Brevet FR2471274A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne un nouveau matériau composite à base de bois et de matière thermoplastique et un procédé de prépara- tion dudit matériau. On a cherché fréquemment à utiliser les propriétés du bois pour la fabrication de matériaux composites présentant une rigidité suffisante, une densité relativement faible et des prix bas. Les procédésconnus consistent à utiliser des fibres de bois que l'on agglomère à l'aide d'une colle plas- tique thermodurcissable avec chauffage et pressage convenables. On a également préconisé par ailleurs d'utiliser de la farine de bois comme charge dans les matières plastiques. Cependant on n'a jamais décrit l'utilisa- tion de particules de bois en forme de fibres. particules présentant pourtant des propriétés parti- culièrement intéressantes, comme charge renforçante dans les matières thermoplastiques. Il se trouve en effet que lorsque l'on essaye de réaliser des complexes bois-matériau thermoplastique au moyen des techniques connues de transformation des matières thermoplastiques techniques telles que l'injection et l'extrusion - on se heurte aux difficultés suivan- tes: - enchevêtrement des fibres, - détérioration des propriétés des fibres par oxyda- tion à chaud. - mouillabilité insuffisante des fibres. La présente invention vise à surmonter ces diverses difficultés en vue de l'obtention d'un matériau composite relativement allégé composé essen- tiellement de particules de bois en forme de fibres 2 4 7 12 7 4 et de matière thermoplastique. Il a été trouvé tout d'abord que les particules de bois en forme de fibres devaient avoir certaines dimensions à savoir un diamètre moyen (lesdites particules étant en première appro- ximation assimilées à de petits cylindres) compris entre environ Jl et environ 1 mm et une longueur au plus égale à 10 fois le diamètre. Ces particu- les peuvent être considérées comme de courtes fibres du bois. Il a été trouvé ensuite que les conditions opératoires à utiliser pour réaliser le mélange des fibres et de la matière thermoplastique et la mise en forme du composé obtenu doivent être telles que la destruction par oxydation des particules de bois fibreuses ne soit pas réalisée. Cela nécessite un contrôle de l'oxygène dans l'appareil o est réalisé le mélangespar exemple l'appareil d'injection). Bien évidem- ment le contrôle de cet oxygène doit être d'autant plus important que la température à laquelle est réalisée le mélange et l'injection (formation de la pièce) est plus élevée. Lorsque les matériaux ther- moplastiques utilisés peuvent être injectés à 220'C par exemple une élimination sommaire de l'oxygène suffit par contre lorsque les matériaux thermoplas- tiques utilisés doivent être injectés à des tempé- ratures de 280 à 290'C l'élimination de l'oxygène doit être aussi complète que possible. Il a éte troueié ensuite que la teneur en eau du bois doit être soigneusement contrôlée. En effet lors du mélange du bois et du matériau thermoplasti- que l'eau présente dans le bois se dégage sous forme de vapeur. Ce dégagement est techniquement important car il conduit à un matériau allégé par rapport au matériau thermoplastique seul, mais il ne doit pas - - 2471274 être trop important de façon à donner naissance à des produits finis présentant des propriétés mécaniques convenables. La-teneur en eau du bois doit être comprise entre environ 3 et environ 10% en poids. Enfin on a déterminé que dans la pratique les meilleurs matériaux composites étaient obtenus en utilisant de 15 à 50 % en poids de bois par rapport au matériau final (bois plus thermoplastique) La présente invention concerne donc un matériau composite formé de bois dispersé dans un matériau thermoplastique formant matrice, caracté- risé en ce que - le bois est présent dans ledit matériau à raison de 15 à 50 % en poids, par rapport au matériau final,. sous forme de particules fibreuses de diamètre moyen compris entre environ 0,1 et envi- ron 1 mm et de longueur égale à au plus 10 fois ledit diamètre, - et le matériau final a une masse volumique qui est de 10 à 20 % inférieure à la masse volumique du matériau thermoplastique formant matrice. Le matériau thermoplastique formant matrice peut être un polymère thermoplastique quel- conque et notamment le polyéthylène haute ou basse densité, le polypropylène, le polystyrène et les copolymères thermoplastiques. Ce matériau thermo- plastique peut bien évidemment comporter des charges et additifs connus et utilisés habituellement dans ces matériaux; il peut également comporter une faible proportion d'un élastomère destiné à améliorer la résistance au choc du produit fini. 2 4 7 12 7 4 Les particules de bois peuvent éventuel- lement avoir été enrobées, avant mélange avec le ma- tériau thermoplastique, à l'aide d'un matériau d'en- robage telle qu'une cire (cire de polyéthylène par exemple) ou un silicate ou un carbonate de calcium. Cette technique du préenrobage est utilisée notamment pour permettre un meilleur contrôle de l'humidité du bois lors de son utilisation et pour empêcher les reprises d'humidité sur l'objet final. Le procédé selon l'invention est essentiel- lement caractérisé en ce que l'on réalise le mélange des quantités convenables de particules de bois en forme de fibres ayant un taux d'humidité contrôlé et du matériau thermoplastique en effectuant la fusion, dudit matériau plastique, ledit mélange étant effec- tué en atmosphère contrôlée en oxygène puis l'on met en forme, par injection, extrusion ou compression de mélange ainsi réalisé. Bien évidemment les additifs, charges ou élastomères que le matériau thermoplastique peut con- tenir peuvent être ajoutés au moment de la réalisa- tion du mélange dudit matériau thermoplastique avec les particules de bois ou peuvent être mélangés au préalable avec ledit matériau thermoplastique. Le matériau thermoplastique est utilisé, comme connu, sous forme de grains, granulés... Il est souvent souhaitable d'utiliser le matériau thermoplastique sous forme de billes dont le diamètre est du même ordre de grandeur que le diamètre moyen des particu- les de bois. Lorsque les particules de bois sont en- robées comme décrit ci-dessus ledit enrobage est avan- tageusement effectué avant le mélange desdites par- ticules avec le matériau thermoplastique. 247 1274 Le contr8le de l'oxygène s'effectue généralement de façon très simple en balayant à l'aide d'un courant de gaz inerte la trémie par laquelle on admet, dans l'appareil o s'effectue le mélange du bois et du matériau thermoplastique, les ingrédients du mélange. L'exemple non limitatif suivant illustre l'invention. On a utilisé comme bois des fibres de hêtre obtenues mécaniquement par défibrillation. Les fibres obtenues sont triées de façon à éliminer les fines particules (présentant un "diamètre" inféra rieur à 0,1 mm). Les fibres restantes ont toutes un diamètre compris entre environ 0,1 et Imm-et une longueur inférieure à 10 mm. Ces fibres sont séchées jusqu'à obtention d'une teneur en eau de l'ordre de.7%. Les fibres sont mélangées dans un mélangeur interne avec de la poudre de cire de polyéthylène de façon à enrober lesdites fibres. On ajoute ensuite dans le même mélangeur des billes de polyéthylène de grade 15 et on mélange l'ensemble. Le mélange ainsi obtenu est versé dans la trémie d'un appareil d'injection avec vis; puis l'atmos- phère de la trémie est balayée par un courant d'azote. L'appreil d'injection est mis en marche(en réalité il s'agit d'un essai continu) et le matériau, après fusion et homogénéisation par la vis, est injecté dans un moule convenable. On a réalisé ainsi des plaques, des pièces en forme pour automobile, etc... REVENDICATIONS 1. Matériau composite nouveau formé de bois dispersé dans un matériau thermoplastique for- mant matrice, caractérisé en ce que: - le bois est présent dans le dit matériau à raison de 15 à 50 % en poids, par rapport au matériau final sous forme de particules fibreu- ses de diamètre moyen compris entre environ 0, et environ 1 mm et de longueur égale à au plus 10 fois ledit diamètre, - et le matériau final a une masse voluminique qui est de 10 à 20 % inférieure à la masse volumique du matériau thermoplastique formant matrice. - 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique formant matrice comporte des additifs tels que des charges, des élastomères. 3. Matériau selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un matériau d'enrobage comme une cire, un silicate ou un carbonate de calcium ayant servi à l'enrobage des particules de bois utilisées. 4. Procédé pour la réalisation d'un matériau composite selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on mélange lesdites particules de bois ayant un taux d'humidité compris entre 3 et 10 % en poids avec le matériau thermoplas- tique fondu, ledit mélange étant effectué en atmos- phère contrôlée en oxygène. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites particules de bois ont été au préalable enrobées à l'aide d'un matériau d'enrobage tel qu'une cire, un silicate ou un carbo- nate de calcium. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit mélange est réali- sé à l'aide d'une vis d'une machine d'injection ou d'extrusion alimentée à partir d'une trémie dont l'atmosphère est balayée par un courant de gaz iner- te et que l'on injecte ledit mélange dans un moule convenable.