A. Chaala. K. Englund and M.P. Wolcott

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Aline Dumouchel
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1 COMPOSITES BOIS-PLASTIQUE S. Migneault, A. Koubaa, F. Erchiqui, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue A. Chaala Service de recherche et d expertise en transformation des produits forestiers (SEREX) K. Englund and M.P. Wolcott Washington State University Wood materials and engineering laboratory 23 novembre 2010

Chaala Service de recherche et d expertise en transformation des produits

2 INTRODUCTION Nouveau 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.)

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

3 Avantages (par rapport au bois massif) Pas d entretient Résistance et stabilité dimensionnelle en conditions humides Formabilité (procédé plasturgiques) Pas besoin de revêtement (peinture, verni, etc.) Pas de défaut Désavantages (par rapport au bois massif) Coût Non structural (faibles propriétés mécaniques spécifiques) Impact environnemental Apparence trop uniforme (pas de défaut)

4 Avantages (par rapport au plastique) Valorise le bois Ressource renouvelable Impact environnemental Coût (agent de remplissage) Apparence chaleureuse Propriétés mécaniques Désavantages (par rapport au plastique) Nature biologique du bois Compatibilité entre le bois et le plastique Propriétés mécaniques et physiques

Propriétés mécaniques Désavantages (par rapport au plastique) Nature

5 Marché (Amérique du Nord) Production tonnes en 2009 Deux mille milliards (billions) de ventes en 2009 Progression marqué des ventes depuis 2004 malgré la crise économique 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. Applications niches : meubles de jardins, patios, terrasses, clôture, cadres de fenêtres, autres. Utilisation varie selon le pays

la règlementation sévère sur les préservatifs à l arsenic (bois traité vert) au Canada et au É.U.

7 (source :

8 Placedelacitoyenneté citoyenneté (rue Perrault) Plastique (100% recyclé) et métaux pas de bois (rue Larivière)

9 Résidences de l UQAT (boul. de l Université) Plastique (100% recyclé) et métaux pas de bois

10 PROBLÉMATIQUE La longueur des fibres joue un rôle important dans les produits à base de fibres de bois (papier, panneaux de fibres) L industrie Nord-Américaine utilise la farine de bois. Des fibres longues permettraient d augmenter les propriétés é mécaniques des CBP (source :

Nord-Américaine utilise la farine de bois.

11 HYPOTHÈSE Farine de bois Fibres longues Concentration de contrainte! Capacité de transfert de charge = renfort! (source : Inconnue)

12 OBJECTIF Comprendre le rôle de la longueur des fibres dans le développement des propriétés des composites bois-plastique (CBP)

13 MATÉRIEL ET MÉTHODES Préparation des fibres 3 classes de longueur de fibres Fabrication des CBP 40% de fibres et 60% plastique Extrusion Moulage par injection Caractérisation des CBP

14 Fréquenc ce (%) Longue (0.481 mm) Moyenne (0.304 mm) Courte (0.196 mm) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Longueur (mm) Fibres de pâte à papier blanchies de bouleau blanc (Temcell, Tembec) Trois classes de longueur obtenues par broyage et tamisage Distributions de longueur mesurées à l AQF Classe Longueur 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

(Temcell, Tembec) Trois classes de longueur obtenues par broyage et tamisage Distributions de

15 FABRICATION DES ÉCHANTILLONS Fibres de bois Proportion massique constante t : 40% de bois (base anhydre) Matrice de plastique PEHD, densité solide de 952 Kg/m 2 Additifs (adjuvants) 2% d agent coupleur, polyéthylène maléaté 2% de lubrifiant, formulation commerciale, OPTIPAK OP-100 Deux procédés de formation communs Extrusion Moulage par injection

(adjuvants) 2% d agent coupleur, polyéthylène maléaté 2% de lubrifiant, formulation

17 EXTRUSION

18 MOULAGE PAR INJECTION

19 RÉSULTATS PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES CBP massique (%) Absorption Longue Moyenne Courte volumique (%) Go onflement Extrusion Injection Temps en immersion (heures) Temps en immersion (heures)

volumique (%) Go onflement 12 10 8 6 4 2 0 Extrusion Injection 0

20 PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES CBP FLEXION TRACTION Contrainte (Mpa) Longue Moyenne Courte Contrainte (Mpa) Extrusion Injection Déformation (%) Déformation (%)

Courte 0 0 1 2 3 4 5 Contrainte (Mpa) 20 10

21 RIGIDITÉ RÉSISTANCE 4,0 40 icité (Mpa) 3,5 3,0 ture (Mpa) Mod ule d'élast 2,5 2,0 1,5 ule de rup 25 Extrusion 20 Injection Mod Extrusion Injection 1, Ratio longueur/diamètre des fibres Ratio longueur/diamètre des fibres

22 MICROSTRUCTURE (microscope électronique à balayage) Direction principale de l écoulement dans le moule Direction d extrusion MOULAGE PAR INJECTION EXTRUSION

23 Varia ation de la résistan nce en traction des CBP Pin/feuilliu-Injection-PP (1) Divers-Thermoconsolidation-PP (2) Tremble-Injection-PS (3) Bouleau-Injection/Extrusion-PEHD (4) (1) Stark et Rowlands (2003) (2) Lee et al. (2001) (3) Sanschagrin et al. (1988) (4) Présente étude Ratio longueur/diamètre des fibres de bois

24 CONCLUSIONS IMPLICATIONS 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 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

25 REMERCIEMENTS Pour la formation, le support technique et matériel UQAT UQAC SEREX WSU, WMEL Joël Soucy Pour le financement CRSNG Chaires du Canada MDEIE Caisses populaires Desjardins, Abitibi-Ouest? QUESTIONS?

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