Etude de l'Ã©laboration de matÃ©riaux composites PVC/bois Ã partir de ...

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III. Etude du vieillissement climatique des composites PVC/bois On remarque que même si la concentration en extractibles à l’eau est nettement supérieure pour le curupixa que pour l’eucalyptus, la concentration en polyphénols totaux, dont l’acide gallique, est en revanche trois fois supérieure pour l’eucalyptus. Cette forte différence pourrait expliquer les meilleures propriétés mécaniques des composites renforcés par les fibres d’eucalyptus même si aucun signe macroscopique (diminution de la température de transition vitreuse du matériau) n’a permis de mettre en évidence la présence d’acide gallique dans les composites renforcés par l’eucalyptus. III.3. Conclusion Ainsi, la durabilité des composites PVC/bois vis-à-vis des conditions extérieures peut être nettement améliorée par l’incorporation de certains additifs supplémentaires dans la formulation du matériau. En ce qui concerne, l’aspect de surface, le noir de carbone est un excellent écran qui permet d’obtenir une variation de couleur avant et après vieillissement inférieure à 2%. Toutefois, il donne une couleur noire au matériau qui n’est pas souhaité pour les produits extérieurs. Il peut être remplacé par le dioxyde de titane qui ralentit la dégradation mais ne la stoppe pas : ΔE = 9,6%. La variation de couleur après vieillissement est certes de moitié inférieure à celle du matériau non protégé mais quand même trois fois supérieure à celle du matériau stabilisé par le noir de carbone. L’ajout d’acide gallique à hauteur de 1,3% dans la formulation du matériau a permis d’augmenter très nettement les propriétés mécaniques du composite avant vieillissement climatique accéléré et de les maintenir bonnes par rapport à celles de la matrice polymère. Après 1500 h de vieillissement, la valeur du module élastique est de 4,2 GPa contre 2,6 GPa pour la matrice et de 60,9 MPa contre 69,3 MPa pour la contrainte maximale. Une formulation possédant déjà des propriétés mécaniques optimales avant vieillissement sera moins enclin à absorber de l’eau, principal facteur de dégradation mécanique, grâce à une bonne adhésion fibre/matrice et donc à maintenir stables ces propriétés au cours du vieillissement. Une étude plus précise sur la compréhension du mécanisme d’action de ce polyphénol a montré qu’il est plus efficace sur les composites renforcés par les fibres de résineux que de cellulose. L’addition de 40% de fibres de résineux dans la matrice PVC double le module élastique mais la contrainte maximale chute de 25% à cause d’une mauvaise adhésion à 152
III. Etude du vieillissement climatique des composites PVC/bois l’interface fibre/matrice. L’ajout d’acide gallique permet d’augmenter encore de 10% environ la valeur du module élastique pour atteindre 6,3 GPa, et de plus de 40% celle de la contrainte maximale pour atteindre une valeur légèrement plus élevée que celle du matériau non chargé soit 79,4 MPa. L’amélioration de la qualité de l’adhésion fibre/matrice suite à l’ajout d’acide gallique explique ces résultats. Ainsi, il demeure l’agent de liaison le plus efficace qui n’ait encore jamais été trouvé pour les composites PVC/bois. D’après le Tableau III.15 on remarque que, même si la concentration d’acide gallique n’a pas été optimisée, les résultats obtenus sont déjà très prometteurs. Réf. Traitement PVC non chargé Composite sans traitement Composite traité Module élastique (GPa) Contrainte maximale (MPa) Module élastique (GPa) Contrainte maximale (MPa) Module élastique (GPa) Contrainte maximale (MPa) Augier Acide gallique 3,0 73,3 5,9 55,6 6,3 79,4 Augier Amino-silane 2,7 66 5,3 62 5,9 80 Shah[36] Chitine 2,2 56 3,2 45 3,6 54 Jiang[37] Solution de cuivre éthanolamine 3,1 89 4,7 63 5,0 72 Tableau III.15. Comparaison des propriétés mécaniques des composites développés dans cette étude avec celles des composites PVC/fibres de bois de composition similaire (40% de renfort) disponibles dans la littérature. Il ne nous a pas été possible de mettre en évidence la réactivité de l’acide gallique avec la lignine ou les hémicelluloses des fibres. Une étude complémentaire pourrait également consister à optimiser la concentration en acide gallique ou à étudier l’influence d’autres polyphénols sur les propriétés mécaniques des composites PVC/bois. III.4. Références 1. Matuana L.M., Kamdem D.P. Accelerated ultraviolet weathering of PVC/wood-flour composites. Polymer Engineering and Science 42(8):1657-1666 (2002). 2. Matuana L.M., Kamdem D.P., Zhang J. Photoaging and stabilization of rigid PVC/wood fiber composites. Journal of Applied Polymer Science 80(11):1943-1950 (2001). 3. Bledzki A.K., Gassan J., Theis S. Wood-filled thermoplastic composites. Mechanics of Composite Materials (Translation of Mekhanika Kompozitnykh Materialov (Zinatne)) 34(6):563-568 (1999). 4. Chetanachan W., Sookkho D., Sutthitavil W., Chantasatrasamy N., Sinsermsuksakul R. PVC wood: a new look in construction. Journal of Vinyl & Additive Technology 7(3):134-137 (2001). 5. Douglas P., Murphy W.R., McNally G., Billham M. The effect of weathering on wood-polymer composites. Annual Technical Conference - Society of Plastics Engineers 61(2):2029-2033 (2003). 153
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