Développement d'un procédé de recyclage des pales d'éoliennes en composite à matrice thermoplastique

Cette étude relate le recyclage d’un matériau composite thermoplastique fabriqué par infusion de polyamide 6 de polyaddition anionique dans un renfort de fibres de verre continues. Ce matériau est en développement à l’Université technologique de Delft (TUDelft) aux Pays-Bas dans l’optique de servir à la fabrication de pales d’éoliennes recyclables. L’étude porte sur le recyclage secondaire par voie mécanique (broyage/injection) du composite pour en faire un plastique renforcé à fibres courtes. Après un broyage, tamisage et étuvage, le matériau a été mise en forme par injection sous forme d’éprouvettes de traction ASTM type I à l’Institut de matériaux industriels. La matière broyée a été caractérisée par DSC afin d’en déterminer les propriétés physiques et la distribution de la longueur des fibres a été faite au microscope optique après une pyrolyse. Quatre matériaux différents ont été fabriqués à partir de la matière première provenant de plaques infusées. Ainsi, deux fractions issues du tamisage des plaques broyées (0,6 à 2 mm et plus de 2 mm) et deux résines de dilution ont été combinées en 4 matériaux. Le taux massique de fibres, Wf , a été dilué à environ 30 %, dans un cas avec des plaques de polyamide 6 de polyaddition (APA 6) infusées non chargées provenant également de TUDelft et dans l’autre avec un polyamide 6 commercial de polycondensation (HPA 6). Le croisement des paramètres résine de dilution et dimension initiale des particules broyées fait en sorte que 4 matériaux sont à l’étude. Finalement, ces matériaux ont subi 2 cycles ce qui a permis d’évaluer l’effet du nombre de cycles sur les propriétés physiques et mécaniques. De manière générale, le module d’élasticité E et la résistance en traction, Rm, sont de l’ordre de ceux obtenus pour des polyamides 6 renforcés à 30 % de fibres de verre. Les éprouvettes diluées avec une résine commerciale ont de meilleures propriétés, E, d’environ 10 GPa et Rm d’environ 180 MPa, que les éprouvettes diluées avec une résine APA 6. Les éprouvettes diluées avec une résine APA 6 contiennent des vides tel qu’il sera possible de constater à l’aide des fractographies au microscope électronique à balayage (MEB). La rigidité et la résistance du matériau diminuent avec le nombre de cycles, et ce, dès le second cycle. Le cisaillement du procédé de broyage et d’injection fait en sorte qu’une perte considérable des propriétés est constatée. La longueur critique, lc, en dessous de laquelle le transfert de charge de la matrice vers la fibre a été atteinte dès le premier recyclage. Finalement, le paramètre de la longueur initiale des particules broyées influence le comportement suite aux recyclages successifs. Les éprouvettes dont les particules initiales mesurent plus de 2 mm perdent davantage leur module de rigidité que celles dont la dimension des particules broyées initiales est située entre 0,6 et 2 mm après 2 cycles. L’avantage qu’avaient ces fibres plus longues est perdu après un second broyage et injection à cause de l’alignement et de la dispersion de la fibre dans la matrice. Le recyclage secondaire par voie mécanique se distingue par rapport aux autres types de recyclage par sa facilité à mettre en oeuvre et la possibilité de fabriquer des produits durables. Le recyclage primaire, c’est-à-dire fabriquer des pales d’éoliennes recyclées à partir de ce matériau, étant impossible, c’est la meilleure utilisation de la matière qui puisse être faite avant la récupération par voie chimique et la combustion avec récupération de l’énergie. La résine polyamide 6 requiert 132 MJ/kg pour sa synthèse comparativement à 145 MJ/kg pour la résine époxyde liquide utilisée dans la fabrication des pales d’éoliennes actuelles. Cependant, la combustion de ces dernières ne libère que 30 MJ/kg lors de leur pyrolyse