Brevet FR2891182A1 — publié le 20070330

PROCEDE DE REALISATION D'UN MATERIAU DE RENFORT POUR MATERIAU COMPOSITE, MATERIAU OBTENU La présente invention concerne un matériau de renfort à partir de fibres de bambou pour matériau composite comportant une matrice en résine polymère. L' invention couvre aussi le matériau de renfort obtenu. On connaît les fibres de bambou comme renfort pour matériau composite notamment à travers le brevet américain US 5 882 745. Dans ce brevet, il est prévu la réalisation d'un matériau comportant une matrice en polypropylène et des fibres de bambou. Le problème posé est l'obtention d'une forte interaction entre lesdites fibres et la matrice en polypropylène afin d'obtenir des caractéristiques mécaniques 10 satisfaisantes. A cet effet, il est prévu de préparer du polypropylène avec greffage d'anhydride maléique. Ensuite, le matériau composite final comporte une composition à base de trois matériaux, le polypropylène, le polypropylène maléique à raison d'au moins 16% et des fibres de bambou à raison de 20 à 60% en poids de la matrice. Par contre afin d'atteindre des caractéristiques mécaniques élevées, il faut optimiser les étapes du procédé et les paramètres concernant chacun des composants et les étapes d'obtention de ces composants. Le procédé selon la présente invention est maintenant décrit et soutenu par des résultats d'essais associés permettant de montrer l'influence des paramètres et la sélection permettant une optimisation des paramètres finaux tant mécaniques que d'absorption d'eau ou de fluidité. Le broyage de fibres de bambou est une étape importante qui conditionne en grande partie les propriétés obtenues. Le broyage doit permettre de conduire à l'obtention d'une répartition de la granulométrie qui corresponde avec les résultats recherchés. En effet, en partant d'une quantité donnée de bambou, il est nécessaire d'obtenir en sortie de broyage une répartition avec une majorité de fibres dans la plage de dimensions nécessaires afin d'améliorer le rendement broyage/tamisage et de limiter le rebut. La plage visée ainsi que cela est décrit ultérieurement est la plage comprise 10 entre 200 et 500 pm. Aussi, le procédé recourt à un broyeur à couteaux avec une grille à 1 mm. On constate que dans le broyat passé au tamis de 1 mm, on obtient le meilleur rendement dans la tranche 200 à 500 mm car dans le cas d'une utilisation d'un broyeur à impact par exemple, la quantité produite de fines inférieures à 200/dm est trop importante. Un autre paramètre important des fibres obtenues au moyen d'un broyeur à couteaux est celui du rapport L/b c'est-à-dire longueur des fibres sur diamètre desdites fibres. Or plus le rapport est élevé et plus les performances de ces fibres à titre de renfort sont élevées. Pour la suite de la description, on retient des fibres initiales brutes qui sont ensuite broyées au moyen d'un broyeur à couteaux avec une grille à 1 mm et dont on retient par tamisage la fraction comprise entre 200 et 500/dm. Des essais sont ensuite conduits avec cette fraction de fibres comme matériau de renfort dans des matrices de polymères de différentes natures en associant 25 des adjuvants. En effet, on retrouve dans les essais et résultats qui vont suivre une sélection de plages de valeurs des différents paramètres qui permettent d'optimiser le résultat final. Une première vérification permet de constater que le blanchiment ou nettoyage chimique des fibres venues directement de broyage n'apporte aucune modification des performances et cette étape est inutile. On recourt donc à des fibres de bambou brutes de broyage et de tamisage dans 5 une plage granulométrique comprise entre 200 et 500/dm. Essai avec matrice Polyéthylène: Afin d'améliorer les liaisons fibres/matrice, il est prévu l'intégration d'un agent de fonctionnalisation. Cet agent est introduit à un taux très réduit de 5% en poids du composite, à 10 savoir essentiellement le poids de la matrice. Cet agent est du type terpolymère éthylène/acrylate d'éthyle/anhydride maléique et commercialisé notamment sous la dénomination Lotader 3300. Résultats avec la composition suivante: 66,5% de polyéthylène, 5% Lotader et 15 28,5% de fibres tamisées entre 200 pm et 500pm. Grandeur Unité Valeur Dureté Shore D, 15 secondes 62,8 Contrainte max de flexion 10 mm/min MPa 37,5 Module de flexion MPa 1898 Contrainte max de traction MPa 22,4 Module de traction MPa 1780 Absorption en eau à 24 heures % 0,30 Densité 1,016 2891182 4 Résultats avec la composition suivante: 47,5% de polyéthylène, 5% Lotader et 47,5% de fibres tamisées entre 200pm et 500pm. Grandeur Unité Valeur Dureté Shore D, 15 secondes 66,8 Contrainte max de flexion 10 mm/min MPa 43 Module de flexion MPa 2797 Contrainte max de traction MPa 24,4 Module de traction MPa 2706 Absorption en eau à 24 heures % 0,54 Densité 1,136 On constate qu'il est possible d'obtenir des intégrations de fibres jusqu'à des taux de 47,5% ce qui diminue fortement la quantité de matrice polymère nécessaire, ceci en améliorant de façon significative les différentes valeurs mécaniques. On note parallèlement une augmentation de l'absorption en eau sous 24 heures du composite ainsi réalisé qui passe de 0,30 à 0,54 mais qui reste acceptable. Résultats avec composition: 66,5% de polyéthylène, 5% Lotader et 28,5% de fibres tamisées entre 200 pm et 500/dm. Essai avec matrice Polypropylène: Dans ce cas l'agent de fonctionnalisation est un polypropylène greffé avec de l'anhydride maléique introduit à raison de 5%. Un tel agent est notamment commercialisé sous la dénomination OREVAC CA100. Les fibres de bambou sont également dans la plage de granulométrie comprise entre 200 et 500pm. La composition retenue comprend 66,5% de polypropylène, 5% d'agent de fonctionnalisation et 28,5% de fibres de bambou dont la granulométrie est 5 comprise entre 200 et 500pm Grandeur Unité Valeur Dureté Shore D, 15 secondes 75,3 Contrainte max de flexion 10 mm/min MPa 68,8 Module de flexion MPa 3177 Contrainte max de traction MPa 37,7 Module de traction MPa 2503 Absorption en eau à 24 heures % 0,18 Densité 1,013 Dans le cas d'un matériau composite qui serait réalisé avec des fibres comprises entre 500 et 1000pm, on obtient les résultats suivants: Grandeur Unité Valeur Dureté Shore D, 15 secondes 71,6 Contrainte max de flexion 10 mm/min MPa 63,1 Module de flexion MPa 2715 Contrainte max de traction MPa 35 Module de traction MPa 2326 Absorption en eau à 24 heures % 0,20 Densité 1,017 On constate que les valeurs atteintes quant aux propriétés mécaniques sont plus faibles que celles obtenues avec des fibres comprises entre 200 et 500/dm. Les valeurs absolues sont également supérieures à celles obtenues avec la matrice polyéthylène, ce qui est dû aux qualités intrinsèques du polymère. Le plus surprenant est que l'ensemble de ces valeurs ne varie pas de façon linéaire et que si l'on venait à conclure qu'il suffit de diminuer les dimensions de fibres, on constate à travers le tableau qui suit que les valeurs notamment de résistance mécanique diminuent de nouveau, par exemple en utilisant des fibres dont la granulométrie est comprise entre 100 et 200pm. Grandeur Unité Valeur Dureté Shore D, 15 secondes 74,8 Contrainte max de flexion 10 mm/min MPa 69,4 Module de flexion MPa 3114 Contrainte max de traction MPa 39,4 Module de traction MPa 2398 Absorption en eau à 24 heures % 0,13 Densité 1,008 Essais avec une matrice en copolymère éthylène/ acétate de vinyle EVA: Les fibres utilisées sont également choisies dans la plage 200 à 500/dm. Les résultats obtenus avec I'EVA conduisent à des valeurs plus faibles des paramètres mécaniques, ceci étant dû aux propriétés de la matrice elle-même. La composition comporte 66,5% d'EVA, 5% de Lotader et 28,5% de fibres. Les résultats conduisent aux valeurs regroupées dans le tableau suivant: Grandeur Unité Valeur Dureté Shore D, 15 secondes 37,4 Contrainte max de flexion 10 mm/min MPa 7,8 Module de flexion MPa 126 Contrainte max de traction MPa 6,2 Module de traction MPa 86 Absorption en eau à 24 heures % 1,67 Densité 1,046 Afin d'améliorer les propriétés, on peut augmenter les caractéristiques mécaniques en augmentant la proportion de fibres, en l'occurrence, une composition avec 47,5% d'EVA, 5% de Lotader et 47,5% de fibres de bambou dans la plage de 200 à 500pm. Les résultats sont alors les suivants Grandeur Unité Valeur Dureté Shore D, 15 secondes 46,6 Contrainte max de flexion 10 mm/min MPa 10,9 Module de flexion MPa 212 Contrainte max de traction MPa 7,4 Module de traction MPa 209 Absorption en eau à 24 heures % 2,37 Densité 1,107 L'utilisation de fibres de bambou dans une plage granulométrique de 200 à 500/dm obtenues par broyage mécanique à couteaux permet d'atteindre des performances surprenantes lorsque de telles fibres sont utilisées comme renfort dans des matrices polymère, en présence d'un agent fonctionnalisant. 2891182 9 REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de fibres de bambou destinées à venir comme renfort dans un matériau composite, caractérisé en ce qu'il consiste à placer des fibres de bambous dans un broyeur à couteaux muni d'une grille de 1mm, à obtenir un broyat et à tamiser ledit broyat pour retenir la fraction comprise entre 200 et 500pm. 2. Procédé de préparation d'un matériau composite caractérisé en ce qu'il consiste à introduire des fibres de bambou obtenues selon le procédé de la revendication 1 dans une matrice polymère à raison de 28,5 à 47,5% de fibres. 3. Procédé de préparation d'un matériau composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polymère est choisi parmi le polypropylène, le polyéthylène ou le copolymère éthylène/acétate de vinyle. 4. Procédé de préparation d'un matériau composite selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on ajoute un agent fonctionnalisant à raison de 5% en poids de composite. 5. Procédé de préparation d'un matériau composite selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent fonctionnalisant dans le cas du polypropylène est du polypropylène greffé avec de l'anhydride maléique. 6. Procédé de préparation d'un matériau composite selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent fonctionnalisant dans le cas du polyéthylène est un 20 terpolymère éthylène/acrylate d'éthyle/anhydride maléique.