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

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I. Présentation des matériaux composites PVC/bois Fibre Contrainte maximale en traction (MPa) Références Bois 80-200 [29] Lin 343-1035 600-2000 [33, 53, 54] [55] Chanvre 580-1110 [33, 53, 54] Coton 287-597 [33, 53, 54] Abaca 980 [33, 53, 54] Kénaf 295-930 [33, 53, 54] Sisal 507-855 [33, 53, 54] Tableau I.4. Contrainte maximale en traction de fibres végétales. Dans le cas des WPC, le renfort principalement utilisé est la farine ou les fibres de bois. Or, le facteur de forme de tels renforts varie respectivement entre 1-5 et 10-20[56]. Un simple calcul permet de montrer qu’en conséquence, le renfort ne peut remplir pleinement son rôle dans la plupart des cas. Par exemple, pour le peuplier, avec une contrainte à la rupture en traction comprise entre 80 et 160 MPa, dans une matrice PVC, le facteur de forme critique est compris entre 20 et 35. Plus généralement, comme l’influence du facteur de forme sur les propriétés mécaniques est très souvent fonction de la granulométrie des fibres, il est difficile de les faire varier indépendamment. Il est souvent d’usage de penser que plus la granulométrie des fibres sera fine, mieux les fibres seront dispersées au sein de la matrice. Or, la diminution de la granulométrie s’accompagne souvent d’une augmentation du facteur de forme des fibres, il devient alors difficile de savoir quel facteur influence majoritairement les propriétés mécaniques du matériau. Les études effectuées sur l’influence de la granulométrie sur les propriétés mécaniques des WPC (y compris matrices thermodurcissables) n’aboutissent pas aux mêmes conclusions. Aucune ligne directrice générale ne s’en dégage (Tableau I.5). Il semble que chaque système matrice/fibre soit un cas particulier et qu’il convient de l’étudier comme tel si l’on souhaite optimiser le choix du renfort. 40
I. Présentation des matériaux composites PVC/bois Matrice PVC PVC PP PP PP Renfort végétal Fibres de bambou Fibres de pin Divers Copeaux de bois Fibres de bois Fibres de bois Fibres de bois Granulométrie / Facteur de forme (FF) 90 et 125 µm 250 et 400 µm FF(250 µm) = 11,9 FF(400 µm) = 17,7 150-500 µm 4-25 mm 75, 105, 125, 150, 175, 250, 400 et 840 µm 65, 130, 215 et 515 µm FF compris entre 3,35 et 4,53. FF plus élevés pour 150-180 µm PP Fibres de bois 75 à 250-595 µm PP, PE Divers 150, 205 et 355 µm PP, PE recyclés HDPE Epoxy Résol Divers 150, 250 et 400 µm Fibres de bois Copeaux de bois Chanvre Sisal 1,18 mm 10-90 µm, 10-30 µm et 10 µm FF compris entre 1 et 230 Remarques dur les propriétés mécaniques E, σ m (traction) supérieurs avec fibres de 125 µm que 90 µm Pas d’influence ni de la granulométrie, ni du facteur de forme Réf. [57] [58] Pas de différence [59] E, σ m (traction, flexion) maximum avec fibres de 250 µm Pas d’influence du facteur de forme Influence prépondérante du facteur de forme par rapport à la granulométrie. L’influence augmente avec le taux renfort σ m (traction) maximum avec fibres de 100-150 µm E(traction) augmente quand granulométrie diminue Aucune tendance claire sauf avec PE : E, σ m (traction, flexion) maximum avec fibres de 205 µm σ m (traction) augmente quand granulométrie diminue σ m (traction) augmente quand taux renfort augmente E(traction) augmente quand granulométrie augmente E(traction) augmente quand taux renfort augmente REMARQUE : Evolution moins marquée pour composites PP recyclé E, σ m (traction) supérieurs avec grosses particules (>1,18 mm) E, σ m (traction) supérieurs à fort taux renfort (>60%) REMARQUE : Utilisation d’un liant thermodurcissable (thermopressage) E, σ m (traction, flexion) augmentent quand granulométrie diminue E, σ m (flexion) maximum avec FF=100-150 (longueur des fibres = 24 mm) Tableau I.5. Influence de la granulométrie et du facteur de forme des fibres sur les propriétés mécaniques des WPC. E : module élastique ; σ m : contrainte maximale. [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] I.5.2. Taux de renfort et dispersion des fibres Comme il a déjà été mentionné, l’ajout de fibres végétales au sein d’une matrice présente plusieurs intérêts : - économique : les fibres sont généralement peu chères par rapport à d’autres renforts ou charges[1], - mécanique : dans un système optimal, les fibres augmentent la rigidité et la contrainte maximale du matériau, - physique : le matériau composite est souvent plus léger, - technologique : l’usure des machines de mise en forme est réduite, - écologique : la substitution d’une partie de la matrice d’origine pétrochimique, ou celle de renforts ou de charges d’origine minérale ou organique par des fibres d’origine végétale permet de diminuer l’empreinte écologique du matériau. 41
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