Brevet FR2658201A1 — publié le 19910816

La présente invention concerne un nouveau matériau composite à matrice thermoplastique, son procédé de fabrication et son utilisation. Les matériaux composites constitués de polymères auxquels on a incorporé diverses charges de nature différente sont largement connus. Leur utilisation se développe sans cesse étant donné les propriétés intéressantes qu'ils offrent, grâce auxquelles ils remplacent de plus en plus des matériaux traditionnels, tels que le métal Les charges incorporées dans de tels matériaux sont en particulier des charges fibreuses Les matières utilisées pour ces fibres sont le plus souvent des matières polymères de nature différente ou des matières minérales telles que verre ou carbone. Par ailleurs le problème de l'évacuation des déchets de type polymères est souvent difficile à résoudre, notamment dans le cas des matières polymères halogénées, et, en tout état de cause, représente à la fois une charge financière pour l'industriel qui a à évacuer de tels déchets, et également une nuisance pour l'environnement, dont la maîtrise est rarement assurée de façon satisfaisante. Un certain nombre de techniques ont été mises au point pour la valorisation de tels déchets, notamment ceux à base de matières thermoplastiques Il existe ainsi un procédé appelé plast-densification qui permet d'obtenir à partir de déchets de production de matières thermoplastiques, des granulés qui peuvent être ensuite transformés en produits finis. La demanderesse a maintenant découvert qu'il était possible d'obtenir un matériau composite présentant des caractéristiques d'utilisation intéressantes en incorporant dans une matière polymère thermoplastique des fibres d'origine animale non totalement dégraissées, en particulier des fibres de laine, et que ce produit ainsi mis au point pouvait provenir aussi bien de matières premières "nobles" que de matières de récupération. L'invention concerne donc un nouveau matériau composite à matrice thermoplastique et charge fibreuse caractérisé en ce que la charge fibreuse contient des fibres d'origine animale non totalement dégraissées et plus particulièrement des fibres de laine. Le polymère utilisé pour la fabrication d'un tel composite est choisi parmi les polyoléfines telles que le polyéthylène basse et haute densité et le polypropylène, le propylène, les polyesters, le chlorure de polyvinyle, les polyamides etc Les fibres d'origine animale sont en particulier des fibres de laine qui peuvent être longues ou courtes, en fonction des caractéristiques, notamment mécaniques, recherchées pour le produit et des impératifs de coût de fabrication. Comme indiqué ci-dessus les matières premières utilisées pour obtenir le matériau composite selon l'invention peuvent être des matières de récupération. Il est ainsi possible d'utiliser comme matière première polymère des emballages usagés, dont la mise en décharge est coûteuse et peu satisfaisante au niveau de l'environnement. Par ailleurs la demanderesse a constaté que l'on pouvait utiliser comme fibres de laine des déchets récupérés au cours du traitement que subit la laine brute pour donner une laine peignée, utilisable par les filateurs En effet dans les usines de peignage la laine brute est battue, ce qui permet de séparer les fibres, puis lavée et séchée. Après séchage elle est cardée, ce qui élimine les matières végétales qui étaient présentes dans les toisons et assure une certaine orientation des fibres parallèlement les unes aux autres Elle est enfin peignée, ce qui élimine le reste des matières végétales et sépare les fibres courtes. Au cours des opérations de cardage et de peignage des quantités importantes de déchets solides constitués de laine et de matières végétales et minérales (sable) sont collectées Actuellement ces déchets, qui représentent une quantité d'environ 40 tonnes par jour sur l'ensemble des installations de peignage en France, ne sont pas ou sont mal valorisés Ils sont en effet soit mis en décharge soit utilisés en agriculture comme engrais retard. La demanderesse a constaté qu'il était parfaitement possible d'utiliser ces déchets pour obtenir, notamment avec un polymère de type polyoléfine, un matériau composite présentant des caractéristiques intéressantes notamment d'isolation thermique et phonique, et qui peut par exemple être utilisé dans le domaine de l'emballage et du bâtiment. La matière thermoplastique utilisée pouvant, elle aussi, être un produit de récupération, la demanderesse a trouvé qu'il était particulièrement avantageux d'utiliser comme matière première les toiles qui emballent les ballots de laine brute et qui sont généralement en polyéthylène haute densité Il est également avantageux d'utiliser les toiles d'emballage de la laine peignée, généralement en polyéthylène basse densité L'utilisation de ces deux matières de récupération sur le site d'une installation de peignage permet d'optimiser le prix de revient du matériau composite dont les matières premières ne sont grevées par aucun coût de transport puisque les déchets de laine et les emballages de laine brute se trouvent sur le site et que les emballages de laine peignée peuvent être récupérés chez le filateur En plus une telle valorisation de ces emballages évite le coût de leur mise en décharge, qu'il s'agisse des toiles emballant la laine brute ou de celles emballant la laine peignée. Un mode de mise en oeuvre particulièrement intéressant de l'invention consiste donc à utiliser, pour la fabrication du matériau composite, les déchets de laine récupérés lors des opérations de cardage et de peignage conjointement avec les emballages usagés servant au transport de la laine brute et/ou de la laine peignée. Les déchets de laine utilisés selon l'invention ont approximativement la composition pondérale suivante: laine 60 à 70 % matières minérales (silice) 5 à 10 % humidité 5 % graisse animale (suint) 5 % matières végétales 15 à 20 % Ces déchets de laine sont incorporés au polymère thermoplastique en quantité inférieure ou égale à 60 % en poids environ Une quantité supérieure à cette limite donne un produit qui présente un aspect fortement cartonneux et est peu cohérent De préférence la quantité de déchets de laine sera comprise entre 40 et 60 % du poids du polymère. Lorsque l'on utilise des toiles d'emballage celles-ci sont déchiquetées avant d'être mélangées aux fibres ou aux déchets de laine. Le traitement du mélange polymère/fibres animales se fait de préférence dans une installation de plast- densification, telle qu'un plast-densificateur de la société Pallmann Maschinenfabrik Gmb H. Il est en effet important d'utiliser une installation permettant d'éviter les contraintes thermiques importantes qui pourraient notamment dégrader les fibres animales En ce qui concerne plus particulièrement les fibres de laine, il est souhaitable de ne pas dépasser une température de 2000 C. La technique de plast-densification qui permet de produire des granulés polymères par densification douce utilisant la chaleur produite par le frottement, est donc particulièrement bien adaptée. Selon cette technique, le mélange de polymère et de fibres est amené par une vis sans fin dans une chambre de densification. Le matériau, qui ne reste que quelques secondes dans la chambre de densification, est ensuite pressé à travers une matrice à perforations et coupé par des couteaux Le matériau passe ensuite dans un granulateur o il est broyé jusqu'à obtention de granulés réguliers ayant la taille requise. Les granulés de matériau composite obtenu peuvent être éventuellement utilisés tels quels, par exemple comme matière de garnissage ou de remplissage Mais ils peuvent être également façonnés en plaques, ou en pièces de formes diverses par pressage, moulage ou extrusion. On peut bien entendu incorporer au matériau selon l'invention les adjuvants usuels pour ce type de produit tels que des colorants, des pigments, des plastifiants, des stabilisants, des ignifugeants Pour résoudre les problèmes spécifiques que peut également poser la présence de fibres animales telles que la laine ou peut incorporer au matériau des additifs plus spécifiques tels qu'insecticides et acaricides On peut également, pour renforcer les qualités d'isolation du matériau, expanser le produit, en ajoutant par exemple un agent porogène au mélange. Lorsque l'on examine le matériau obtenu on constate que les fibres ne sont pas complètement enserrées par la matière polymère: en fait il reste une zone vide autour des fibres qui restent ainsi bien individualisées Ce phénomène est sans doute dû à la présence de la graisse animale (suint) enrobant les fibres à l'origine et qui a empêché le polymère de venir totalement au contact des fibres Cette particularité de structure contribue vraisemblablement aux qualités d'isolation du matériau selon l'invention Il est donc à cette fin important d'utiliser des fibres qui n'ont pas été totalement dégraissées. Comme indiqué ci-dessus le matériau selon l'invention trouve application dans des domaines variés, tels que le bâtiment et l'emballage. Il peut être mis en oeuvre à l'état de granulés, par exemple comme matière de garnissage ou comme isolant en particulier Il peut être aussi transformé en plaques, tubes, panneaux et pièces diverses Il est bien sûr possible, à des fins d'esthétique, de revêtir une ou les deux faces des éléments fabriqués à partir du matériau selon l'invention, par exemple par coextrusion avec un autre matériau. L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple On introduit dans un plast-densificateur Pallmann de type P F V 250/60 un mélange de polyéthylène avec 50 % de déchets de laine. Le polyéthylène est un mélange, dans un rapport d'environ 2 à 1, de polyéthylène haute densité provenant de toiles d'emballage de la laine brute et de polyéthylène basse densité provenant des toiles d'emballage de la laine peignée. Les déchets de laine ont la composition approximative suivante (% en poids): laine 70 matières minérales 5 humidité 5 suint 5 matières végétales 15 On effectue la plast- densification à une température comprise entre 160 et 180 O C. A partir des granulés produits, on forme par moulage une plaque de 5 mm d'épaisseur environ Par microphotographie on constate (cf figure unique) que la structure est constituée de fibres entourées de façon non jointive par la matrice polymère. Les caractéristiques du matériau obtenu sont les suivantes: Transition vitreuse C (DSC) Température de fusion C (DSC) Densité Dureté shore D Ramollissement VICAT A ( C) Fragilité au froid (OC) Contrainte maximale en traction (M Pa) Allongement % : 111 : 1 : 50 : 97,5 :supérieure à + 10 : 6,3; après 7 jours à C: 6,4 3,6; après 7 jours à 70 C: 3,6 Conductibilité thermique (Watt/m/ C) : 0,215. REVENDICATIONS 1. Matériau composite à matrice thermoplastique et charge fibreuse caractérisé en ce que la charge fibreuse contient des fibres d'origine animale non totalement dégraissées. 2. Matériau composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres d'origine animale sont des fibres de laine. 3. Matériau composite selon la revendication 2 caractérisé en ce que la charge fibreuse consiste en des déchets de laine récupérés lors des opérations de cardage et de peignage. 4. Matériau composite selon la revendication 3 caractérisé en ce que les déchets de laine ont la composition pondérale suivante laine 60 à 70 % matières minérales 5 à 10 % humidité 5 % suint 5 % matières végétales 15 à 20 % 5. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est une polyoléfine. 6. Matériau composite selon la revendication 5 caractérisé en ce que la polyoléfine est un polyéthylène ou un polypropylène. 7. Matériau composite selon la revendication 6 caractérisé en ce que le polyéthylène provient de la récupération d'emballages usagés. 8 Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la charge fibreuse représente 60 % au plus du poids de polymère. 9. Matériau composite selon la revendication 8 caractérisé en ce que la charge fibreuse représente 40 à 60 % du poids de polymère. 10. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'on soumet un mélange du polymère et de la charge fibreuse à un traitement de plast-densification. 11. Procédé selon la revendication 10 pour la fabrication d'un matériau composite à partir de polyéthylène et de déchets de laine caractérisé en ce que la plast- densification est réalisée à une température comprise entre et 1800 C. 12. Utilisation d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 en tant que produit d'isolation phonique et thermique. 13. Utilisation d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 en tant que produit pour l'emballage.