Influence de la proportion des composantes et de la taille des particules sur les propriétés thermiques de composites bois/polymères thermoplastiques Alireza Kaboorani et Alain Cloutier Centre de recherche sur le bois, Université Laval Michael P. Wolcott WMEL, Washington State University 75ème Congrès de l’Association francophone pour le savoir (ACFAS) Université du Québec à Trois-Rivières Mardi 8 mai 2007

Plan de présentation Introduction et problématique Matériel et méthodes Résultats et discussion Conclusions

Introduction et problématique Le bois tend à remplacer les produits de remplissage inorganiques dans les composites plastiques. Certains avantages: faible coût biodégradables renouvelables présentent peu de danger pour l’environnement.

Introduction et problématique Il possède trois inconvénients majeurs : Incompatibilité implicite avec le thermoplastique non polaire; Propriétés hydrophiles; Faible stabilité thermique.

Introduction et problématique L’incompatibilité implicite a été supprimée en introduisant des agents de couplage; Les propriétés hydrophiles du bois font en sorte que les composites bois/thermoplastique sont instables vis à vis des changements d’humidité;

Introduction et problématique La faible stabilité thermique du bois ou des fibres naturelles pose problème; Toutes les études démontrent que l’ajout des fibres naturelles aux composites thermoplastiques réduit la stabilité thermique du système global;

Introduction et problématique La stabilité thermique des matériaux est un paramètre très important; Les matériaux qui ont une stabilité thermique élevée peuvent conserver leur intégrité mécanique lorsqu’ils sont exposés à de hautes températures; Important pour les procédés de fabrication, l’usinage et certaines applications;

Introduction et problématique Quelques études ont traité de la stabilité thermique des composites fibres naturelles /thermoplastiques; Aucune ne s’est penchée sur les effets des formulations sur la stabilité thermique ;

Objectif Évaluation des propriétés thermiques des composites de polyéthylène à haute densité (HDPE) de différentes compositions.

Matériel et méthodes Matériel: Polymère:Polyéthylène haute densité (HDPE), Petrothene® LB Bois: Farine de bois d’érable Agent de couplage: Polypropylène- maléique anhydride copolymère (MAPP), A-C® 950P

Matériel et méthodes Plan expérimental Bois: 45, 55 et 65% massique; Agent de couplage: 0, 1.5 et 3% massique; Taille des particules: 20, 40 et 80 mesh

Matériel et méthodes Combinaisons et traitements Différentes quantités de bois, HDPE et MAPP ont été mélangées dans le bidon selon le plan expérimental; Le procédé d’extrusion a été exécuté dans une extrudeuse à doubles hélices coniques de 55 mm à rotation inverse (Cincinnati Milacron, Batavia, OH, USA);

Matériel et méthodes Analyses thermogravimétrique (TG) Analyseur thermogravimétrique (Mettler Toledo TGA/SDTA 851e) – 13 à 15 mg de composite; – températures allant de 25 ° C à 700°C; – gradient de température de 10°C/min;

Résultats et discussion Les courbes dM/dT obtenues par dérivation des données {perte de masse/température} sont illustrées pour quelques formulations; Les courbes dM/dT montrent la vitesse de perte de masse durant les tests de stabilité thermique;

Résultats et discussion Figure1. Effets de la teneur en bois sur la stabilité thermique Formulation no.22: 45% bois, formulation no.23: 55% bois, formulation no.24: 65% bois

Résultats et discussion Figure 2: Effets de l’agent de couplage sur la stabilité thermique ( courbes de dérivation, dM/dT ) Formulation no.21: MAPP=0%, formulation no.24: MAPP=1.5% et formulation no.27`: MAPP=3%

Résultats et discussion Figure 3: Effets adverses du MAPP sur la stabilité thermique (courbes de dérivation, dM/dT ) Formulation no.12 : MAPP=0%, formulation no.15: MAPP=1.5% et formulation no.18: MAPP=3%

Figure 4: Effets de la granulométrie sur la stabilité thermique Formulation no.1: 20 mesh, formulation no.10: 40 mesh and formulation no. 19: 80 mesh Résultats et discussion

Figure5: Stabilité thermique des formulations no.3, no.18 et no.27 Formulation no.3: bois:65% et MAPP:0% ;formulation no.18: bois:65% et MAPP:3%;formulation no.27: bois:65% et MAPP:3% Résultats et discussion

Conclusions Les compositions des composites bois/thermoplastiques ont considérablement influencé leur stabilité thermique; La teneur en bois a affecté la stabilité thermique des composites bois/thermoplastiques; L’agent de couplage et la taille des particules ont eu un impact moins prononcé sur la stabilité thermique que la teneur en bois;

Conclusions La formulation no.3 a démontré une meilleure stabilité thermique pour une gamme de températures en-dessous de la température de dégradation de la lignine. – à cause de la formation de charbon en absence de MAPP. Les composites possédant des particules très fines ont démontrés une meilleure stabilité thermique puisqu’elles sont plus de chance d’être piégées dans la matrice polymère. – quel que soit la teneur en MAPP et en bois

Merci beaucoup Thank you very much Muchas Gracias