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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
? QUESTIONS ?