pour maintenir les tissus et, afin de garantir la pénétration des dents, tandis que les tiges supérieures assurent le dévêtissage des peignes. Selon une autre caractéristique, les peignes sont entrainés en rotation autour d'au moins une poulie. Les peignes ont un mouvement 10 oblong. Le détissage est réalisé grâce à un jeu de peignes métalliques montés sur des chaînes de convoyage, ou sur un tapis, qui les anime d'un mouvement de rotation / translation suivant une trajectoire oblongue parallèle au mouvement des découpes. Un système de came peut être utilisé pour modifier et contrôler l'angle des peignes par rapport au 15 mouvement. A l'entrée du module de détissage, les peignes pénètrent dans les mailles du tissu et se positionnent perpendiculairement au mouvement de translation ou dans un angle proche de 900 . Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend un module vibrant disposé sous les deux séries de grils de guidages. Les fibres 20 détissés chutent par gravité dans le module vibrant soit entre les lignes de guidage soit au bout desdites grils. Le mouvement de vibration est obtenu avec moteur électrique et un système bielle-manivelle. Un variateur de vitesse permet d'ajuster la fréquence des oscillations en fonction du type de fibres à aligner. Le mouvement oscillant ainsi que l'inclinaison de la 25 goulotte permettent aux fibres de s'aligner pour former une bandelette. Selon une caractéristique particulière, le module vibrant présente une longueur sensiblement supérieure ou égale à la longueur des grils et est incliné avec un profil concave par exemple en forme de V. Le module se présente sous forme d'un guide concave vibrant et oscillant situé sous le 30 module de détissage. Les fibres, une fois détissées tombent dans un guide initial concave sur toute la longueur des lignes de guidage, les vibrations conduisent les fibres à s'orienter rapidement dans le sens de la concavité. La fréquence des oscillations du guide conduit à un regroupement et un convoyage lent des fibres réalignées vers une partie aval du guide initial. Ce guide initial est prolongé par un guide final oscillant ou vibrant de section en « V» ou en « U» qui permet de calibrer les fibres réalignées et de les produire sous forme de bandes continues dont la densité dépend de la concavité du guide, de la largeur du guide final en « V » ou en « U » ainsi que de la fréquence des oscillations. Selon une disposition particulière, le module vibrant a une fréquence de vibration comprise entre 5 et 15 Hz, de préférence 10Hz. D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre d'exemple. - La figure 1 est une vue d'ensemble et de coté du dispositif selon l'invention, - La figure 2 représente le détail de l'outil de détissage, - La figure 3 est une vue en perspective du dessous de l'outil de détissage, - La figure 4 est un peigne de l'outil de détissage, - La figure 5 est une vue en perspective du module vibrant. Le dispositif 1 illustré à la figure 1 comprend un module d'alimentation 2, un module de détissage 3 et un module de réalignement ou module vibrant 4. Les différents modules 2, 3 et 4 sont disposés sur une structure métallique 5. Le module d'alimentation 2 comprend un tapis adhérant 20 réalisé avec des picots ou un PVC rugueux. Des découpes de tissu sont introduites au début 200 du tapis 20. Le tapis 20 présente une certaine inclinaison pour réduire l'encombrement du module et permettre une alimentation à portée d'homme tout en réalisant le détissage dans la partie haute du module de détissage 3. A la sortie 201 du tapis 20, un rouleau presseur 202 impose une certaine pression afin de faire adhérer la découpe de tissu lors de son avancement dans le module de détissage 3. Le tapis 20 est entrainé par un moteur électrique 203. Le module de détissage 3 comprend : - des peignes métalliques 30 montés sur une chaine de convoyage 31 tournant autour d'au moins une poulie 310, - deux séries 32 et 33 de lignes parallèles 320 et 330 disposées sous la chaine de convoyage 31, - un moteur électrique d'entrainement 34 de la chaine de convoyage 31. Le module d'alignement ou module vibrant 4 comporte une goulotte oscillante 40 disposée sur des lames souples 41, ici quatre, un moteur électrique 42 relié à la goulotte 40 par un système de bielle manivelle 43 afin d'imposer une oscillation à ladite goulotte 40.

On voit aux figures 2 et 3 que le la sortie 201 tapis 20 arrive en contact avec les lignes parallèles 320 et 330 de la série inférieure 33 et que le rouleau presseur 202 est relié au module d'alimentation 2 par un bras de levier 203. La pression exercée par le rouleau presseur 202 est réalisée grâce à un ressort (non représenté) reliant le bras de levier 203 à la structure 5. Le rouleau presseur 202 présente des rainures 204 dans lesquelles les dents 300 des peignes 30 peuvent passer tandis les découpes de tissu sont entrainées par les parties saillantes 205. Le détail du peigne 30 illustré à la figure 4 montre les dents 300 espacées d'une distance d, tandis que les peignes 30 sont espacés d'un pas p. La distance d et le pas p sont définis en fonction de la taille des fils et/ou des mailles, plus les fils et/ou les mailles sont gros plus la distance d et/ou le pas p sont importants; la densité des dents des peignes doit être ajustée au motif de tissage des découpes. La goulotte vibrante 40 de la figure 5 se présente sous forme d'un guide concave vibrant et oscillant avec un profil général en forme de V avec un coté ouvert 401 et un coté fermé arrondi 400. Le coté fermé arrondi 400 est plus haut que le coté ouvert 401. Les lames souples 410 placées du coté arrondi 400 sont plus longues que les lames 411 placées du coté ouvert 401. Nous allons maintenant décrire le mode de fonctionnement du dispositif 1 et le procédé de détissage et d'alignement correspondant. Les découpes de tissus utilisées introduites en entrée sont de nature variable, en termes de masse surfacique et de type d'armure. Le module d'alimentation 2 joue le rôle de tampon et permet à l'opérateur d'introduire une quantité importante de découpes de tissus empilées, qui seront ensuite transférées de façon progressive sur les modules suivants. Il est possible de détisser plusieurs découpes en même temps en particulier si celles-ci sont fines. La limite est liée à la distance entre les lignes 32 et 33, il faut que la ou les découpes puissent passer entre ces deux lignes 32 et 33.

L'inclinaison du tapis 20 d'environ 30° a deux objectifs: réduire l'encombrement de la machine, et réaliser le détissage suffisamment en hauteur pour pouvoir alimenter le module de réalignement par gravité, tout en gardant la zone d'alimentation à une hauteur confortable pour un opérateur. Une partie du tapis 20 est utilisée pour le chargement manuel.

Le tapis 20 pourra par exemple avoir une longueur utile de 1 m et une largeur de 200 mm, dans ce cas, la longueur maximale des découpes est réduite à 500 mm, mais leur largeur maximale est de 200 mm. Le détissage est réalisé grâce aux peignes 30 qui sont de préférence métalliques et montés sur les chaînes de convoyage 31, mais ils peuvent être montés sur n'importe quel autre dispositif donnant un mouvement oblong autre tapis, courroies, câbles.... La vitesse de rotation du moteur 34 est choisie de façon à ce que la vitesse linéaire des peignes 30 soit 10 fois plus élevée que la vitesse du tapis 20. Les dents 300 pénètrent dans la découpe de tissu et entraînent une fraction de sa trame. La découpe est maintenue sur la série de lignes parallèles 33 qui forment une grille, afin de garantir la pénétration des dents 300 dans la trame. Lorsque les dents 300 sont en prise dans une découpe, elles exercent une traction sur le tissu qui est compensée par le rouleau presseur 201 qui plaque la découpe sur le tapis 20. Ce système est très efficace même si la surface de tissus pincée par le rouleau presseur 201 est faible. S'il persiste un espace entre le rouleau presseur 201 et la zone où les dents 300 du peigne 30 pénètrent dans le tissu et que les extrémités des découpes ne soient que partiellement détissées, il est possible d'équiper le tapis 20 de pointes (non représentées), qui compléteraient l'action du rouleau presseur 201, et permettraient de retenir les découpes jusqu'à leur détissage complet. Une autre amélioration consiste à récupérer les non-détissés avec un tamis, et les réintroduire en entrée de machine. Dans ce cas, il faudra réintroduire les non-détissés manuellement, afin que la partie non détissée passe en premier dans les peignes 300. Une fois les fibres détissées, elles chutent par gravité dans la goulotte oscillante 40 montée sur les lames souples 41 qui constituent ainsi des ressorts. L'oscillation est un mouvement alternatif d'amplitude et de fréquence définies qui conduisent les fibres à s'orienter rapidement dans le sens de la concavité. Le mouvement est obtenu avec le moteur électrique 42 et un système bielle manivelle 43. Un variateur de vitesse permet d'ajuster la fréquence des oscillations. Le mouvement oscillant ainsi que l'inclinaison de la goulotte 40 permettent aux fibres de s'aligner, et de former une bandelette. Ensuite, une mise en forme est réalisée manuellement ou mécaniquement en assemblant plusieurs bandelettes pour former des bandes. La fréquence des oscillations du guide conduit à un regroupement et un convoyage lent des fibres réalignées vers la partie aval du guide initial. Le guide initial disposé du coté arrondi 400 est prolongé par le guide final disposé du coté ouvert 401, l'ensemble constituant la goulotte oscillante 40 ou vibrante permet de calibrer les fibres réalignées et de les produire sous forme de bandes continues dont la densité dépend de la concavité du guide, de la largeur du guide final en « U » ainsi que de la fréquence des oscillations.

Le matériau obtenu en sortie est constitué de fibres de carbone recyclées qui se présentent sous forme d'une bande continue de fibres discontinues de longueurs différentes et légèrement imbriquées. Ce matériau constitue un semi produit pouvant être enduit de résine pour réaliser un nouveau matériau composite.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détissage et de réalignement de fibres, notamment de carbone, à partir de découpes de tissus avec des fils de chaine et de trame caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détissage des fibres à l'aide de peignes (30) mobiles comprenant des dents (300) et des tiges parallèles de guidages (320, 330) des tissus (30) et une étape de réalignement desdites fibres par un module vibrant (4). 10
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'étape de détissage, les fibres de trame de la découpe sont détachées des fibres de chaine par la différence de vitesse linéaire entre les peignes (30) et un tapis (20) sur lequel est posée la découpe. 15
3. 3. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les peignes (30) se déplacent à une vitesse linéaire environ 5 à 20 fois plus élevée que celle du tapis (20). 20
4. 4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détissage consiste à faire passer les découpes de tissus entre des tiges superposées parallèles (32, 33) formant deux grils superposés parallèles, un gril supérieur (32) et un gril inférieur (33), et que chaque dent (300) circule entre deux tiges (320, 330) 25 d'un même grill et pénètre entre les fibres de ladite découpe d'une première extrémité des lignes et sortent d'une second extrémité des lignes.
5. 5. Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les fibres sont détachées des peignes (300) du 30 second coté des lignes (320, 330) par la série supérieure (32).
6. 6. Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape d'alignement consiste à faire tomber les fibres dans le module oscillant (4) qui comprend une goulotte vibrante (40) inclinée avec un profil sensiblement de forme de concave.
7. 7. Dispositif comprenant un outil de détissage comprenant des peignes (30) mobiles, des tiges parallèles (320, 330) de guidage des tissus (30) caractérisé en ce qu'il y a deux séries (32, 33) de tiges (320, 330) superposées et un module vibrant (4).
8. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les tiges parallèles (330) de guidage placées en dessous sont rigides.
9. 9. Dispositif selon une des revendications 7 à 8 caractérisé en ce que les peignes (30) sont entrainés en rotation autour d'au moins une poulie (310).
10. 10. Dispositif selon une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un module oscillant (40) disposé sous les peignes et sous les deux séries (32, 33) de tiges de guidage.
11. 11. Dispositif selon une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le module vibrant (40) présente une longueur supérieure ou égale à la longueur des tiges de guidage (320, 330) avec un profil concave et est incliné par rapport à l'horizontale
12. 12. Dispositif selon une des revendications 7 à 11 caractérisé en ce que le module vibrant (40) a une fréquence de vibration comprise entre 5 et 15 Hz.