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COMPOSITESCOMPOSITESBOIS-PLASTIQUEBOIS PLASTIQUES. Migneault, A. Koubaa, F. Erchiqui,S. Migneault, A. Koubaa, F. Erchiqui,

Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue

A. ChaalaService de recherche et d’expertise en transformation des

produits forestiers (SEREX)

K. Englund and M.P. WolcottWashington State University

Wood materials and engineering laboratory

23 novembre 2010

INTRODUCTIONNouveau produit composite (1995+)

Plastique (thermoplastique) mélangé avec des petites particules de bois

Fondre le plastique, ajoute le bois, mélange, mise en forme

Procédé de formation plasturgiques (extrusion, moulage par injection, etc.)

A tAvantages (par rapport au bois massif)Pas d’entretientRésistance et stabilité dimensionnelle en conditions humidesFormabilité (procédé plasturgiques)Pas besoin de revêtement (peinture, verni, etc.)Pas de défautPas de défaut

Désavantages (par rapport au bois massif)CoûtNon structural (faibles propriétés mécaniques spécifiques)Impact environnementalApparence trop uniforme (pas de défaut)

A tAvantages (par rapport au plastique)Valorise le boisRessource renouvelableImpact environnementalCoût (agent de remplissage)Apparence chaleureuseApparence chaleureusePropriétés mécaniques

Désavantages ( t l ti )Désavantages (par rapport au plastique)Nature biologique du boisCompatibilité entre le bois et le plastiquePropriétés mécaniques et physiques

Marché (Amérique du Nord)

Production 1 000 000 tonnes en 2009Production 1 000 000 tonnes en 2009

Deux mille milliards (billions) de ventes en 2009

Progression marqué des ventes depuis 2004 malgré la crise g q p géconomique et forestière

Ventes poussées en 2004 par la règlementation sévère sur les préservatifs à l’arsenic (bois traité vert) au Canada et au É.U.p ( )

Applications niches : meubles de jardins, patios, terrasses, clôture, cadres de fenêtres, autres.

Utilisation varie selon le paysUtilisation varie selon le pays

(source : www.wpcdecking.com.au)

Place de la citoyennetéPlace de la citoyenneté (rue Perrault)

Plastique (100% recyclé) et métaux

…pas de bois

(rue Larivière)

Ré id d l’UQATRésidences de l’UQAT(boul. de l’Université)

Plastique (100% recyclé)Plastique (100% recyclé) et métaux

…pas de bois…pas de bois

ÉÉPROBLÉMATIQUEPROBLÉMATIQUELa longueur des fibres joue un rôle important dans les

produits à base de fibres de bois (papier, panneaux de fibres)produits à base de fibres de bois (papier, panneaux de fibres)

L’industrie Nord-Américaine utilise la farine de bois. Des fib l i d’ l ié éfibres longues permettraient d’augmenter les propriétés

mécaniques des CBP

(source : www.wpcdecking.com.au)

HYPOTHÈSEFibres longuesFarine de bois

Capacité de transfert de charge = renfort !

Concentration de contrainte !

(source : Inconnue)

OBJECTIFComprendre le rôle de la longueur des fibres dans le développement des propriétés desdans le développement des propriétés des

composites bois-plastique (CBP)

MATÉRIEL ET MÉTHODESPréparation des fibres

3 classes de longueur de fibres

Fabrication des CBP

40% de fibres et 60% plastique

Extrusion

Moulage par injection

Caractérisation des CBP

Fibres de pâte à papier 16blanchies de bouleau blanc (Temcell, Tembec)

Trois classes de longueur 12

Longue (0.481 mm)

Moyenne (0.304 mm)

Courte (0.196 mm)

ce (%

)

obtenues par broyage et tamisage

Distributions de longueur é à ’ Q

4

8

Fréq

uenc

mesurées à l’AQF00,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Longueur (mm)

ClasseLongueur Diamètre L/D

mm µm ratio

Longue 0,481 22,6 21,3

Moyenne 0,304 23,4 13,0

Courte 0,196 23,7 8,3

FABRICATION DES ÉCHANTILLONSFABRICATION DES ÉCHANTILLONS

Fibres de boisP ti i t t 40% d b i (b h d )Proportion massique constante : 40% de bois (base anhydre)

Matrice de plastiquePEHD densité solide de 952 Kg/m2PEHD, densité solide de 952 Kg/m2

Additifs (adjuvants)2% d’agent coupleur, polyéthylène maléaté2% d agent coupleur, polyéthylène maléaté2% de lubrifiant, formulation commerciale, OPTIPAK OP-100

Deux procédés de formation communsExtrusion Moulage par injection

EXTRUSIONEXTRUSION

MOULAGE PAR INJECTIONMOULAGE PAR INJECTION

RÉSULTATSPROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES CBP

8

10 Longue

Moyenne(%)

10

12

e (%

) ExtrusionInjection

4

6

8Courte

mas

siqu

e

6

8

volu

miq

ue0

2

4

Abs

orpt

ion

2

4

onfle

men

t 0

0 500 1000 1500 2000 2500

Temps en immersion (heures)

A 00 500 1000 1500 2000 2500

Go

Temps en immersion (heures)

PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES CBPPROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES CBP

60 30FLEXION TRACTION

40

60

(Mpa

)

20

30

(Mpa

)

20 LongueMoyenne

Con

trai

nte

(

10

Con

trai

nte

Extrusion

00 1 2 3 4 5

Déformation (%)

yCourte

C

00 1 2 3

CDéformation (%)

Injection

Déformation (%) Déformation (%)

RIGIDITÉ RÉSISTANCE4,0

)

40

3,0

3,5

icité

(Mpa

)

30

35

ture

(Mpa

)

2,0

2,5

ule

d'él

ast

Extrusion 20

25

ule

de ru

p

Extrusion

1,0

1,5

0 5 10 15 20 25

Mod

ExtrusionInjection

15

20

0 5 10 15 20 25M

od

ExtrusionInjection

Ratio longueur/diamètre des fibres Ratio longueur/diamètre des fibres

MICROSTRUCTUREMICROSTRUCTURE(microscope électronique à balayage)

Direction principale de l’écoulement dans le moule

Direction d’extrusion

MOULAGE PAR INJECTION EXTRUSION

1 6

1.8nc

e en

Pin/feuilliu-Injection-PP (1)

Divers-Thermoconsolidation-PP (2)

Tremble-Injection-PS (3)

Bouleau Injection/Extrusion PEHD (4)

1.4

1.6

a ré

sist

ande

s C

BP Bouleau-Injection/Extrusion-PEHD (4)

1.2

atio

n de

latr

actio

n

(1) Stark et Rowlands (2003) (2) Lee et al. (2001)(3) S h i l (1988)

1.0Varia

(3) Sanschagrin et al. (1988)(4) Présente étude

0.80 10 20 30 40 50

Ratio longueur/diamètre des fibres de boisRatio longueur/diamètre des fibres de bois

CONCLUSIONSIMPLICATIONS DE LA LONGUEUR DES FIBRES ET DU PROCÉDÉ

DE FORMATION SUR LES PROPRIÉTÉS DES PRODUITS CBP

L’absorption d’eau et le gonflement augmentent avec la longueur des fibres

Les propriétés mécaniques sont positivement influencées par la longueur des fibres

Les CBP moulés par injection ont de meilleures propriétés physiques etLes CBP moulés par injection ont de meilleures propriétés physiques et mécaniques que les CBP extrudés

Débouchés potentielles pour les fibres papetières

Ces travaux pourraient être réalisés au nouveau Laboratoire de biomatériaux de l’UQAT à La Sarre

REMERCIEMENTSPour la formation, le support technique et matériel

UQATUQATUQACSEREXWSU, WMEL,Joël Soucy

Pour le financementCRSNGCRSNGChaires du CanadaMDEIECaisses populaires Desjardins, Abitibi-Ouest

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