Brevet FR2983111A1 — publié le 20130531

Procédé de fabrication d'un matériau composite comprenant des fibres lignocellulosiques dans une matrice plastique La présente invention concerne le domaine des matériaux composites comprenant de la matière plastique renforcée par des fibres lignocellulosiques. W02007/056839 divulgue un tel matériau composite comprenant des fibres lignocellulosiques disposées dans une matrice thermoplastique. De tels matériaux composites sont sensibles à l'humidité. Un des buts de l'invention est de proposer un procédé de fabrication permettant d'obtenir un matériau composite comprenant des fibres lignocellulosiques qui soit peu sensible à l'humidité. A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'un matériau composite comprenant des fibres lignocellulosique dans une matrice en matériau plastique, comprenant des étapes de : - fournir des fibres lignocellulosiques ; - fournir le matériau plastique ; et - mélanger les fibres lignocellulosiques et le matériau plastique pour obtenir le matériau composite, le procédé comprenant, préalablement à l'étape de mélange, une étape de traitement thermique des fibres lignocellulosiques, dans laquelle les fibres lignocellulosiques sont chauffées. Selon d'autres modes de mise en oeuvre, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - dans l'étape de traitement thermique, les fibres lignocellulosiques sont chauffées à une température supérieure à 160°C ; - dans l'étape de traitement thermique, les fibres lignocellulosiques sont chauffées à une température directement proportionnelle à la pauvreté en oxygène d'un enceinte de chauffe des fibres lignocellulosiques ; - les fibres lignocellulosiques sont défibrillées de telle manière à générer des fibrilles à partir des fibres lignocellulosiques avant l'étape de traitement thermique ; - dans l'étape de traitement thermique, les fibres lignocellulosique chauffées sont ensuite refroidies activement ; - l'étape de fourniture de fibres lignocellulosiques comprend une étape de raffinage d'une source de fibres lignocellulosiques pour obtenir les fibres lignocellulosiques ; - les fibres lignocellulosiques sont défibrillées lors de l'étape de raffinage de telle manière à générer des fibrilles à partir des fibres lignocellulosiques. L'invention concerne également un matériau composite obtenu selon un procédé tel que défini ci-dessus. L'invention concerne encore un pièce de véhicule, notamment de véhicule automobile, formée au moins partiellement d'un matériau composite obtenu selon un procédé tel que défini ci-dessus. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique d'un procédé de fabrication d'un matériau composite comprenant des fibres lignocellulosiques dans une matrice en matière plastique, conformément à l'invention. - la Figure 2 est une vue schématique illustrant la fabrication d'une pièce à l'aide du matériau composite. Le procédé illustré sur la Figure 1 permet la fabrication d'un matériau composite comprenant des fibres lignocellulosiques dans une matrice en matière plastique. Ce procédé comprend : une étape S1 de fournir des fibres lignocellulosiques 2, une étape S2 de traitement thermique des fibres lignocellulosiques 2, une étape S3 de fournir un matériau plastique 4, et - une étape S4 de mélange des fibres lignocellulosiques 2 traités thermiquement et du matériau plastique 4 pour obtenir un matériau composite. Les fibres lignocellulosiques 2 peuvent être obtenues à partir de diverses sources telles que du bois, des végétaux ou des produits textiles obtenues à partir de fibres lignocellulosiques ou une combinaison de sources. Les fibres lignocellulosiques 2 peuvent être par exemple fournies sous forme de pâte à papier obtenue à partir de ces sources et aussi appelée pulpe. Les fibres lignocellulosiques 2 peuvent être fournies sous forme de pâte à papier vierge, rebutée ou recyclée ou d'une combinaison de telles pâtes à papier. Les fibres lignocellulosiques 2 peuvent être obtenues sous forme de pâte à papier de manière connue par traitement mécanique (ou raffinage), traitement chimique ou une combinaison de tels traitements. Tel qu'illustré sur la Figure 1, les fibres lignocellulosiques 2 sont obtenues par raffinage de fragments de bois 6, par exemple des copeaux de bois, dans un raffineur 8 à disques comprenant deux disques 10 parallèles contrarotatifs, les fragments de bois 6 étant insérés entre les deux disques 10 et cisaillés entre les deux disques 10 de telle manière que les fibres lignocellulosiques 2 des fragments de bois 6 sont séparées. Les fibres lignocellulosiques 2 sont récupérées à la sortie du raffineur 8 sous la forme d'une pâte à papier. Le raffinage constitue un traitement mécanique de la source de fibres lignocellulosiques. Les fibres lignocellulosiques peuvent être obtenue par d'autres types de traitement, par exemple un traitement chimique, ou une combinaison d'un traitement chimique et d'un traitement mécanique. De préférence, les fibres lignocellulosiques 2 sont défibrillées de telle manière à générer des fibrilles. Les fibrilles désignent des microfibres lignocellulosiques composant les fibres lignocellulosique 2. Lors de la défibrillation, les fibrilles restent attachées aux fibres lignocellulosiques 2 ou se détachent des fibres lignocellulosiques. Avantageusement, les fibres lignocellulosiques 2 sont défibrillées lors du raffinage. La défibrillation des fibres lignocellulosiques 2 dépend des paramètres de raffinages, notamment du temps de raffinage, de la température de raffinage, du cisaillement généré lors du raffinage, de la quantité de fragments de bois chargée dans le raffineur 8. L'étape de raffinage et l'étape de défibrillation sont ainsi effectuées simultanément. En variante, l'étape de raffinage et l'étape de défibrillation sont réalisées séquentiellement, par exemple en réalisant deux raffinages consécutifs avec des paramètres de raffinage différents. Dans la suite de la description, sauf spécification contraire, l'expression « fibres lignocellulosiques » désigne les fibres lignocellulosiques 2 et les éventuelles fibrilles générées par défibrillation. Les fibres lignocellulosiques défibrillées ou non peuvent en variante être fournis à partir d'autres sources de fibres lignocellulosiques. Le procédé selon l'invention peut être mise en oeuvre à partir d'une pâte à papier du commerce comprenant des fibres lignocellulosiques défibrillées. Les fibres lignocellulosiques 2 sont fournies sous forme d'une pâte à papier présentant un taux d'hygrométrie faible, notamment un taux d'hygrométrie inférieur à 10 %, en particulier un taux d'hygrométrie de l'ordre de 7 %. Lors de étape de traitement thermique, les fibres lignocellulosiques 2 sont chauffées sous atmosphère contrôlée pauvre en oxygène (02) dans une enceinte de chauffe. La température de chauffe est adaptée en fonction de la pauvreté en oxygène (02) de l'enceinte de chauffe. Plus l'atmosphère de l'enceinte de chauffe sera pauvre en oxygène, plus la température de chauffe pourra être élevée. La température de chauffe est directement proportionnelle à la pauvreté en oxygène de l'enceinte de chauffe des fibres lignocellulosiques. Les fibres lignocellulosiques 2 sont chauffées de telle manière à diminuer le taux de sucre des fibres lignocellulosiques et à fermer les alvéoles des fibres lignocellulosiques. L'élimination du sucre diminue la sensibilité des fibres lignocellulosiques 2 aux bactéries. La fermeture des alvéoles de fibres lignocellulosiques 2 empêche l'eau de rentrer dans les fibres lignocellulosiques 2 en diminuant la sensibilité hygrométrique des fibres lignocellulosiques. Les fibres lignocellulosiques 2 sont chauffées à une température supérieure à 160°C, ou une température supérieure à 250°C, ou encore à une température supérieure à 300°C, ou bien à une température supérieure à 400°C. Les fibres lignocellulosiques 2 sont chauffées de telle manière que les fibres lignocellulosiques 2 atteignent effectivement une telle température. Le chauffage des fibres lignocellulosiques sous atmosphère pauvre en oxygène (02) évite la combustion des fibres lignocellulosiques, en particulier des fibres lignocellulosiques défibrillées. En effet, du fait de la défibrillation, la majeure partie de la lignine et de l'hémicellulose entourant les fibres lignocellulosiques et les fibrilles a été retirée, de telle manière que la température de combustion des fibres lignocellulosiques et de fibrilles ainsi découverte est très faible. Le chauffage des fibres lignocellulosiques et des fibrilles à une température élevée entraîne un risque de combustion élevé. Ce risque est diminué par le retrait de l'oxygène lors du chauffage. Les fibres lignocellulosiques 2 sont chauffées par exemple sous atmosphère riche en azote (N2) ou en dioxyde de carbone (CO2). Les fibres lignocellulosiques sont refroidies sous atmosphère contrôlée pauvre en oxygène (02). Les fibres lignocellulosiques sont refroidies de manière à revenir à une température inférieure à la température de combustion des fibres lignocellulosiques et des fibrilles. Les fibres lignocellulosiques sont refroidies activement. Par refroidissement actif, on entend que les fibres lignocellulosiques sont soumises à l'action d'un dispositif de refroidissement propre à extraire des calories des fibres lignocellulosiques chauffées préalablement. Le refroidissement actif permet de ramener les fibres lignocellulosiques 2 à une température inférieure à la température de combustion dans une période de temps réduite compatible avec une production industrielle, d'autant que l'atmosphère pauvre en oxygène (02) est maintenue pendant le refroidissement. Tel qu'illustré sur la Figure 1, les fibres lignocellulosiques 2 sont traitées thermiquement dans un dispositif de traitement thermique 12 continu. Le terme « continu » signifie que le dispositif de traitement thermique 12 est conçu de telle manière à recevoir en entrée de manière continue des fibres lignocellulosiques 2 à traiter et à fournir en sortie de manière continue des fibres lignocellulosiques 2 traitées thermiquement. Le dispositif de traitement thermique 12 comprend une enceinte 14 allongée comprenant une entrée 16 pour l'introduction des fibres lignocellulosiques 2 à traiter et une sortie 18 pour l'extraction des fibres lignocellulosiques 2 traitées. Le dispositif de traitement thermique 12 comprend un dispositif de convoyage 20 pour convoyer les fibres lignocellulosiques 2 continûment de l'entrée 16 vers la sortie 18. Le dispositif de convoyage 20 est ici une vis sans fin. L'enceinte 14 comprend successivement de l'entrée 16 vers la sortie 18, un premier tronçon 22 de chauffage et un deuxième tronçon 24 de refroidissement. Le dispositif de traitement thermique 12 comprend un dispositif de chauffage 26 pour le chauffage du premier tronçon 22 et un dispositif de refroidissement 28 pour le refroidissement du deuxième tronçon 24. Le dispositif de chauffage 26 est de tout type approprié pour chauffer activement le premier tronçon 22 de telle manière à chauffer les fibres lignocellulosiques 2 jusqu'à la température souhaitée. Le dispositif de chauffage 26 est par exemple électrique et comprend des résistances électriques pour créer de la chaleur. En variante, le dispositif de chauffage fonctionne par combustion, par exemple par combustion de gaz, et comprend des brûleurs. Le dispositif de refroidissement 28 est de tout type approprié pour refroidir activement le deuxième tronçon 24 de telle manière à ramener les fibres lignocellulosiques à une température inférieure à la température de combustion dans l'oxygène avant la sortie 18. Le dispositif de refroidissement 28 comprend par exemple un circuit de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur tel que de l'eau. Le dispositif de refroidissement peut comprendre en variante un circuit frigorifique fonctionnant par compression et détente d'un fluide frigorifique, et échange de chaleur entre le deuxième tronçon et le fluide frigorifique détendu. Le dispositif de traitement thermique 12 comprend un dispositif de contrôle d'atmosphère 29 adapté pour maintenir une atmosphère contrôlée pauvre en oxygène dans l'enceinte 14. Dans l'étape de fourniture d'un matériau plastique, on fournit un matériau plastique 30. Le matériau plastique est par exemple un matériau plastique du commerce. Le matériau plastique est un matériau thermodurcissable ou un matériau thermoplastique. Les matériaux plastiques thermodurcissables appropriés comprennent notamment le polyester, l'acrylique, la mélamine. Les matériaux plastiques thermoplastiques appropriés comprennent notamment le polyamide (PA), le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), l'acide polylactique (PLA), le polybutylène succinate (PBS), le polytriméthylène téréphthalate (PTT), l'acrylonitrilebutadiène-styrène (ABS) et le polycarbonate acrylonitrile-butadiène-styrène (PC-ABS). Dans l'étape de mélange, les fibres lignocellulosiques 2 traitées thermiquement au préalable sont mélangées avec la matériau plastique 30 fondu de telle manière à obtenir un matériau composite 32 comprenant des fibres lignocellulosiques dans une matrice en matériau plastique. Le mélange est effectué par exemple par mélange mécanique dans un mélangeur. Le matériau composite 32 ainsi obtenu est utilisable pour fabriquer des pièces suivant des procédés classiques de fabrication connus en eux-mêmes par l'homme du métier, notamment par moulage par injection, par thermoformage... Tel qu'illustré sur la Figure 2, le matériau composite comprenant des fibres lignocellulosiques dans une matrice en matériau thermodurcissable permet la fabrication d'une pièce 34 par superposition de couches 36 de matériau composite, mise en compression de différentes couches 36 et cuisson pour le durcissement du matériau plastique thermodurcissable. Le matériau composite obtenu présente des propriétés mécaniques satisfaisantes, en particulier dans le cas où les fibres lignocellulosiques sont défibrillées, du fait que la présence de fibrilles détachées ou non augmente la surface de contact entre le matériau plastique et les fibres lignocellulosiques. Du fait du traitement thermique des fibres lignocellulosiques, le matériau composite est peu sensible aux bactéries et à l'humidité. Le matériau composite est utilisable pour fabriquer des pièces dans différents domaines techniques, notamment dans l'industrie automobile, aérospatiale, électronique et de production de biens. Le matériau composite convient en particulier pour fabriquer des pièces de véhicule, notamment de véhicule automobile. Le matériau composite convient pour la fabrication de pièces structurale ou de pièces décoratives. REVENDICATIONS1.- Procédé de fabrication d'un matériau composite comprenant des fibres lignocellulosique dans une matrice en matériau plastique, comprenant des étapes de : - fournir des fibres lignocellulosiques (2) ; - fournir le matériau plastique (30) ; et - mélanger les fibres lignocellulosiques (2) et le matériau plastique (30) pour obtenir le matériau composite (32), caractérisé en ce qu'il comprend, préalablement à l'étape de mélange, une étape de traitement thermique des fibres lignocellulosiques (2), dans laquelle les fibres lignocellulosiques (2) sont chauffées. 2.- Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel, dans l'étape de traitement thermique, les fibres lignocellulosiques (2) sont chauffées à une température supérieure à 160°C. 3.- Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, dans l'étape de traitement thermique, les fibres lignocellulosiques (2) sont chauffées à une température directement proportionnelle à la pauvreté en oxygène d'un enceinte de chauffe des fibres lignocellulosiques (2). 4.- Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres lignocellulosiques (2) sont défibrillées de telle manière à générer des fibrilles à partir des fibres lignocellulosiques avant l'étape de traitement thermique. 5.- Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, dans l'étape de traitement thermique, les fibres lignocellulosique chauffées sont ensuite refroidies activement. 6.- Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de fourniture de fibres lignocellulosiques (2) comprend une étape de raffinage d'une source de fibres lignocellulosiques pour obtenir les fibres lignocellulosiques (2). 7.- Procédé selon la revendication 6, dans lequel les fibres lignocellulosiques (2) sont défibrillées lors de l'étape de raffinage de telle manière à générer des fibrilles à partir des fibres lignocellulosiques (2). 8.- Matériau composite obtenu selon un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9.- Pièce de véhicule, notamment de véhicule automobile, formée au moins partiellement d'un matériau composite obtenu selon un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.