FR3120206A1 - Procede de fabrication d’un materiau composite ligno-cellulosique et materiau composite obtenu par ce procede - Google Patents
Procede de fabrication d’un materiau composite ligno-cellulosique et materiau composite obtenu par ce procede Download PDFInfo
- Publication number
- FR3120206A1 FR3120206A1 FR2101960A FR2101960A FR3120206A1 FR 3120206 A1 FR3120206 A1 FR 3120206A1 FR 2101960 A FR2101960 A FR 2101960A FR 2101960 A FR2101960 A FR 2101960A FR 3120206 A1 FR3120206 A1 FR 3120206A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- molding
- derivatives
- composite material
- chosen
- ligno
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 15
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 claims description 14
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 239000012632 extractable Substances 0.000 claims description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims 4
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims 3
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 claims 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 2
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims 2
- 239000000025 natural resin Substances 0.000 claims 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims 2
- -1 polysiloxanes Polymers 0.000 claims 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims 2
- 239000001993 wax Substances 0.000 claims 2
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 claims 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims 1
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 claims 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 238000000071 blow moulding Methods 0.000 claims 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 238000010101 extrusion blow moulding Methods 0.000 claims 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 claims 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 claims 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 claims 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims 1
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 claims 1
- 150000002921 oxetanes Chemical class 0.000 claims 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims 1
- 229920000110 poly(aryl ether sulfone) Polymers 0.000 claims 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims 1
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 claims 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims 1
- 229920001470 polyketone Polymers 0.000 claims 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 claims 1
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 claims 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims 1
- 238000001175 rotational moulding Methods 0.000 claims 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 claims 1
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 claims 1
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 claims 1
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 claims 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims 1
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 1
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 1
- 239000012761 high-performance material Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003505 terpenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000007586 terpenes Nutrition 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
- B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
- B27N3/002—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres characterised by the type of binder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
- B27N1/00—Pretreatment of moulding material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
- B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
- B27N3/02—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
- B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
- B27N3/08—Moulding or pressing
- B27N3/18—Auxiliary operations, e.g. preheating, humidifying, cutting-off
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
- B27N7/00—After-treatment, e.g. reducing swelling or shrinkage, surfacing; Protecting the edges of boards against access of humidity
- B27N7/005—Coating boards, e.g. with a finishing or decorating layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2397/00—Characterised by the use of lignin-containing materials
- C08J2397/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2425/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Derivatives of such polymers
- C08J2425/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
- C08J2425/04—Homopolymers or copolymers of styrene
- C08J2425/08—Copolymers of styrene
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau composite ligno-cellulosique, un matériau composite ligno-cellulosique susceptible d’être obtenu par ce procédé et l’utilisation de ce matériau composite ligno-cellulosique.
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau composite ligno-cellulosique, un matériau composite ligno-cellulosique susceptible d’être obtenu par ce procédé et l’utilisation de ce matériau composite ligno-cellulosique.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
La production de plastiques est aujourd’hui d'environ 320 millions de tonnes par an et environ 40% du plastique produit est utilisé dans le secteur de l'emballage. La fabrication de plastiques pour l'emballage est projetée à 1,2 milliard de tonnes par an d'ici 2050. Dans le secteur automobile, le pourcentage des matériaux plastiques qui sont à recycler équivaut à 7,6 millions de tonnes et augmente de 3 à 5% par an.
Les consommateurs étant de plus en plus attentifs au développement durable, l’industrie se doit de changer de paradigme pour répondre aux attentes de ces derniers. Le besoin se tourne ainsi vers des matériaux légers, performants et à l’empreinte carbone faible tels que les matériaux composites biosourcés.
De nombreux constructeurs et équipementiers se sont massivement tournés vers de nouveaux composites à base de fibres naturelles, comme le montre la hausse d’utilisation de 21% des composites de bois en 2019, et en particulier vers des composites à base de chanvre, permettant ainsi de prolonger le cycle de vie du carbone tout en offrant une alternative forte au plastique et à l’aluminium. Ainsi, les matériaux composites biosourcés et leurs procédés de fabrication constituent un espoir majeur pour l’industrie et plus largement celle de la mobilité, afin de réduire de 37,5% d’ici 2030 le seuil d’émissions CO2fixé par la Commission Européenne.
Les matériaux composites actuels sont fabriqués à partir de pré-imprégnés polymère/cellulose ou polymère/bois sous la forme de master-batch.
Les procédés de fabrication de l’art antérieur existants comme le master-batch présentent de nombreuses contraintes listées ci-dessous :
- difficulté de préparation du master-batch: la préparation d’un master-batch ligno-cellulosique/polymère (type WPC) est longue et complexe puisqu’elle nécessite le broyage du bois en fibres discrètes suivi du mélange des fibres obtenues avec un polymère, la dispersion des fibres devant être réalisée de manière contrôlée et homogène pour conférer des caractéristiques constantes et répliquables au matériau final. S’ajoute également la nécessité d’avoir un matériau pré-mélangé prêt à être mis en œuvre et la difficulté d’adhésion entre les fibres cellulosiques hydrophiles et le polymère hydrophobe. En effet, il est difficile de contrôler le taux d’humidité (hygroscopie) des fibres non-traitées ou copeaux (à la différence des fibres discrètes traitées comme dans l’industrie du papier rendues hydrophobes) et le renfort ligno-cellulosique utilisé présente une tendance de reprise en eau, créant ainsi défauts d’adhésion polymère-bois lors de la préparation du master-batch et ultérieurement des problèmes de délaminage de l’objet ;
- difficulté de mise en œuvre quand le taux de fibres est supérieur à 40% : le procédé master-batch nécessite de fournir un mélange présentant une faible viscosité pour faciliter le procédé de transformation (injection, extrusion, moulage, etc.) or plus la densité de fibres est élevée, plus le mélange est visqueux et bouche l’outil ;
- difficulté de mise en œuvre et retrait différentiel quand le taux de fibre est inférieur à 20% : plus le taux de fibre est bas, plus le coefficient de retrait de la matière augmente (et s’éloigne de la géométrie attendue « net shape ») créant ainsi des problèmes de démoulage de la pièce dans l’outillage et de souillage de l’outil. Parallèlement, plus le taux de fibre baisse plus la performance environnementale du produit baisse ;
- difficulté d’homogénéité et de répétabilité technique : la dispersion des fibres doit se faire uniformément dans la matrice polymère pour assurer des caractéristiques techniques homogènes et répétables/répliquables. Or, moins il y a de polymère et plus il est difficile de disperser uniformément les fibres dans la matrice. Ce procédé génère également d’importants rebuts de production et de déchets industriels ;
- difficultés esthétiques : plus la sciure de bois est fine et moins le matériau présente les qualités esthétiques recherchées (aspect de naturalité). A contrario, plus les copeaux sont gros (de taille supérieure à 10 mm) plus il est difficile de mettre en œuvre le master-batch (il est impossible d’injecter ou d’extruder avec de gros copeaux car l’outil se bouche) ;
- autres difficultés esthétiques telles que les problèmes liés à l’uniformité de la couleur (copeaux/sciures plus ou moins chargés en lignine, donnant différentes couleurs aux matériaux ligno-cellulosiques) et liés à l’odeur dû à la présence d’extractibles types terpènes ;
- difficulté technique d’assemblage : afin d’aboutir aux caractéristiques esthétiques recherchées, les procédés de l’art antérieur font état d’une accumulation de couches collées par chaleur ou ultrasons (une couche de structure en sciure fine puis une couche de finition en copeaux plus gros) multipliant ainsi les opérations techniques, complexifiant l’assemblage dû à une tension de surface différentielle et augmentant le temps de cycle et le coût résultant ;
- difficulté de recyclage et de performance environnementale : les solutions actuelles en multicouches par moulage d’un mélange en feuille (SMC) ou co-extrusion/injection utilisent des formulations différentes (différents types de polymères, de couches d’additifs et agents de couplage bois-polymère) ce qui conduit à un assemblage multi-matériaux et complexifie, voire rend impossible le recyclage. Cette difficulté souligne l’importance de privilégier des solutions mono-matériau pour les différentes fonctionnalités du produit (capot, pas de vis, systèmes d’ouvertures, surface de finition, etc.).
- difficulté de préparation du master-batch: la préparation d’un master-batch ligno-cellulosique/polymère (type WPC) est longue et complexe puisqu’elle nécessite le broyage du bois en fibres discrètes suivi du mélange des fibres obtenues avec un polymère, la dispersion des fibres devant être réalisée de manière contrôlée et homogène pour conférer des caractéristiques constantes et répliquables au matériau final. S’ajoute également la nécessité d’avoir un matériau pré-mélangé prêt à être mis en œuvre et la difficulté d’adhésion entre les fibres cellulosiques hydrophiles et le polymère hydrophobe. En effet, il est difficile de contrôler le taux d’humidité (hygroscopie) des fibres non-traitées ou copeaux (à la différence des fibres discrètes traitées comme dans l’industrie du papier rendues hydrophobes) et le renfort ligno-cellulosique utilisé présente une tendance de reprise en eau, créant ainsi défauts d’adhésion polymère-bois lors de la préparation du master-batch et ultérieurement des problèmes de délaminage de l’objet ;
- difficulté de mise en œuvre quand le taux de fibres est supérieur à 40% : le procédé master-batch nécessite de fournir un mélange présentant une faible viscosité pour faciliter le procédé de transformation (injection, extrusion, moulage, etc.) or plus la densité de fibres est élevée, plus le mélange est visqueux et bouche l’outil ;
- difficulté de mise en œuvre et retrait différentiel quand le taux de fibre est inférieur à 20% : plus le taux de fibre est bas, plus le coefficient de retrait de la matière augmente (et s’éloigne de la géométrie attendue « net shape ») créant ainsi des problèmes de démoulage de la pièce dans l’outillage et de souillage de l’outil. Parallèlement, plus le taux de fibre baisse plus la performance environnementale du produit baisse ;
- difficulté d’homogénéité et de répétabilité technique : la dispersion des fibres doit se faire uniformément dans la matrice polymère pour assurer des caractéristiques techniques homogènes et répétables/répliquables. Or, moins il y a de polymère et plus il est difficile de disperser uniformément les fibres dans la matrice. Ce procédé génère également d’importants rebuts de production et de déchets industriels ;
- difficultés esthétiques : plus la sciure de bois est fine et moins le matériau présente les qualités esthétiques recherchées (aspect de naturalité). A contrario, plus les copeaux sont gros (de taille supérieure à 10 mm) plus il est difficile de mettre en œuvre le master-batch (il est impossible d’injecter ou d’extruder avec de gros copeaux car l’outil se bouche) ;
- autres difficultés esthétiques telles que les problèmes liés à l’uniformité de la couleur (copeaux/sciures plus ou moins chargés en lignine, donnant différentes couleurs aux matériaux ligno-cellulosiques) et liés à l’odeur dû à la présence d’extractibles types terpènes ;
- difficulté technique d’assemblage : afin d’aboutir aux caractéristiques esthétiques recherchées, les procédés de l’art antérieur font état d’une accumulation de couches collées par chaleur ou ultrasons (une couche de structure en sciure fine puis une couche de finition en copeaux plus gros) multipliant ainsi les opérations techniques, complexifiant l’assemblage dû à une tension de surface différentielle et augmentant le temps de cycle et le coût résultant ;
- difficulté de recyclage et de performance environnementale : les solutions actuelles en multicouches par moulage d’un mélange en feuille (SMC) ou co-extrusion/injection utilisent des formulations différentes (différents types de polymères, de couches d’additifs et agents de couplage bois-polymère) ce qui conduit à un assemblage multi-matériaux et complexifie, voire rend impossible le recyclage. Cette difficulté souligne l’importance de privilégier des solutions mono-matériau pour les différentes fonctionnalités du produit (capot, pas de vis, systèmes d’ouvertures, surface de finition, etc.).
Les matériaux composites cellulosiques obtenus selon les procédés de l’art antérieur sont des matrices polymères avec un renfort fibreux intérieur (réseau anarchique de fibres encapsulé dans des granulés polymère).
De façon surprenante et inattendue, les inventeurs ont trouvé que le procédé selon l’invention permettait de pallier aux inconvénients des procédés de l’art antérieur tout en permettant d’obtenir un matériau composite renforcé par l’extérieur, biosourcé, pouvant être recyclé, permettant de développer de nouvelles pièces techniques (notamment pour l’industrie du packaging, du transport et du bâtiment) légères, peu onéreuses, à l’empreinte carbone faible et présentant d’excellentes propriétés mécaniques et physico-chimiques.
Un premier objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau composite ligno-cellulosique comprenant les étapes suivantes :
- (1) une étape d’imprégnation d’un matériau ligno-cellulosique par au moins un élément de remplissage de sorte à obtenir un matériau ligno-cellulosique imprégné ;
- (2) une étape de broyage du matériau ligno-cellulosique imprégné obtenu à l’issue de l’étape (1) de sorte à obtenir des copeaux de matériau ligno-cellulosique imprégnés ;
- (3) une étape de mise en œuvre des copeaux de matériau ligno-cellulosique imprégnés obtenus à l’issue de l’étape (2) de sorte à obtenir un matériau composite ligno-cellulosique.
- (2) une étape de broyage du matériau ligno-cellulosique imprégné obtenu à l’issue de l’étape (1) de sorte à obtenir des copeaux de matériau ligno-cellulosique imprégnés ;
- (3) une étape de mise en œuvre des copeaux de matériau ligno-cellulosique imprégnés obtenus à l’issue de l’étape (2) de sorte à obtenir un matériau composite ligno-cellulosique.
L’invention a également pour objet un matériau composite ligno-cellulosique susceptible d’être obtenu par le procédé selon l’invention, caractérisé en ce qu’il est renforcé par l’extérieur.
L’invention concerne également l’utilisation du matériau composite ligno-cellulosique tel que défini précédemment pour la fabrication de contenants, pièces ou surfaces.
Claims (11)
- Procédé de fabrication d’un matériau composite ligno-cellulosique comprenant les étapes suivantes :
- (1) une étape d’imprégnation d’un matériau ligno-cellulosique par au moins un élément de remplissage de sorte à obtenir un matériau ligno-cellulosique imprégné ;
- (2) une étape de broyage du matériau ligno-cellulosique imprégné obtenu à l’issue de l’étape (1) de sorte à obtenir des copeaux de matériau ligno-cellulosique imprégnés ;
- (3) une étape de mise en œuvre des copeaux de matériau ligno-cellulosique imprégnés obtenus à l’issue de l’étape (2) de sorte à obtenir un matériau composite ligno-cellulosique. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le au moins un élément de remplissage est choisi parmi les résines naturelles, les résines synthétiques, et leurs mélanges.
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les résines naturelles sont choisies dans le groupe consistant en les cires naturelles et leurs dérivés, les graisses naturelles et leurs dérivés, les huiles végétales et leurs dérivés, les protéines et leurs dérivés, les polypeptides et leurs dérivés, la cellulose et ses dérivés, la chitine et ses dérivés, l’amidon et ses dérivés, et leurs mélanges.
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les résines synthétiques sont choisies dans le groupe consistant en les cires synthétiques et leurs dérivés, les graisses synthétiques et leurs dérivés, les huiles minérales et leurs dérivés, les huiles synthétiques et leurs dérivés, les polymères thermoplastiques et leurs copolymères, les polymères thermodurcissables et leurs copolymères, les vitrimères, et leurs mélanges.
- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en que ce que les polymères thermoplastiques et leurs copolymères sont choisis dans le groupe consistant en les polyoléfines issues de monomères vinyliques, les polyoléfines issues de monomères acryliques, les polyoléfines issues de monomères méthacryliques, les polyacétals, les polyimides, les polyétherimides, les élastomères thermoplastiques, les silicones, les polysiloxanes, les polyesters, les polyamides, les polyuréthanes, les fluoropolymères, les polycarbonates, les polyéthers aliphatiques, les polyéthers aromatiques, les polysulfures de phénylène, les polycétones, les polyaryléthercétones, les polysulfones, les polyéthersulfones, les polyaryléthersulfones, les colles thermofusibles non réticulantes, les polymères à base d’oxétanes, et leurs mélanges.
- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en que ce que les polymères thermodurcissables et leurs copolymères sont choisis dans le groupe consistant en les époxy, les hydrogels, les polymères à base de diallyl phtalates, les polymères à base de mélamine et/ou d’urée et/ou de formaldéhyde, les polymères à base de phénol et/ou de formaldéhyde, et leurs mélanges.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en que ce composé de remplissage est sous la forme d’une solution monomérique ou d’une formulation monomérique comprenant un ou plusieurs monomères polymérisables conduisant à la formation de polymères thermoplastiques ou thermodurcissables, avec ou sans agent activant la polymérisation de ces monomères.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de mise en œuvre est une étape de mise en forme de preférence choisie dans le groupe consistant en l’extrusion telle que l’extrusion-soufflage et l’extrusion-gonflage, la compression telle que la thermocompression, l’injection, le soufflage, le gonflage, le moulage tel que le moulage sous vide, le moulage par injection, le moulage par centrifugation, le rotomoulage, le thermo-moulage, le moulage par compression, le moulage d’un mélange en feuille, le moulage d’un mélange en vrac, le moulage d’un mélange à mouler en pâte, le moulage d’un mélange à mouler épais, le moulage par transfert de résine, et la combinaison de ces derniers.
- Procédé selon l’une quelconque de revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins étape choisie parmi une étape de délignification partielle ou totale du matériau ligno-cellulosique, une étape d’extraction partielle ou totale des extractibles et chromophores du matériau ligno-cellulosique, une étape d’activation des groupes hydroxyles, une étape d’oxydation du matériau ligno-cellulosique, une étape d’ajout de fibres, une étape de revêtement sol-gel, une étape d’ajout d’additifs, et des combinaisons de ces dernières.
- Matériau composite ligno-cellulosique susceptible d’être obtenu par le procédé tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il est renforcé par l’extérieur.
- Utilisation du matériau composite ligno-cellulosique selon la revendication 10 pour la fabrication de contenants, pièces ou surfaces.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2101960A FR3120206A1 (fr) | 2021-03-01 | 2021-03-01 | Procede de fabrication d’un materiau composite ligno-cellulosique et materiau composite obtenu par ce procede |
| EP22711265.3A EP4301564A1 (fr) | 2021-03-01 | 2022-02-28 | Procede de fabrication d'un materiau composite ligno-cellulosique et materiau composite obtenu par ce procede |
| PCT/FR2022/050356 WO2022185001A1 (fr) | 2021-03-01 | 2022-02-28 | Procede de fabrication d'un materiau composite ligno-cellulosique et materiau composite obtenu par ce procede |
| US18/240,430 US20240157597A1 (en) | 2021-03-01 | 2023-08-31 | Method for producing a lignocellulosic composite material and composite material obtained by this method |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2101960A FR3120206A1 (fr) | 2021-03-01 | 2021-03-01 | Procede de fabrication d’un materiau composite ligno-cellulosique et materiau composite obtenu par ce procede |
| FR2101960 | 2021-03-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3120206A1 true FR3120206A1 (fr) | 2022-09-02 |
Family
ID=76920825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2101960A Pending FR3120206A1 (fr) | 2021-03-01 | 2021-03-01 | Procede de fabrication d’un materiau composite ligno-cellulosique et materiau composite obtenu par ce procede |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240157597A1 (fr) |
| EP (1) | EP4301564A1 (fr) |
| FR (1) | FR3120206A1 (fr) |
| WO (1) | WO2022185001A1 (fr) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115678637B (zh) * | 2022-11-28 | 2024-03-22 | 徐州工程学院 | 双组份离子液体作为润滑剂的应用及其水-甘油润滑剂组合物 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR858764A (fr) * | 1938-10-26 | 1940-12-03 | Torfit Werke G A Haseke & Co | Dalles et plaques, portes, cloisons et autres éléments utilisables dans le bâtiment |
| JPS60229704A (ja) * | 1984-04-27 | 1985-11-15 | Ain Eng Kk | 木質様断熱板の成形方法 |
| JPS61102211A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-20 | Matsushita Electric Works Ltd | パ−テイクルボ−ドの製造方法 |
| EP0328533A1 (fr) * | 1986-10-03 | 1989-08-23 | Rune Simonson | Procede pour la fabrication de produits contenant des fibres de materiau lignocellulosique. |
| WO2003099533A1 (fr) * | 2002-05-24 | 2003-12-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Procede pour produire des panneaux osb |
| WO2017098149A1 (fr) | 2015-12-07 | 2017-06-15 | Boitouzet Timothée | Procédé de délignification partielle et de remplissage d'un matériau ligno cellulosique, et structure de matériau composite susceptible d'être obtenue par ce procédé |
| WO2018224598A1 (fr) | 2017-06-07 | 2018-12-13 | Boitouzet Timothee | Procédé de délignification partielle par voie supercritique ou subcritique et de remplissage d'un matériau ligno-cellulosique |
-
2021
- 2021-03-01 FR FR2101960A patent/FR3120206A1/fr active Pending
-
2022
- 2022-02-28 EP EP22711265.3A patent/EP4301564A1/fr active Pending
- 2022-02-28 WO PCT/FR2022/050356 patent/WO2022185001A1/fr active Application Filing
-
2023
- 2023-08-31 US US18/240,430 patent/US20240157597A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR858764A (fr) * | 1938-10-26 | 1940-12-03 | Torfit Werke G A Haseke & Co | Dalles et plaques, portes, cloisons et autres éléments utilisables dans le bâtiment |
| JPS60229704A (ja) * | 1984-04-27 | 1985-11-15 | Ain Eng Kk | 木質様断熱板の成形方法 |
| JPS61102211A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-20 | Matsushita Electric Works Ltd | パ−テイクルボ−ドの製造方法 |
| EP0328533A1 (fr) * | 1986-10-03 | 1989-08-23 | Rune Simonson | Procede pour la fabrication de produits contenant des fibres de materiau lignocellulosique. |
| WO2003099533A1 (fr) * | 2002-05-24 | 2003-12-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Procede pour produire des panneaux osb |
| WO2017098149A1 (fr) | 2015-12-07 | 2017-06-15 | Boitouzet Timothée | Procédé de délignification partielle et de remplissage d'un matériau ligno cellulosique, et structure de matériau composite susceptible d'être obtenue par ce procédé |
| WO2018224598A1 (fr) | 2017-06-07 | 2018-12-13 | Boitouzet Timothee | Procédé de délignification partielle par voie supercritique ou subcritique et de remplissage d'un matériau ligno-cellulosique |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240157597A1 (en) | 2024-05-16 |
| EP4301564A1 (fr) | 2024-01-10 |
| WO2022185001A1 (fr) | 2022-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101487644B1 (ko) | 고성능의 리그노셀룰로오스 섬유 복합체 재료의 제조방법 | |
| EP0039292B1 (fr) | Matériau en feuille transformable, par moulage, estampage ou thermoformage en un produit fini, comportant des fibres de renforcement, une résine thermoplastique en poudre, et procédé de préparation dudit matériau | |
| CA2208344C (fr) | Methode pour l'obtention de combinaisons de residus ligneux thermodurcissables lies par des resines et melanges a des polymeres thermoplastiques | |
| US6210616B1 (en) | Profile extrusion of thermoplastic composites with high filler content | |
| FR3120206A1 (fr) | Procede de fabrication d’un materiau composite ligno-cellulosique et materiau composite obtenu par ce procede | |
| JPH08504701A (ja) | 補強複合材料製品の成形方法 | |
| JP2017145392A (ja) | セルロース繊維分散ポリエチレン樹脂複合材、それを用いた成形体及びペレット、並びに、セルロース繊維付着ポリエチレン薄膜片のリサイクル方法 | |
| JP2017145393A (ja) | セルロース繊維分散ポリエチレン樹脂複合材、それを用いた成形体及びペレット、並びに、セルロース繊維分散ポリエチレン樹脂複合材の製造方法 | |
| JP6284672B2 (ja) | セルロース繊維分散ポリエチレン樹脂複合材の製造方法、及びセルロース繊維付着ポリエチレン薄膜片のリサイクル方法 | |
| CA2792152C (fr) | Procede et dispositif d'extrusion pour fabrication d'elements de poutre en profile ferme | |
| Dintcheva et al. | Recycling of the “light fraction” from municipal post‐consumer plastics: effect of adding wood fibers | |
| US7108901B2 (en) | Shim | |
| EP3224013B1 (fr) | Procede de surmoulage sur un insert plastique et piece automobile obtenue par ce procede | |
| Gardner et al. | Additive manufacturing of wood-based materials for composite applications | |
| Jiang et al. | An online extrusion-compression molding method to produce wood plastic composite packaging boxes | |
| WO2023118383A1 (fr) | Pièce en matériau composite recyclé et procédé de fabrication | |
| WO2023118385A1 (fr) | Copeau en matériau composite recyclé et procédé de fabrication | |
| US20220275175A1 (en) | Materials and Methods | |
| FR2620968A1 (fr) | Semi-produits sous forme de feuilles thermoplastiques renforcees a fluidite a chaud amelioree | |
| CN110578268A (zh) | 一种工业淋膜纸及其制备工艺 | |
| JP2001252960A (ja) | 熱可塑性複合材料成形体及びその製造方法 | |
| Wimmer et al. | From Waste to Value–Composite Materials from Industrial Process Wastes | |
| US20220314590A1 (en) | Materials and Methods | |
| EP0228952B1 (fr) | Procédé de fabrication par moulage d'objet en matière synthétique | |
| KR102586863B1 (ko) | 목재칩을 이용한 구조용 판상재(SB, structural board) 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20220902 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |