WO2011104471A1 - Traverse de chemin de fer - Google Patents

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WO2011104471A1
WO2011104471A1 PCT/FR2011/050361 FR2011050361W WO2011104471A1 WO 2011104471 A1 WO2011104471 A1 WO 2011104471A1 FR 2011050361 W FR2011050361 W FR 2011050361W WO 2011104471 A1 WO2011104471 A1 WO 2011104471A1
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WO
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composition
railway
fibers
copolymers
sleepers
Prior art date
Application number
PCT/FR2011/050361
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English (en)
Inventor
Eric Perraud
René MAILLOT
Ludovic Hardouin-Duparc
Original Assignee
Arkema France
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP11712614A priority patent/EP2539508A1/fr
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B3/00—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails
    • E01B3/44—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from other materials only if the material is essential
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse

Definitions

  • the present invention relates to the use of a composition based on thermoplastic resin and natural fibers, in particular plant fibers for the manufacture of railway ties.
  • Railway rails are usually laid on sleepers or slabs.
  • Railway sleepers of rectangular parallelepipedal shape, are generally made of oak, pine or fir wood, some tropical wood being also used.
  • Metal sleepers generally made of cast iron or steel, are also known; offering similar trim and resistance conditions to wooden sleepers. Their lifespan is more important, but their cost is much higher and they are more sonorous.
  • Reinforced concrete sleepers of different types are also used (monobloc sleepers, crosspieces consisting of two blocks linked by a metal spacer). For economic reasons, the concrete crossbar is gradually supplanting the wooden crossbar which has had widespread use worldwide since the last century.
  • the invention therefore firstly relates to the use of a composition comprising at least one thermoplastic material and natural and preferably vegetable fibers, in particular of the lignocellulosic or cellulosic type, for the manufacture of railway ties. .
  • railway sleepers means sleepers intended for all means of transport requiring traffic on rails, in particular trains, tramways, and subways.
  • the composition comprises 10 to 90% and preferably 25 to 70% by weight of thermoplastic material relative to the total weight of the composition.
  • Thermoplastic materials being less hard than concrete, they have a good compatibility with the ballast and limit the sliding of sleepers.
  • the thermoplastic material is chosen from polymers and copolymers of ethylene, polymers and copolymers of propylene, polymers and copolymers of butylene, and polyvinyl chloride and copolymers of polyvinyl chloride.
  • polymer should be understood broadly in the sense of the present invention, and includes polymers as well as copolymers or terpolymers.
  • thermoplastic material is chosen from a PVC resin or crosslinked polyethylene. This avoids the composition has significant creep, or the composition has two types of aging mode, ductile and fragile.
  • thermoplastic material that is suitable for carrying out the invention, of polymers based on polyethylene, in particular high-density polyethylene, ethylene-propylene copolymers, ethylene-acrylate copolymers, ethylene-vinyl alcohol copolymers and ethylene-vinyl acetate copolymers, polypropylene and polybutylene.
  • the acrylate comonomers are generally alkyl (meth) acrylates, for example, butyl acrylates.
  • the thermoplastic resin is advantageously polyvinyl chloride (PVC) or a mixture of PVC and a compatible polymer selected from copolymers or terpolymers vinyl chloride and vinyl acetate (VCA / A) or vinyl chloride and acrylic derivative (VC / DA), thermoplastic polyurethanes (TPU), thermoplastic polyetheresters, ethylene / vinyl monomer (EVA) copolymers, ethylene / vinyl monomer / carbonyl terpolymers, melt-processable acrylic elastomers, polyamide block copolymers and polyether or polyether block copolymers, chlorinated or chlorosulfonated polyethylenes, ethylene / polyethylene polymers alkyl (meth) acrylate or (meth) acrylic acid functionalized or not, MBS core-shell polymers, terpol ymers SBM block, PVDF and
  • polyvinyl chloride has other advantages over the use of polyolefins. By way of example, mention may be made of a better resistance to oils and greases, or better resistance to bad weather.
  • the water absorption of a composition comprising PVC and wood as vegetable fibers is about 1.5% versus about 3% for a composition in which the PVC would be replaced by a polyolefin.
  • compositions used in the sleepers exhibit excellent behavior over time, particularly as regards resistance to climatic stress, especially in external exposure.
  • natural fibers are understood to mean fibers of animal, vegetable or mineral origin.
  • plant fibers are fibers of the lignocellulosic or cellulosic type.
  • the preferred plant fibers according to the invention are wood fibers.
  • the plant fibers may consist of crushed fibers identical to those developed for particle boards.
  • the plant fibers according to the invention are preferably lignocellulosic fibers.
  • the preferred plant fibers according to the invention are fibers originating from a softwood which have a length to diameter ratio which is higher than that of hardwoods.
  • composition preferably comprises 5 to 85% or better at 30 to
  • the plant fibers used in the compositions which are the subject of the invention have a moisture content of 8% by weight or less.
  • a moisture content of 8% by weight or less.
  • 1% to 8% by weight for example 1% to 8% by weight.
  • Vegetable fibers are valued for their reinforcing and insulating properties thermally and phonically. Combined with a thermoplastic matrix, these fibers provide an ecological alternative to more traditional railway sleepers, which would be made of concrete for example or exclusively from a polymer derived from fossil resources.
  • composition implemented in the sleepers object of the invention also meets a need for eco-design.
  • plant fibers can be derived from residues and wood waste, thus being valued, just like thermoplastic polymers, which can be derived from recycling.
  • sleepers which may comprise thermosetting resins, difficult to reprocess or those comprising glass fibers, which tend to cause abrasion of the material used at the time of recycling.
  • Wood fiber can also be derived from sustainable forest management programs, thereby improving the carbon footprint of the composition.
  • the product will advantageously be manufactured near a source of vegetable fibers, or near a source of thermoplastic resin.
  • the site selected for the production of sleepers will have a rail access to easily evacuate them.
  • composition implemented in the sleepers object of the invention has mechanical properties, including stiffness, resistance to loads and impacts sufficient to allow application as a railroad crossing.
  • the composition used in the sleepers object of the invention comprises an equi-weight mixture of thermoplastic material and plant fibers.
  • Such a composition makes it possible to obtain excellent mechanical properties.
  • the composition defined above a so-called “matrix” composition
  • a surface layer comprising a thermoplastic resin, a filler, ⁇ 2, a shock additive, and optionally a stabilizer.
  • This surface layer makes it possible to further improve the resistance to water, to the gel, the resistance to UV, to the weed killers, the impact resistance, and / or the hydrocarbon resistance, in particular the oils, of the matrix composition. defined above.
  • the composition and the surface layer have been obtained by a coextrusion process.
  • the thermoplastic resin is preferably chosen from polyvinyl chloride (PVC) or a mixture of PVC and a compatible polymer chosen from copolymers or terpolymers vinyl chloride and vinyl acetate (VCA / A) or vinyl chloride and derivative acrylic (VC / DA), thermoplastic polyurethanes (TPU), thermoplastic polyetheresters, ethylene / vinyl monomer (EVA) copolymers, ethylene / vinyl monomer / carbonyl terpolymers, elastomers melt-processable acrylics, polyamide block copolymers and polyether or polyether block copolymers, chlorinated or chlorosulfonated polyethylenes, ethylene / alkyl (meth) acrylate or functionalized or non-functionalized (meth) acrylic polymers, core polymers -shell type MBS, SBM block terpolymers, PVDF and polyamide resins powder.
  • the thermoplastic resin used is a Kwert polyvinyl chloride (PVC) or a
  • the so-called matrix composition and the surface layer may furthermore comprise one or more additives chosen from:
  • plasticizers one or more plasticizers
  • lubricants such as stearic acid and its esters (including COGNIS Loxiol® G12), waxy esters (including Loxiol® G70 S from COGNIS), polyethylene waxes, paraffin wax or acrylic lubricants (of which Plastistrength®, in particular L1000, from ARKEMA),
  • inorganic or organic pigments such as carbon black or titanium dioxide
  • thermal and / or UV stabilizers such as stearates of tin, lead, zinc, cadmium, barium or sodium, including the Thermolite® from ARKEMA,
  • co-stabilizers such as epoxidized natural oils, in particular epoxidized soybean oils such as Ecepox® PB3 from Arkema,
  • antioxidants for example phenolic, sulfuric or phosphitic,
  • fillers or reinforcements in particular talc, calcium carbonate, mica or wollastonite, glass or metal oxides or hydrates, or else barytes,
  • anti-shock agents such as MBS copolymers, including ARKEMA's Clearstrength® C303H, and core-shell acrylic modifiers such as ARKEMA's Durastrength®, blowing agents such as azodicarbonamides, azobisobutyronitrile, diethyl azobisobutyrate.
  • flameproofing agents including antimony trioxide, zinc borate and brominated or chlorinated phosphate esters, which will preferably be added in admixture with the vegetable fibers, and
  • additives may for example represent from 1 to 10% of the total weight of the so-called matrix composition, or of the surface layer.
  • the invention also relates to a railroad cross member comprising a composition as defined above.
  • the crosspiece has a brushing or surface graining to increase its roughness.
  • the crossmember may also have a longitudinally corrugated base and a transverse hollow machining.
  • the surface of the profile is advantageously convex to facilitate the flow of water and avoid frost problems.
  • the crossmember may be in the form of a material that can be:
  • the cells When the cross member is in alveolar form, the cells may be partially or completely filled with PVC resin, for example expanded PVC resin.
  • PVC resin for example expanded PVC resin.
  • the crossbar may be equipped in the upper part with a saddle support for receiving the rail, said saddle optionally comprising an insulating sole for example of rubber intended to damp the vibrations, and a mechanical stop, the all screwed elastically on a spring with turns, blade or coil to avoid longitudinal sliding.
  • the rail can also be clipped to the saddle to avoid the risk of unscrewing due to vibration.
  • the railway sleeper may also include vertical, horizontal and / or oblique partitions positioned to improve the pull-out resistance of the screws and the compressive strength.
  • the railroad tie may comprise vertical, horizontal and / or oblique partitions.
  • the density of the partitions will be a function of the weight goal of the crossmember.
  • the crossbar can be equipped with caps that can be used as spade, anchored in the ballast.
  • the crossbar can also be shrunk by a metal or plastic collar to prevent corrosion.
  • dowels made of PVC resin or polyamide can be used.
  • the ankle will also serve as a seal to prevent water ingress into the transom.
  • one or both ends of the crossbar can be equipped with a cap.
  • the crossbar may consist of one or more profile (s), obtained (s) by a process of extrusion of the composition as defined above.
  • it may comprise one or more profiled elements superimposed and fixed by gluing, screwing or clipping.
  • the number of profiled elements can vary, so that several dimensions of fafe sleepers are accessible with few tools.
  • the cross member comprises a matrix and an upper layer, said cross member can be obtained by a coextrusion process.
  • the cross is equipped in the lower part, a support plate, the cross member and the soleplate can be obtained by a coextrusion process.
  • the crossmember consists of several profiled elements 2, 3, 4 and 5.
  • the profiled elements have a shape allowing their nesting.
  • the surface of each of these elements may be covered with a surface layer 6 whose composition has been defined above.
  • a surface layer 6 whose composition has been defined above.
  • only the parts of the profiled elements 2, 3, 4 and 5, which will finally come into contact with the ambient air after assembly of the profiled elements are covered with a surface layer 6.
  • the profiled elements 2, 3, 4 and 5 may comprise grooved portions 8.
  • the cross member 1 may include voids 7 for both lighten the crossbar 1, but also to facilitate the manufacture of each profiled element 2, 3, 4 or 5.
  • the crosspiece comprises 5 to 40% and preferably 20 to 30% of vacuum with respect to the total volume of the crossbar 1.
  • the invention also relates to a process for obtaining a railway tie as defined above, in which the thermoplastic material and the natural fibers are mixed and then extruded or injected at a temperature of between 150.degree. and 200 ° C a profile or a granulate of said composite.
  • the mixture of plant fibers with the thermoplastic material and the extrusion of the profile can be simultaneous.
  • an extruder When an extruder is implemented, it is fed for example with a propellant fiber disperser system.
  • the extruder can be fed with two gravimetric feeders; one for the optionally additive thermoplastic material and one for plant fibers.
  • the fibers will be advantageously compacted to prevent the voutage in the hopper and increase their bulk density.
  • the extruder comprises a degassing well.
  • an extrusion process is used rather than an injection process.
  • the machining and cutting of the sleepers can take place directly on the extrusion line, after the extrusion itself. Plates are made for the rail sole, and voids are made to allow insertion of the ballast and avoid lateral sliding.
  • the invention is further illustrated by the following non-limiting examples.
  • a PVC KW 58 type Lacovyl S 071 S (Arkema company) is introduced, 5 pcr of stabilizer type MC 9003 WP / 8 (Baerlocher company), heated up to at 110 ° C. to obtain a homogeneous composition (industrial formula FVP 3078 I-C2).
  • Composition A Lignocel® C 120 spruce wood fiber (Rettenmeier company)
  • Composition B Filtracel® cellulose fibers EFC 950 C or Arbocel BWW (Rettenmeier company)
  • Composition C Wood fibers MDF particleboard type (Isoroy company)
  • Composition D Wood fibers sawdust type (company SPPS)
  • Composition E Kraft paper pulp fibers, short-leaf type or long-type resinous type (Tembec company)
  • the fibers are crushed on a microniser mill equipped with Atex type SMF (Herbold company)
  • the fibers have an average particle size of preferably between 100 microns and 1 mm.
  • the preferred composition is composition A.
  • composition according to Example 1 is directly dosed with a K-CL-SFS type dosing device (K-Tron company) and one of compositions A to E according to Example 2 with a K-ML-KV2 type dosing device (company K-Tron).
  • K-CL-SFS type dosing device K-Tron company
  • K-ML-KV2 type dosing device company K-Tron
  • a small propeller disperser (EMF company) is introduced into the extrusion hopper which makes it possible to avoid the phenomena of vaulting and segregation in the hopper. This gives a regular extrusion.
  • Example 5 Compounding in the form of granules (optional step)
  • the PVC / fiber mixture obtained according to Examples 3 or 4 is introduced into the feed hopper of a Weber® 88 extruder.
  • the temperature profile is between 150 and 180 ° C.
  • the extruder is equipped with degassing (0.2 bar).
  • the material is cut at the top, air-cooled, sifted to 5 mm (bunches) and packaged in bags or big bags.
  • PVC / fibers according to Example 3 (powder), 4 (powder) or 5 (granules).
  • a color masterbatch (Holland Colors Company) can be introduced into the feed hopper using a doser (Plasticolor company).
  • the temperature profile is between 150 and 180 ° C.
  • the extruder is equipped with degassing (0.2 bar).
  • We work vis discovery and the mass temperature is 185 ° C.
  • the tooling (Techno Plast company) has the shape of the crossbar is 16 x 25 cm.
  • the extrusion line is equipped with a Techno Plast ® calibration bench (0.1 bar vacuum) and a Techno Plast® machine (0.2 m / min speed) -
  • the profiles are cut to the desired length 260 cm with saw
  • the properties of the product obtained are as follows
  • a coextrusion block can be used to surface a protective layer.
  • the layer is provided by a small twin-screw coextruder (Reifenhauser company)
  • the hot extrusion tool contains a head plate that allows the coextrusion of an elastomeric sole.
  • the thickness of the layer is one centimeter and the rigid PVC / flexible PVC adhesion is perfect.
  • the layer is provided by a small single-screw coextruder (Lescuyer company)
  • the flexible sole allows a better grip on the ballast and protects the rigid section from the attrition of the ballast.
  • the extrusion line can be equipped online:

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Abstract

La présente invention concerne l'utilisation d'une composition à base de résine thermoplastique et de fibres naturelles, notamment végétales pour la fabrication de traverses de chemin de fer destinées à tous les moyens de transports nécessitant une circulation sur des rails, en particulier les trains, les tramways, et les métros. La présente invention concerne aussi des traverses de chemin de fer réalisées à partir de ladite composition.

Description

TRAVERSE DE CHEMIN DE FER La présente invention concerne l'utilisation d'une composition à base de résine thermoplastique et de fibres naturelles, en particulier végétales pour la fabrication de traverses de chemin de fer.
Les rails de chemin de fer sont en général posés sur des traverses ou des dalles. Les traverses de chemin de fer, de forme parallélépipédique rectangulaire, sont généralement en bois chêne, pin ou sapin, certains bois tropicaux étant également utilisés. On connaît également des traverses métalliques, généralement en fonte ou en acier; offrant des conditions d'assiette et de résistance similaires aux traverses en bois. Leur durée de vie est plus importante, mais leur prix de revient est beaucoup plus élevé et elles sont plus sonores. On utilise également des traverses en béton armé de différents types (traverses monobloc, traverses constituées par deux blochets reliés par une entretoise métallique). Pour des raisons économiques, la traverse en béton supplante peu à peu la traverse en bois qui a connu un emploi généralisé dans le monde entier depuis le siècle dernier. Ces traverses présentent une grande souplesse de mise en œuvre, leurs dimensions et leur disposition sur la voie pouvant être adaptées aux contraintes de la voie concernée.
Bien que les performances statiques des traverses en béton soient satisfaisantes, leur rigidité importante nuit à l'absorption des charges dynamiques enregistrées par le passage des trains. De plus, ces traverses en béton n'offrent pas de garanties d'isolation électrique suffisantes. Enfin, leur poids engendre un coût de transport relativement élevé.
Pour surmonter ces problèmes, des traverses de rail en matière composite essentiellement à base de polyuréthane en général, sont de plus en plus utilisées. L'utilisation de matériaux composites a en effet beaucoup augmenté ces dernières années en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques, telle qu'une bonne résistance mécanique, une grande légèreté, ou leur résistance à la dégradation au cours du temps.
Ces traverses présentent cependant un coût élevé, et il existe toujours un besoin pour de nouvelles compositions à base de résine thermoplastique, destinées à être mises en œuvre dans des traverses en matériau composite, pouvant offrir une alternative aux traverses existantes.
L'invention a donc en premier lieu pour objet l'utilisation d'une composition comprenant au moins un matériau thermoplastique et des fibres naturelles et de préférence végétales, notamment du type ligno- cellulosique ou cellulosique, pour la fabrication de traverses de chemin de fer.
Par « traverses de chemin de fer », on entend, au sens de la présente invention les traverses destinées à tous les moyens de transports nécessitant une circulation sur des rails, en particulier les trains, les tramway, et les métros.
La composition comprend 10 à 90% et de préférence 25 à 70% en poids de matériau thermoplastique par rapport au poids total de la composition.
Les matériaux thermoplastiques étant moins durs que le béton, ils présentent une bonne compatibilité avec le ballast et limitent le glissement des traverses.
De préférence, le matériau thermoplastique est choisi parmi les polymères et copolymères de l'éthylène, les polymères et copolymères du propylène, les polymères et copolymères du butylène, et le polychlorure de vinyle et les copolymères du polychlorure du vinyle. Le terme « polymère » doit être compris au sens de la présente invention de manière large, et inclut aussi bien les polymères que les copolymères ou les terpolymères.
Dans un mode de réalisation particulier, le matériau thermoplastique est choisi parmi une résine PVC ou du polyéthylène réticulé. Cela permet d'éviter que la composition ne présente de fluage important, ou que la composition présente deux types de mode de rupture en vieillissement, ductile et fragile.
On peut également citer en tant que matériau thermoplastique convenant à la réalisation de l'invention les polymères à base de polyéthylène, en particulier de polyéthylène haute densité, les copolymères éthylène-propylène, les copolymères ethylène-acrylate, les copolymères éthylène-alcool vinylique et les copolymères éthylène-acétate de vinyle, le polypropylène et le polybutylène. Les comonomères acrylate sont généralement des alkyl(meth)acrylates, par exemple, des acrylates de butyle.
Afin d'obtenir une excellente résistance à l'inflammation (auto- extinguible) notamment lorsque des soudures et/ou du meulage de rails est effectué à proximité des traverses, la résine thermoplastique est avantageusement du polychlorure de vinyle (PVC) ou un mélange de PVC et d'un polymère compatible choisi parmi les copolymères ou terpolymères chlorure de vinyle et acétate de vinyle (VCA/A) ou chlorure de vinyle et dérivé acrylique (VC/DA), les polyuréthanes thermoplastiques (TPU), les polyétheresters thermoplastiques, les copolymères éthylène/monomère vinyilique (EVA), les terpolymères éthylène/ monomère vinylique/carbonyle, les élastomères acryliques processables à l'état fondu, les copolymères à blocs polyamide et à blocs polyéther ou polyétherblockamides, les polyéthylènes chlorés ou chlorosulfonés, les polymères éthylène/(méth)acrylate d'alkyle ou acide (méth)acrylique fonctionnalisés ou non, les polymères core-shell type MBS, les terpolymères bloc SBM, le PVDF et les résines polyamides en poudre . Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la résine thermoplastique utilisée est un polychlorure de vinyle (PVC) de Kwert compris entre 50 et 80.
La mise en œuvre de polychlorure de vinyle présente encore d'autres avantages par rapport à l'utilisation de polyoléfines. A titre d'exemple on peut citer une meilleure résistance aux huiles et aux graisses, ou une meilleure tenue aux intempéries.
En particulier, l'absorption d'eau d'une composition comprenant du PVC et du bois à titre de fibres végétales est d'environ 1 ,5 % contre environ 3 % pour une composition dans laquelle le PVC serait remplacé par une polyoléfine.
Ainsi, les compositions mise en œuvre dans les traverses présentent une excellente tenue au cours du temps notamment en ce qui concerne la résistance aux agressions climatiques, en particulier en exposition extérieure.
L'imperméabilité de la composition, et sa transparence aux ondes permet enfin d'intégrer des éléments électriques ou électroniques dans les traverses. Par fibres naturelle on entend au sens de la présente invention des fibres d'origine animale, végétale ou minérale.
Par fibres végétales, on entend au sens de la présente description des fibres du type ligno-cellulosique ou cellulosique.
A titre d'exemple de telles fibres, on peut citer les fibres de kenaf, de coton, de jute, de lin, de chanvre, de miscanthus, de sorgho, de houblon, d'orties, de bois ou de sisal. Plus particulièrement les fibres végétales préférées selon l'invention sont les fibres de bois. En particulier, les fibres végétales peuvent être constituées de fibres broyées identiques à celles développées pour les panneaux de particules. Les fibres végétales selon l'invention sont de préférence les fibres ligno-cellulosiques. En particulier, les fibres végétales préférées selon l'invention sont des fibres issues d'un bois résineux, qui présentent un ratio longueur rapporté au diamètre, plus élevé que celui des feuillus.
La composition comprend de préférence 5 à 85 % ou mieux 30 à
70% en poids de fibres végétales par rapport au poids total de la composition.
De préférence, les fibres végétales mises en œuvre dans les compositions objets de l'invention présentent un taux d'humidité de 8% en poids ou moins. Par exemple 1 % à 8% en poids.
Les fibres végétales sont appréciées pour leurs capacités renforçantes et isolantes thermiquement et phoniquement. Associées à une matrice thermoplastique, ces fibres fournissent une alternative écologique à des traverses de chemin de fer plus traditionnelles, qui seraient réalisées en béton par exemple ou exclusivement à partir d'un polymère issu de ressources fossiles.
La composition mise en œuvre dans les traverses objet de l'invention répond également à un besoin d'éco-conception. En particulier les fibres végétales peuvent être issues de résidus et déchets de bois, se trouvant ainsi valorisés, tout comme les polymères thermoplastiques, pouvant être issus d'un recyclage.
De même, en fin de vie les traverses selon l'invention sont plus facilement recyclable que les traverses pouvant comprendre des résines thermodurcissables, difficiles à reprocesser ou celles comprenant des fibres de verre, qui ont tendance à provoquer une abrasion du matériel mis en œuvre au moment de leur recyclage. Les fibres de bois peuvent en outre être issues de programmes de gestion durable des forets, et améliorent ainsi l'empreinte carbone de la composition.
Pour limiter les émissions de CO2 lors du transport de traverses conformes à l'invention, le produit sera avantageusement fabriqué à proximité d'une source de fibres végétales, ou à proximité d'une source de résine thermoplastique. Idéalement le site retenu pour la production des traverses aura un accès ferroviaire pour évacuer facilement celles-ci.
La composition mise en œuvre dans les traverses objet de l'invention présente des propriétés mécaniques, notamment de rigidité, de résistance aux charges et aux impacts suffisante pour permettre une application en tant que traverse de chemin de fer.
De manière tout à fait préférée, la composition mise en œuvre dans les traverses objet de l'invention comprend un mélange équi-pondéral de matériau thermoplastique et de fibres végétales. Une telle composition permet d'obtenir d'excellentes propriétés mécaniques.
Dans un mode particulier, la composition définie ci-dessus, composition dite « matrice » est revêtue d'une couche de surface comprenant une résine thermoplastique, une charge, du ΤΊΟ2, un additif choc, et éventuellement un stabilisant.
Cette couche de surface permet d'améliorer encore la résistance à l'eau, au gel, la résistance aux U.V., aux désherbants, la résistance aux chocs, et/ou la résistance aux hydrocarbures, en particulier les huiles, de la composition matrice, définie ci-dessus.
De préférence, la composition et la couche de surface ont été obtenues par un procédé de coextrusion.
La résine thermoplastique est de préférence choisie parmi le polychlorure de vinyle (PVC) ou un mélange de PVC et d'un polymère compatible choisi parmi les copolymères ou terpolymères chlorure de vinyle et acétate de vinyle (VCA/A) ou chlorure de vinyle et dérivé acrylique (VC/DA), les polyuréthanes thermoplastiques (TPU), les polyétheresters thermoplastiques, les copolymères éthylène/monomère vinylique (EVA), les terpolymères éthylène/ monomère vinylique/carbonyle, les élastomères acryliques processables à l'état fondu, les copolymères à blocs polyamide et à blocs polyéther ou polyétherblockamides, les polyéthylènes chlorés ou chlorosulfonés, les polymères éthylène/(méth)acrylate d'alkyle ou acide (méth)acrylique fonctionnalisés ou non, les polymères core-shell type MBS, les terpolymères bloc SBM, le PVDF et les résines polyamides en poudre . Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la résine thermoplastique utilisée est un polychlorure de vinyle (PVC) de Kwert compris entre 50 et 80.
La composition dite matrice, et la couche de surface peuvent comprendre en outre un ou plusieurs additifs choisis parmi :
- un ou plusieurs plastifiants,
- des lubrifiants, tels que l'acide stéarique et ses esters (dont le Loxiol® G12 de COGNIS), les esters cireux (dont le Loxiol® G70 S de COGNIS), les cires de polyéthylène, la paraffine ou les lubrifiants acryliques (dont les Plastistrength®, notamment L1000, d'ARKEMA),
- des pigments minéraux ou organiques, tels que le noir de carbone ou le dioxyde de titane,
- des stabilisants thermiques et/ou UV, tels que les stéarates d'étain, de plomb, de zinc, de cadmium, de baryum ou de sodium, dont le Thermolite® d'ARKEMA,
- des co-stabilisants tels que les huiles naturelles époxydées, en particulier les huiles de soja époxydées telles que l'Ecepox® PB3 d'ARKEMA,
- des anti-oxydants, par exemple phénoliques, soufrés ou phosphitiques,
- des charges ou renforts, notamment du talc, du carbonate de calcium, du mica ou de la wollastonite, du verre ou des oxydes ou hydrates métalliques, ou encore de la baryte,
- des agents antistatiques,
- des fongicides et biocides,
- des agents anti-choc, tels que les copolymères de MBS, dont le Clearstrength® C303H d'ARKEMA, et les modifiants acryliques de type core-shell tels que les Durastrength® d'ARKEMA, - des agents gonflants tels que les azodicarbonamides, l'azo bis isobutyronitrile, le diéthyl azo-bis isobutyrate.
- des agents ignifugeants, dont le trioxyde d'antimoine, le borate de zinc et les phosphate esters bromés ou chlorés, qui seront de préférence ajoutés en mélange avec les fibres végétales, et
- leurs mélanges.
Ces additifs peuvent par exemple représenter de 1 à 10% du poids total de la composition dite matrice, ou de la couche de surface.
L'invention a également pour objet une traverse de chemin de fer comprenant une composition telle que définie ci-dessus.
De préférence, la traverse présente un brossage ou un grainage en surface permettant d'augmenter sa rugosité. La traverse peut également présenter une base ondulée longitudinalement et un usinage en creux transversal.
La surface du profilé est avantageusement convexe afin de faciliter l'écoulement de l'eau et éviter les problèmes de gel.
La traverse peut se présenter sous la forme d'un matériau qui peut être:
- compact,
- expansé afin de transférer les contraintes au sol, ou
- alvéolaire, ce qui permet en particulier un meilleur refroidissement de la traverse.
Lorsque la traverse se présente sous forme alvéolaire, les alvéoles peuvent être partiellement ou totalement remplies de résine PVC, par exemple de résine PVC expansée.
La traverse peut être équipée en partie supérieure, d'une selle d'appui destinée à recevoir le rail, ladite selle d'appui comprenant éventuellement une semelle isolante par exemple en caoutchouc destinée à amortir les vibrations, ainsi qu'une butée mécanique, le tout vissé élastiquement sur un ressort à spires, à lame ou à boudin pour éviter le glissement longitudinal. Le rail peut aussi être clipsé sur la selle pour éviter le risque de dévissage lié aux vibrations.
Pour améliorer l'adhérence au ballast, il est possible co-extruder un tapis sous ballast à base de PVC souple en même temps que la traverse elle-même. La traverse de chemin de fer peut également comprendre des cloisons verticales, horizontales et/ou obliques positionnées pour améliorer la résistance à l'arrachement des vis et la résistance à la compression.
De même, pour améliorer la résistance latérale, la traverse de chemin de fer peut comprendre des cloisons verticales, horizontales et/ou obliques. La densité des cloisons sera fonction de l'objectif de poids de la traverse. Pour améliorer encore la résistance latérale, la traverse peut être équipée de bouchons pouvant servir de bêche, ancrées dans le ballast. La traverse peut également être frettée par un collier métallique ou plastique pour éviter la corrosion.
Pour améliorer la répartition de la charge mécanique du tire-fond, on peut utiliser des chevilles en résine PVC ou en polyamide. La cheville servira également de joint pour éviter les infiltrations d'eau dans la traverse. Pour éviter la reprise d'humidité par les bords de la traverse, et l'installation d'animaux, en particulier d'insectes, on peut équiper une ou les deux extrémités de la traverse avec un chapeau.
La traverse peut être constituée d'un ou plusieurs profilé(s), obtenu(s) par un procédé d'extrusion de la composition telle que définie ci- dessus. Ainsi, celle-ci peut comprendre un ou plusieurs éléments profilés superposés et fixés par collage, par vissage ou par clipsage. Le nombre d'éléments profilés peut varier, de sorte que plusieurs dimensions de fafe traverses sont accessibles avec peu d'outillages. De même, lorsque la traverse comprend une matrice et une couche supérieure, ladite traverse peut être obtenue par un procédé de co-extrusion.
Pour améliorer l'adhérence au ballast, on peut, lorsque la traverse est produite par un procédé d'extrusion, co-extruder un tapis sous ballast à base de PVC en même temps que la traverse elle-même.
Ainsi, de préférence, la traverse est équipée en partie inférieure, d'une semelle d'appui, la traverse et la semelle pouvant être obtenues par un procédé de coextrusion.
La suite de la description se rapporte à la figure 1 , représentant une vue en coupe d'une traverse 1 .
La traverse est constituée de plusieurs éléments profilés 2, 3, 4 et 5. De préférence, les éléments profilés présentent une forme permettant leur emboîtement. La surface de chacun de ces éléments peut être recouverte d'une couche de surface 6 dont la composition a été définie ci-dessus. De préférence, seules les parties des éléments profilés 2, 3, 4 et 5, qui seront finalement en contact avec l'air ambiant après assemblage des éléments profilés sont recouvertes d'une couche de surface 6.
Pour faciliter leur assemblage par collage, les éléments profilés 2, 3, 4 et 5 peuvent comprendre des parties rainurées 8.
Enfin, la traverse 1 peut comprendre des vides 7 destinés à la fois à alléger la traverse 1 , mais également à faciliter la fabrication de chaque élément profilé 2, 3, 4 ou 5.
De préférence, la traverse comprend 5 à 40% et de préférence 20 à 30% de vide par rapport au volume total de la traverse 1 .
L'invention se rapporte également à un procédé d'obtention d'une traverse de chemin de fer telle que définie ci-dessus, dans lequel on mélange la matière thermoplastique et les fibres naturelles puis on extrude ou on injecte à une température comprise entre 150 et 200°C un profilé ou un granulat dudit composite.
Le mélange des fibres végétales avec le matériau thermoplastique et l'extrusion du profilé peuvent être simultanés.
Lorsqu'une extrudeuse est mise en œuvre, celle-ci est alimentée par exemple avec un système disperseur de fibres à hélice. L'extrudeuse peut être alimentée avec deux doseurs gravimétrique; un pour le matériau thermoplastique éventuellement additivé et un pour les fibres végétales.
Les fibres seront avantageusement compactées pour éviter le voutage dans la trémie et augmenter leur masse volumique apparente.
L'extrudeuse comprend un puits de dégazage.
De préférence, lorsque des traverses de grande longueur doivent être réalisées par exemple pour des aiguillages, on met en œuvre un procédé par extrusion, plutôt qu'un procédé par injection.
Dans le procédé objet de l'invention, l'usinage et la découpe des traverses peuvent avoir lieu directement sur la ligne d'extrusion, après l'extrusion elle-même. Des plats sont réalisés pour la semelle de rail, et des vides sont réalisés pour permettre l'insertion du ballast et éviter le glissement latéral. L'invention est en outre illustrée par les exemples non limitatifs suivants.
Exemple 1 : préparation du mélange sec ou « dry blend » PVC
Dans un mélangeur chauffeur rapide vertical type FM (société Henschel), on introduit un PVC KW 58 type Lacovyl S 071 S (société Arkema), on ajoute 5 pcr de stabilisant type MC 9003 WP/8 (société Baerlocher), on chauffe jusqu'à 1 10 °C pour obtenir une composition homogène (formule industrielle FVP 3078 I-C2).
Exemple 2 : type de fibres naturelles et préparation des fibres
Composition A : Fibres de bois origine épicéa Lignocel® C 120 (société Rettenmeier)
Composition B : Fibres de cellulose Filtracel® EFC 950 C ou Arbocel BWW (société Rettenmeier)
Composition C : Fibres de bois type panneau de particule MDF (société Isoroy)
Composition D : Fibres de bois type sciures de découpe (société SPPS)
Composition E : Fibres de pâtes à papier Kraft courtes type feuillu ou longues type résineux (Société Tembec)
Les fibres sont broyées sur un broyeur microniseur équipé Atex type SMF (société Herbold)
Les fibres ont une granulométrie moyenne de préférence comprise entre 100 microns et 1 mm. La composition préférée est la composition A.
Exemple 3 : préparation d'un mélange PVC/Bois préalable, conforme à l'invention
On introduit dans un mélangeur refroidisseur lent vertical type KM (société Henschel), 50 % en poids de la composition selon l'exemple 1 et 50 % en poids de l'une des compositions A à E selon l'exemple 2. Exemple 4 : préparation d'un mélange PVC/Bois "in situ" conforme à l'invention
On dose directement la composition selon l'exemple 1 avec un doseur type K-CL-SFS (société K-Tron) et l'une des compositions A à E selon l'exemple 2 avec un doseur type K-ML-KV2 (société K-Tron). On introduit dans la trémie d'extrusion un petit disperseur à hélice (société EMF) qui permet d'éviter les phénomènes de voûtage et de ségrégation dans la trémie. On obtient ainsi une extrusion régulière.
Exemple 5 : compoundage sous forme de granulés (étape facultative)
On introduit dans la trémie d'alimentation d'une extrudeuse Weber® 88 le mélange PVC/fibres obtenu selon les exemples 3 ou 4. Le profil de température est compris entre 150 et 180 °C. L'extrudeuse est équipée d'un dégazage (0,2 bar). La matière est coupée en tête, refroidie à l'air, tamisée à 5 mm (grappes) et conditionnée en sac ou en big bags.
Les propriétés du produit obtenu sont les suivantes
- Densité = 1400 kg/m3
- Absorption d'humidité = 1 ,5 %
Exemple 6 : préparation d'un profilé Dans une extrudeuse type Weber® DS 9 on extrude le mélange
PVC/fibres selon exemple 3 (poudre), 4 (poudre) ou 5 (granulés). On peut introduire dans la trémie d'alimentation un mélange maître colorant (société Holland Colours) à l'aide d'un doseur (société Plasticolor). Le profil de température est compris entre 150 et 180 °C. L'extrudeuse est équipée d'un dégazage (0,2 bar). On travaille vis découverte et la température de masse est de 185 °C. L'outillage (société Techno Plast) a la forme de la traverse soit 16 x 25 cm.
- La ligne d'extrusion est équipée d'un banc de calibrage Techno Plast ® (vide 0,1 bar) et d'une tireuse Techno Plast® (vitesse 0,2 m/min) - Les profilés sont coupés à la longueur souhaitée 260 cm avec scie Les propriétés du produit obtenu sont les suivantes
- Contrainte en traction = 35 MPa
- Module = 5500 MPa
- Vicat = 90 °C
- Coefficient d'expansion linéaire = 0,02 mm/m °C
Exemple 7 : préparation d'une coextrusion de surface pour le vieillissement
Comme l'outillage chaud utilisé pour l'extrusion est symétrique, on peut utiliser un bloc de coextrusion pour mettre en surface une couche de protection.
La couche est apportée par une petite coextrudeuse bivis (société Reifenhauser)
Exemple de composition résistant aux intempéries :
Lacovyl® S 1 10 P Arkema PVC KW 67 100
R 105 Dupont ΤΊΟ2 5
Omyalite® 95 T Omya Charge 10
Naftosafe® Chemson Stabilisant Ca/Zn 4
Durastrength® D200 Arkema Additif choc acrylique 6
Cette couche apporte des propriétés mécaniques, une tenue au vieillissement thermique et une protection contre l'humidité Exemple 8 : préparation d'une coextrusion de semelle pour l'adhérence au ballast
L'outillage chaud d'extrusion contient une plaque de tête qui permet la coextrusion d'une semelle élastomère.
L'épaisseur de la couche est d'un centimètre et l'adhésion PVC rigide/PVC souple est parfaite.
La couche est apportée par une petite coextrudeuse monovis (société Lescuyer)
Exemple de composition pour semelle : Lacovyl® S 7015 Arkema PVC KW 70 100
Jayflex® DIDP Exxon plastifiant 80
Chemigum® Eliokem Caoutchouc NBR 15
Lankroflex® Akcros Huile Soja Epoxydée6
Therm Chek® Ferro Stabilisant Ca/Zn 4
Satintone® BASF Kaolin 6
Licolub® Clariant Lubrifiants 1
Plastistrength® Arkema Processing aid 1
UN 2016 Cabot Noir de carbone 1 ,5
La semelle souple permet une meilleure accroche sur le ballast et protège la profilé rigide de l'attrition du ballast.
Exemple 9 : préparation des traverses
La ligne d'extrusion peut être équipée en ligne :
- d'une brosseuse (société Wholer) pour augmenter la rugosité de surface (semelle)
- d'un rouleau graineur (société Comerio) pour augmenter la rugosité de surface (semelle)
- d'une perceuse (société Bosch) pour faire les trous destinés à recevoir les tire-fonds.

Claims

Revendications
1 . Utilisation d'une composition comprenant au moins un matériau thermoplastique et des fibres naturelles et de préférence végétales, notamment du type ligno-cellulosique ou cellulosique, pour la fabrication de traverses de chemin de fer.
Utilisation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la composition comprend 10 à 90% et de préférence 25 à 70% en poids de matériau thermoplastique par rapport au poids total de la composition.
Utilisation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau thermoplastique est choisi parmi les polymères et copolymères de l'éthylène, les polymères et copolymères du propylène, les polymères et copolymères du butylène, et le polychlorure de vinyle.
Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les fibres végétales sont des fibres de bois.
Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisée en ce que la composition comprend un mélange éq pondéral de matériau thermoplastique et de fibres végétales.
Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la composition est revêtue d'une couche de surface comprenant une résine thermoplastique, une charge, du ΤΊΟ2, un additif choc, et éventuellement un stabilisant.
7. Utilisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la composition et la couche de surface ont été obtenues par un procédé de coextrusion.
8. Traverse de chemin de fer comprenant une composition telle que définie dans l'une des revendications 1 à 7.
9. Traverse de chemin de fer selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un ou plusieurs profilé(s), obtenu(s) par un procédé d'extrusion de la composition selon l'une des revendications 1 à 6.
10. Traverse de chemin de fer selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle est équipée en partie supérieure, d'une selle d'appui destinée à recevoir le rail, ladite selle d'appui comprenant éventuellement une semelle isolante.
1 1 . Traverse de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu'elle est équipée en partie inférieure, d'une semelle d'appui.
12. Traverse de chemin de fer selon la revendication 1 1 , caractérisée en ce que la traverse et la semelle ont été obtenues par un procédé de coextrusion.
13. Traverse de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un matériau compact, expansé ou alvéolaire.
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