OA21402A - Matériaux composites à base de matières plastiques et fibres végétales notamment les balles de riz, leurs procédés de fabrication et leurs utilisations. - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte au domaine des matériaux composites. L'invention porte également sur le procédé d'obtention d'un tel matériau et sur l'utilisation d'un tel matériau pour réaliser des revêtements de toiture et pour la production de mobiliers ou produits analogues, ledit matériau est obtenu à partir des étapes ciaprès ; a) fusion des films plastiques ou granulés plastiques recyclés et/ou neufs avec des fibres d'origine végétale, b) mixture et malaxage homogène desdites plastiques et fibres par l'ajout d'adjuvant jusqu'à l'obtention de granulats à travers une extrudeuse ou non, c) thermoformage des granulats soit par une ligne d'extrusion soit par pression mécanique sous une presse moule chauffante pour produire des matériaux à dimensions et formes variables sollicitées. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un écomatériau ayant des propriétés mécaniques, thermiques, hydriques et acoustiques et présente les avantages d'être plus résistant, plus souple, plus isolant et étanche.

Description

La présente invention se rapporte au domaine des matériaux composites. L’invention porte également sur le procédé d’obtention d’un tel matériau et sur rutilisation d’un tel matériau pour réaliser des revêtements de toiture et pour la production de mobiliers ou produits analogues.

De manière générale, les matériaux composites sont soit des matériaux reconstitués à partir de produits isolés d’origine végétale, soit des produits isolés d'origine végétale, mélangés à des matériaux d’origine synthétique, tels que des polymères.

On connaît par W02006/031522 des matériaux composites à base de matériaux bois et de non tissés renforcés par un liant de stade ‘’B. Les tissus non tissés de base sont connus, par exemple, d'après US-A-5 837 620, US-A-303 207 et US-A-6 331 339. On connaît aussi dans l’état de la technique des matériaux composites obtenus à partir des matières plastiques et/ou des matières végétales.

Si les technologies ci-dessus décrites ont le mérite d’être mises au point soit pour permettre la fabrication de matériaux de construction, soit la fabrication de faux plafonds, elles présentent tout de même des limites. En effet les matériaux composites présentent une forme de porosité qui conduit à un bruit acoustique. Ce sont donc des matériaux moins isolants et hydriques. Il s'agissait donc d'optimiser les produits déjà connus en ce qui concerne leurs propriétés technologiques d'application et les processus de fabrication.

Ce but est atteint par un matériau composite composé d'un renfort constitué de matière d'origine synthétique et de matière à base de fibres ou d'un mélange de fibres, la ou les fibres provenant des déchets d’origine végétale.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le matériau est obtenu à partir des étapes ci-après ; a) fusion des films plastiques ou granulés plastiques recyclés et/ou neufs avec des fibres d’origine végétale, b) mixture et malaxage homogène desdites plastiques et fibres par l’ajout d’adjuvant jusqu’à l’obtention de granulats à travers une extrudeuse ou non, c) thermoformage des granulats soit par une ligne d’extrusion soit par pression mécanique sous une presse moule chauffante pour produire des matériaux à dimensions et formes variables sollicitées.

Le procédé selon l'invention permet d’obtenir un éco-matériau ayant des propriétés mécaniques, thermiques, hydriques et acoustiques et présente les avantages d'être plus résistant, plus souple, plus isolant et étanche.

Les matières végétales conformément à l’étape a) sont des balles de riz ou tout autre type fibres, broyées ou non.

Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, les adjuvants utilisés sont des colorants ou stabilisant thermiques ou des ignifugeants.

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Un procédé de fabrication du matériau composite selon l'invention consiste, dans une première étape, à ajouter des fibres aux éléments aux granulés plastiques pour obtenir des compounds issus de l’étape de mixture-malaxage, et à poursuivre les étapes de thermoformage ou d’extrusion pour obtenir le type de matériau souhaité.

Selon une autre variante avantageuse, le ratio en poids fibres végétales/matières plastiques est compris entre 15% et 80%, de préférence entre 20% et 75%.

La particularité de combiner les balles de riz et les matières plastiques est que les matériaux obtenus peuvent servir à plusieurs usages, c’est-à-dire soit pour les revêtements de toitures, soit pour les faux-plafonds, soit pour les revêtements de sol ou de mur, soit pour la production de mobiliers ou produits analogues. En effet, les balles de riz sont des biomasses lignocellulosiques ayant des fibres très résistantes à la chaleur (chaleur > 180°C). Elles constituent un bon liant pour un mélange avec des granulés plastiques fondu (PE/PP/PET). Elles ont une masse volumique de 120 kg/m³, contrairement aux granulés plastiques dont la masse volumique est de 950 kg/m³. Ce qui permet d’obtenir après un mélange homogène à chaud à température variant entre 160 - 250°C à pourcentage bien étudié, un matériau léger, résistant et isolant pour assurer le confort thermique au sein des habitations.

Aussi du point de vue nutritionnel, les balles de riz possèdent un faible taux de digestibilité, elles ne sont donc pas utilisées pour l’alimentation du bétail. D’où leur relative abondance. L’utilisation des matières plastiques offre une meilleure alternative de valorisation et de recyclage des déchets plastiques qui causent une pollution des sols et des cours d’eau de même que la perte de bon nombre de bétail due à l’indigestion de ladite matière. Cela constitue donc un moyen efficace de lutte contre la pollution de l’environnement, en même temps que cela permet la fabrication d’éco matériaux.

La présente invention sera mieux comprise et ses avantages ressortiront bien des étapes suivantes qui l’illustrent, sans nullement la limiter.

Etape 1 : obtention de la matière première

Les matières plastiques peuvent être neuves ou recyclées, sous forme de granulés. Pour l’obtention de la matière recyclée, les déchets plastiques sont collectés, triés broyés puis lavés et essorés avant de subir la densification.

Les fibres végétales de préférence les balles de riz sont broyées et/ou tamisés.

Etape 2 : mixture et malaxage

Cette étape consiste en un mélange des granulés plastiques et de fibres végétales au sein d’un mixeur suivi de malaxage homogène avec, facultativement, des additifs tels que des colorants en poudre, des stabilisateurs thermiques ou des ignifugeants, pour

Page 2 sur 8 l’obtention de matériaux compounds à coloration souhaitée de préférence l’oxyde de fer et pour assurer le renforcement des propriétés mécaniques, thermiques et hydriques desdits matériaux composite.

Etape 3 : thermoformage ou extrusion

Une fois le mélange rendu homogène, il est transformé en granulats à travers une extrudeuse ou non. Ensuite, les granulats obtenus sont traités, soit par une ligne d’extrusion pour produire des matériaux à dimensions et formes variables, soit par compression mécanique sous une presse moule chauffante pour produire des matériaux à dimensions et formes variables.

Selon une variante de l’invention, les compounds sont versés à l’intérieur du moule puis acheminés dans un thermofour à une température comprise entre 180 et 250°, et à l’aide d’une presse lesdits compounds ramollis sont compactés pour obtenir des panneaux de formes variables en fonction du moule utilisé.

Selon une autre variante de l’invention, les compounds sont versés à l’intérieur de la ligne d’extrusion qui à travers les vis d’extrusion chauffent lesdits compounds pour produire des matières compactables de forme rectangulaire, carrée, circulaire ou tout autre forme.

Selon une autre variante préférée de l’invention, différents types de matériaux composites peuvent être obtenus à partir des compounds versés à l’intérieur du thermofour, ledit type de matière pouvant être obtenu selon le type de moule. Ainsi peuvent être des matériaux composites du genre sanitaire, mobilier de bureau, mobiliers scolaire, revêtement de sol, mur.

Selon une autre variante préférée de l’invention, des matériaux composites de genre balise peut être obtenus en appliquant le principe de l’extrusion et en y utilisant le moule adéquat.

Ainsi, comme l’attestent les tableaux 1 & 2 ainsi que les figures des planches I/II, ΙΙ/Π, la composition granulée plastique recyclée PE chargé de 20 à 30% en balles de riz permet d’obtenir un éco matériau ayant les propriétés suivantes :

propriétés mécaniques o une densité moyenne de 1,2 ;

o un poids spécifique de 14 kg/m² ;

o et une résistance à la rupture par flexion de 16 N/mm² ;

propriétés thermiques o une conductivité thermique de 0.34 W/mK ;

o une capacité thermique volumique de 2.733 MJ/m³.K o et une dilatation thermique surfacique de 2.35^E-04 m²/m^2OC

Page 3 sur 8 propriétés hydriques o une parfaite étanchéité avec un taux d’imperméabilité d’environ 99.2 et un taux d’absorption nulle.

propriétés acoustiques.

Les matériaux ainsi obtenus, constitués d’un mélange homogène à pourcentages différents de granulés plastiques PE et de balles de riz, peuvent être utilisés pour la production de revêtements de toiture, et/ou servir à la fabrication de meubles de tous genres, ou à la fabrication de tous autres produits. La composition donnant le meilleur compromis entre module d’Young (planche I/II) et contrainte élastique (II/II) est celle 10 dont la charge en balle de riz est comprise entre 20% et 30%.

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PLANCHE Ι/Π

Module d'Young de traction
1Afin -
1UUU onn -
oUU CO o> cnn _		·		«	►	E max
UUU ΛηΑ -		k < 1 k « k	►			♦ E moyen
4UU ‘ΪΠΛ -
ZUU
0,00% 1,00% 5,00% 10,00% 20,00% 30,00% 50,00% % en balle de riz

Figure 1 : Courbe de tendance des modules d’Young de traction, en fonction du % en balle de riz

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PLANCHE Π/Π

Contrainte élastique de flexion

% balle de riz

Figure 2 : Courbe de tendance des contraintes élastiques de traction, en fonction du % balle de riz

Claims (12)

1. Matériau composite caractérisé en ce qu’il est obtenu à partir d’un mélange de matières d’origine synthétique et de matières à base de fibres ou d’un mélange de fibres, la ou les fibres provenant des déchets d’origine végétale plus particulièrement les balles de riz.

2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matières d’origine synthétique sont constituées de matières plastiques neuves ou recyclées sous forme de granulés ou non, les matières à base de fibres végétales étant constituées de balles de riz broyées et/ou tamisés avec facultativement des additifs tels que des colorants en poudre, des stabilisateurs thermiques ou des ignifugeants.

3. Matériau composite selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ratio en poids fibres végétales / matières plastiques est compris entre 15% et 80%, de préférence entre 20% et 75%.

4. Matériau composite selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ledit matériau présente des propriétés mécaniques, thermiques, hydriques et acoustiques.

5. Matériau composite selon l’une quelconque des revendication, caractérisé en ce que du point de vue des propriétés mécaniques ledit matériau présente une densité moyenne de 1,2, une résistance à la rupture par flexion de 16N/mm2.

6. Matériau composite selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que du point de vue des propriétés thermiques, ledit matériau présente une conductivité thermique de 0,34w/mK, une capacité thermique volumique de 2.733 MJ/m3K et une dilatation thermique surfacique de 2.35E-04 m²/m^2OC

7. Matériaux composites selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que du point de vue de propriétés hydriques, ledit matériau a une étanchéité avec un taux d’imperméabilité d’environ 99.2 et un taux d’absorption nulle.

8. Procédé de fabrication de matériau selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) fusion des films ' plastiques ou granulés plastiques recyclés et/ou neufs avec des fibres' d’origine végétale, b) mixture et malaxage homogène desdites plastiques et fibres par l’ajout d’adjuvant jusqu’à l’obtention de matériaux compounds c) thermoformage ou extrusion des compounds pour produire des matériaux composites à dimensions et formes variables sollicitées.

9. Procédé de fabrication de matériau composite selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que les compounds sont versés à l’intérieur du moule puis acheminés dans un thermofour à température variable, et à l’aide

Page 7 sur 8 d’une presse lesdits compounds ramollis sont compactés pour obtenir des panneaux de formes variables en fonction du moule utilisé.

10. Procédé de fabrication de matériau composite selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en les compounds sont versés à l’intérieur de la ligne d’extrusion qui à travers les vis d’extrusion chauffent lesdits compounds pour produire des matières compactables de forme rectangulaire, carrée, circulaire ou tout autre forme selon le type de moule utilisé.

11. Procédé de fabrication de matériau composite, selon l’une quelconque des revendications, caractérisé en ce que différents types de matériaux composites sont obtenus à partir des compounds versés à l’intérieur du thermofour en y ajoutant au bout de la chaîne le type de moule désiré.

12. Utilisation du matériau composite selon l’une quelconques des revendications, caractérisé en ce que lesdits compounds ramollis permettent la fabrication de revêtement de toiture, faux-plafonds, revêtement de sol, sanitaires, mobiliers, balises.