Soutenance mémoire
Les composites bois-polymère
Un matériau composite est le produit d’au moins deux matériaux adhérents dont les qualités respectives forment un matériau avec des performances globales améliorées (Albouy, 2013). Les composites bois-polymère (CBP), aussi connus sous le nom de bois plastique ou « Wood Plastic Composite» (WPC), sont constitués d’une matrice polymère et de renfort généralement sous forme fibreuse, afin d’obtenir un assemblage ayant l’apparence du bois et les propriétés du plastique en milieu humide (Bourai, 2010).
Modes de mise en forme
L’industrie du bois-plastique a développé plusieurs procédés pour la fabrication d’articles à base de ces matériaux composites . Parmi lesquels on peut citer :
L’extrusion:
C’est une technique de transformation des thermoplastiques qui permet d’obtenir des objets finis ou semi-finis, par un processus technologique continu. indépendamment du principe de fonctionnement, chaque extrudeuse accomplit trois actions principales :
• Transporte la matière le long du clyndre du point d’alimentation à la filière
• Plastifie la matière première grâce à un malaxage et/ou à la chaleur apportée de l’extérieur,
• Augmente progressivement la pression de la matière et la force à passer par une filière qui lui confère la forme désirée.
L’injection
Le moulage par injection est une technique de fabrication serni-continue de pièces de grande ou très grande série. Celle-ci constitue le principal procédé de transformation des matières plastiques ainsi que des composites à matrice thermoplastique. Elle consiste à ramollir la résine généralement introduite sous forme de granulés puis les injecter sous forte pression à travers d’une buse dans la cavité du moule. Cette méthode sert essentiellement à produire des pièces furies et complexes. On peut donc répartir le fonctionnement de la presse d’injection en 7 étapes :
• L’alimentation de la presse qui consiste à introduire les granulés dans la vis à travers la trémie.
• La plastification de la matière à l’état fondu sous l’effet de la température et du cisaillement.
• L’homogénéisation et dosage du mélange par recul de la vis.
• L’avance de la vis et injection du mélange dans le moule sous haute press10n.
• Le refroidissement du moule.
• L’ouverture du moule et éjection de la pièce.
• La fermeture du moule et démarrage d’un nouveau cycle.
Conséquence de quelques caractéristiques intrinsèques des fibres sur les propriétés des composites bois-polymère
Effet de la nature et la composition chimique des fibres
La nature des fibres indique leur origine (essence de bois, feuilles, écorces, branches, fibres recyclées) et les procédés de défibrage dont elles sont issues. Il fut démontré dans plusieurs études que la nature des fibres influence les propriétés des CBP. Li et al (2004) ont rapporté d’après des études sur 1 e comportement rhéologiques sur des composites (CBP) avec différentes espèces de bois que les caractéristiques de fusion du mélange à savoir le couple à la stabilité et la température de fusion ne dépendent pas de la nature de bois utilisé. Les propriétés mécaniques des composite bois/polymère sont étroitement liées à l’ orientation, la taille, le taux et la nature des fibres et/ou des particules de bois. C’est dans ce contexte que Yemele et al, (2010) ont orienté leurs prospections afin d’étudier l’effet des fibres de bois et de l’écorce de l’épinette noire et du peuplier faux-tremble sur les propriétés mécaniques du composite bois-polymère. Malgré un comportement moins ductile, les courbes de la figure 1.8 dévoilent un domaine linéaire plus large du BSB par rapport à celui de TAB, ce qui permet d’ affirmer que le BSB présente globalement des propriétés mécaniques plus élevées que celles du TAB.
Effet de la morphologie des fibres
Il est vrai que, pour une proportion massique identique de fibres, la variation de leur taille influencera les effets de surface par rapport aux effets de volume dans un produit composite. Dans ce contexte, plusieurs études ont été réalisées afin d’affirmer cette hypothèse. Li et Wolcott, (2005) ont suggéré suite à leurs études sur le rhéomètre capillaire que la taille des fibres n ‘ influait pas significativement la viscosité. Cependant, Migneault et al (2008) sont venu confirmer que plus la taille des fibres est petites plus on aura une diminution du couple ainsi que de l’énergie mécanique par rapport aux fibres longues. Matuana et Kim, (2007) qui travaillaient sur les composites à base de bois/PVC ont également conclu que les fines particules (60 mesh) sont plus faciles à mélanger à la matrice que les particules grossières (20 mesh) lors d ‘un procédé d’extrusion. En effet, Stark (1999) a confirmé auparavant que la réduction de la taille des fibres favorise l’écoulement du mélange « boispolymère » et augmente entre autres le retrait au moulage. Sauf que des recherches effectuées par Yam et al, (1990) ont conclu que les propriétés mécaniques des CBP en traction ne sont influencées ni par la dispersion ni par la taille des fibres. Mais qu’il y’avait incontestablement une relation entre le procédé d’extrusion et la longueur des fibres, et particulièrement que la longueur finale des fibres dans le composite dépendait des paramètres d’ extrusion
Effet de la teneur en fibres
La proportion des fibres est sans aucun doute le paramètre sur lequel on a fait le plus de travaux de recherche. En termes de propriétés du mélange, les investigations réalisées par Li et Wolcott (2005), Li et al (2004), Migneault et al (2008) ont affirmé que l’ajout de fibres dans le composite tend à accroître le couple maximal et celui à la stabilisation et que ces résultats sont attribués à l’augmentation des contacts entre la matrice et le renfort. Soucy et al (2006) ont également ajouté qu’au-delà d’un chargement de 60 % en fibres le couple diminue et que cela serait dû au développement du phénomène de glissement suite au grand volume occupé par les fibres dans la chambre du rhéomètre. En effet, toutes les études qui ont traité de l’effet de la teneur en fibres sur les autres aspects du matériau s’accordent sur un le fait que du moment où la teneur de renfort est inférieure à 60 %, celle-ci agit afin d’ améliorer les caractéristiques du composite élaboré, à savoir la dureté, la résistance à l’ abrasion, la résistance à la traction, à la flexion et aux chocs, la résistance aux solvants ou d’en modifier les caractéristiques électriques.
Panaitescu et al, (2005) a étudié l’effet de la variation des taux des fibres de sisal sur les propriétés des composites. Ces auteurs rapportent que l’ajout de charge dans la matrice polymère procure un matériau avec des propriétés mécaniques plus élevées comparativement au polymère initial. La résistance à la traction et le module d’élasticité en traction augmentent avec le taux des fibres de sisal, ainsi que le module d’élasticité qui a doublé dans le domaine de concentration étudié .
Effet de l ‘interface et des agents de couplage
L’utilisation des fibres ou de particules de bois ne garantit pas une bonne adhésion à l’interface fibre/polymère. En effet, il existe une incompatibilité entre les fibres hydrophiles et polaires du bois et les granules hydrophobes et apolaires du polymère.À partir de cette constatation, on pourrait affirmer gue les propriétés physicomécanigues du CBP ne dépendent pas seulement de l’orientation, le taux et la nature du renfort, mais également de la nature et la quantité de l’agent de coup large utilisé (Bledzki et Gassan, 1999).Plusieurs méthodes ont été utilisées afin d’améliorer la compatibilité du composite (bois/polymère) et pour assurer une bonne adhésion entre la matrice (hydrophobe) et la fibre de bois (hydrophile). De ce fait, plusieurs études ont été réalisées pour mettre en évidence les aspects fondamentaux afin de réformer l’affinité fibre bois/polymère.
Caractérisation chimique et anatomique des fibres
Caractérisation anatomique
Pour la mesure des propriétés morphologiques des fibres, nous avons utilisé l’analyseur de la qualité des fibres d’OPTEST (FQA), un appareil de mesure automatique basée sur le traitement d’images qui facilite la caractérisation anatomique des fibres. Le protocole suivi correspond à la norme T APPI 271. Les échantillons de fibres sont dilués dans l’eau à une faible consistance (<::: 3%). Par la suite, la cellule de mesure, constituée d’une veine, va permettre non seulement l’écoulement de la suspension fibreuse, mais également la prise d’images qui seront par la suite analysées et traitées. Ces images vont nous procurer la longueur moyenne et la largeur des fibres ainsi que la distribution des longueurs.
Caractérisation chimique
La caractérisation chimique nous a permis de cerner davantage la teneur de chaque composant dans les fibres avec lesquels nos composites ont été élaborés. Cette partie du travail a été réalisé par Migne ault et al, (2014). La teneur en cellulose dans les fibres de peuplier a été déterminée selon la méthode de Kurschner et Hoffner, en soumettant la sciure de bois à l’attaque d’un mélange d’ acide nitrique et d’ éthanol. Par la suite, le taux de lignine a été déterminé en effectuant une hydrolyse complète des polyosides du bois par l’acide sulfurique. Cet essai a été réalisé selon la norme ASTM D1106. La détermination des proportions de pentosanes a été effectuée en calculant l’indice de furfural. Cela est possible en soumettant la sciure de bois à l’attaque de l’acide chlorhydrique concentré. La procédure suivie correspond à la norme CPP A-G-12. Finalement, afin de calculer le contenu en cendre dans le bois, nous avons recensé les résidus après la combustion complète de la matière organique du bois.
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Table des matières
CHAPITRE I :REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Les composites bois-polymère
1.1.1 Définition et caractéristiques générales
1.1.2 Modes de mise en forme
1.1.3 Domaines d’applications
1.2. Matière première
1.2.1 Matrice polymère
1.2.2 Les fibres de bois
1.2.3. Les nanoparticules
1.2.4 Agents de couplage
1.3 Conséquence de quelques caractéristiques intrinsèques des fibres sur les propriétés des composites bois-polymère
1.3 .1 Effet de la nature et la composition chimique des fibres
1.3.2 Effet de la morphologie des fibres
1.3.3 Effet de la teneur en fibres
1.3.4 Effet de l’interface et des agents de couplage
1.3.5 Effet des nano additifs
CHAPITRE II: MATÉRIEL ET MÉTHODES
2.1. Objectifs
2.2. Hypothèses de la recherche
2.3. Méthodologie
2.4. Matériel
2.4.1 Préparation des fibres
2.4.2 Plastic et additifs
2.5 Méthodes
2.5.1 Caractérisation chimique et anatomique des fibres
2. 5 .1.1 Caractérisation anatomique
2.5.1.2 Caractérisation chimique
2.5.2 Formation des granules et des éprouvettes
2.5.3 Caractérisation des composites bois-polymère
2.5.3.1 Étude des propriétés thermiques
2.5.3.2 Étude des propriétés rhéologiques
2.5.3.3 Étude des propriétés mécaniques
2.5.3.3.1 Essai de choc IZOD
2.5.3.3.2 Essai de traction et de flexion
2.5.3.4 Étude des propriétés physiques
2.5.3.4.1 Masse volumique
2.5.3.4.2 Densité
2.5.3.4.3 Teneur en humidité
2.5.3.4.4 Absorption d’eau
CHAPITRE III: RÉSULTATS
3.1. Propriétés des fibres
3.2. Propriétés thermiques
3.3. Propriétés rhéologiques
3.4. Propriétés physico-mécaniques
3.4.1 Analyse de la variance
3.4.2 Propriétés mécaniques
3.4.3 Propriétés physiques
CHAPITRE IV: DISCUSSION
4.1. Effet de la teneur en fibres
4.2. Effet des nanoparticules
4.3. Effet de la teneur en Alu C805
CONCLUSIONS
LISTE DES RÉFÉRENCES
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