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May 31, 2023

Stabilité dimensionnelle et propriétés mécaniques des produits extrudés

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 10545 (2022) Citer cet article 994 Accès 3 Citations Détails des mesures Une taille de particule de 250 µm de bois et de matériaux en polyéthylène (PE) a été composée à

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 10545 (2022) Citer cet article

994 accès

3 citations

Détails des métriques

Des particules de bois et de polyéthylène (PE) d'une taille de 250 µm ont été mélangées dans des proportions de mélange de 60/40, 70/30 et 80/20 (avec une augmentation de la teneur en polymère pour diminuer la teneur en bois) et extrudées à l'aide d'une extrudeuse monovis à une plage de température de 110 à 135 °C. Les particules de Gmelina Arborea, Tectona grandis, Cordia milleni et Nauclea diderichii avec du polyéthylène recyclé ont été mélangées et compressées à 175 N/mm pour produire des composites biopolymères. Les composites biopolymères ont été soumis à un test de stabilité dimensionnelle après 24 heures de trempage dans l'eau et leur capacité à résister à la capacité portante a été étudiée. Les résultats montrent que les composites biopolymères extrudés-compressifs avaient des valeurs allant de 0,06 à 1,43 g/cm3, 0,38 à 3,41 % et 0,82 à 6,85 % pour la densité, l'absorption d'eau et le gonflement en épaisseur observés après 24 h de trempage dans l'eau. test. Les valeurs des propriétés mécaniques allaient de 0,28 Nmm−2 à 21,35 Nmm−2 et de 0,44 à 550,06 Nmm−2 pour le module de flexion et la résistance ; et 191,43 Nmm−2–1857,24 Nmm−2 et 0,35 Nmm−2–243,75 Nmm−2 pour le module de traction et la résistance respectivement. Il a été observé que l'absorption d'humidité et la résistance affichée par les composites varient en conséquence dans les valeurs obtenues pour les essences de bois à différentes proportions de mélange. Comme on l'a observé, plus la teneur en polyéthylène est mélangée au bois, meilleures sont sa stabilité dimensionnelle et ses propriétés de flexion et de traction. Les particules de bois de Cordia milleni mélangées dans une proportion de 60 à 40 (polyéthylène/bois) ont obtenu les meilleurs résultats en termes de stabilité dimensionnelle et de capacité portante. Cette étude a confirmé l'effet des méthodes sur les essences de bois et le PE recyclé pour la fabrication de composites de bois à base de polymères pour des applications intérieures et extérieures.

Depuis le début du XXe siècle, le secteur des polymères est en expansion ; divers producteurs de résine et entreprises chimiques à travers le monde contribuent principalement au volume de produits en plastique produits chaque année, qui dépasse 200 millions de tonnes1,2. Cela permet à l'industrie de transformation des polymères dans le monde entier de se développer à partir de dizaines de milliers de petites et moyennes entreprises. La plupart des fabricants de polymères utilisent différentes machines pour fonctionner ; la plupart utilisent des extrudeuses et des machines de moulage par injection. La première opération de production de polymère passe par la filière de granulation tandis que la seconde concerne la mise en forme finale (Vlachopoulos et Wagner, 2001). Les deux opérations impliquent le chauffage et la fusion du polymère, en pompant le polymère fondu vers l'unité de mise en forme pour lui donner la forme et les dimensions requises, après refroidissement pour le solidifier. Le mélange de polymère et d'autres particules comme le bois est généralement effectué à l'aide d'extrudeuses à vis sous une chaleur et une pression spécifiques. Le matériau composé peut être pressé ou façonné en un produit final ou transformé en granulés pour un traitement ultérieur dans une machine de moulage par injection. Les produits polymères peuvent être fabriqués par extrusion de feuilles ou de profilés, moulage par injection, calandrage, thermoformage ou moulage par compression4.

Les produits polymères ont des propriétés uniques qui incluent une fabrication facile, de faibles densités, une résistance à la corrosion, une isolation électrique et thermique et une rigidité et une ténacité par unité de poids souvent favorables3. Grâce à ces propriétés, l'industrie des polymères a continué de croître dans les pays en développement où leurs besoins en matière de transport, d'emballage alimentaire, de logement et d'appareils électriques sont primordiaux. L'intérêt pour l'ajout de fibres de bois comme renfort au polymère s'est accru au fil des années en raison des propriétés et des performances exceptionnelles des produits5. Le composite bois-polymère est connu pour être un bioproduit alternatif aux panneaux de particules à liant organique avec des caractéristiques améliorées pour s'adapter à différentes applications4. La combinaison du bois et du polymère a donné lieu à des produits mécaniquement améliorés par rapport à d'autres produits en panneaux à base de bois et en plastique6. L'extrusion directe est la technique la plus couramment utilisée dans la fabrication de composites biopolymères. Cette technique permet aux matières premières d'être mélangées à l'état fondu et extrudées selon un profil continu en forçant le matériau fondu à travers la filière au cours de la même étape du processus7. La technique d'extrusion indirecte peut concerner des profilés ou des matériaux en feuilles pour le moulage par compression à fabriquer. Cette étude adopte les deux techniques de production de biopolymère à partir d'espèces de bois sélectionnées cultivées au Nigéria ; l'objectif était d'étudier leur effet sur des propriétés spécifiques telles que la stabilité mécanique et dimensionnelle du produit. De nombreuses particules d’essences de bois provenant de régions tempérées et tropicales ont été étudiées. Des espèces telles que le pinus, l’érable et le chêne sont couramment utilisées pour la production commerciale de produits composites bois-plastique dans les régions tempérées8. Des recherches antérieures ont montré que les essences de bois affectent les propriétés mécaniques des WPC, les particules de bois dur surpassant les farines de résineux en termes de propriétés de traction et de température de déflexion thermique5,9. La plupart des fabricants de composites bois-plastique se trouvent dans des pays développés dotés de technologies améliorées et avancées, à mesure que la technologie s'améliore et que la demande marketing augmente également. Alors que l'industrie se développe dans les pays développés, les pays en développement ont encore du mal à s'aligner sur les technologies malgré leur énorme production de déchets de bois provenant des nombreuses industries de transformation du bois10,11. Les déchets de bois générés par les industries du bois pourraient être utilisés à des fins industrielles importantes pour la production de WPC plutôt que d'être utilisés dans des décharges ou brûlés12. Il y a une augmentation progressive de la tendance de la recherche sur les WPC au Nigeria avec l'utilisation de différents liants plastiques et essences de bois en cours d'évaluation. L'effet de certaines essences de bois tropicaux sur les propriétés de résistance des WPC a également été étudié13,14. Étude de la possibilité et du potentiel des espèces de bois tropicaux et des résidus agricoles pour la production de WPC au Nigeria, à l'aide d'une extrudeuse à vis et d'une presse à chaud de composition fabriquée manuellement. Il convient de noter que des espèces de feuillus cultivées au Nigeria telles que Ceiba pentandra, Triplochiton scleroxylon, Entandrophragma cylindricum, Cordia alliodora, Funtumia Elastica, Brachystegia Kennedy, khaya ivorensis, Tectona grandis, Terminalia Superba et Milicia excelsa ont été utilisées pour produire des WPC sans agents de couplage utilisant une extrudeuse monovis et/ou moulée par compression5,15,16,17,18. Ces études ont révélé des produits à résistance améliorée avec de faibles propriétés de sorption qui peuvent être utilisés pour des applications intérieures à faible contrainte17. Toutes ces espèces de bois se retrouvent régulièrement dans le processus quotidien de conversion du bois dans les industries de transformation du bois nigérianes à des fins structurelles. Récemment, à mesure que la recherche sur les WPC se développe, de plus en plus d'espèces de bois cultivées au Nigéria doivent également être étudiées. Parmi les essences de bois précédemment étudiées figurent Gmelina Arborea et Tectona grandis, dont les densités varient de 0,42 à 0,64 et de 0,61 à 0,73. Ces espèces de bois sont communes aux scieries nigérianes en raison de la forte demande de valeur sur le marché pour l'exportation. L'essence de bois est utile pour la fabrication du papier, le moulage de meubles, le travail du bois intérieur, la construction navale et le contreplaqué, le bois de poteaux, les panneaux de particules, le placage et quelques autres structures19,20. Ces espèces de bois sont utilisées dans cette étude pour comparer avec les nouvelles espèces comme Cordia milleni et Nauclea diderichii qui restent encore à étudier. Ces espèces de bois sont des bois forestiers semi-décidus avec des densités spécifiques de 0,41 à 0,50 et de 0,56 à 0,63 pour Cordia milleni et Nauclea diderichii. Les deux espèces de bois ont une densité spécifique inférieure à celle du Gmelina Arborea et du Tectona grandis. Elles possèdent également de bonnes caractéristiques qui les rendent utiles pour la construction générale et les panneaux à base de bois ; en particulier, Nauclea diderichii s'avère très utile à des fins extérieures telles que les traverses de chemin de fer, les constructions lourdes, les ouvrages hydrauliques en contact avec l'eau douce ou l'eau de mer21,22. L’utilisation de particules de bois dans l’industrie du plastique devrait augmenter à mesure que la demande de produits WPC dans l’industrie de la construction augmente progressivement pour les toitures, les tuiles et les cadres de fenêtres5,23. Les applications commerciales des WPC sont très nombreuses pour les terrasses et les bardages, ce qui semble être une preuve du développement économique et de la croissance futurs des pays développés4,24. Les WPC étendent progressivement leur popularité aux pays en développement comme le Nigeria et la nécessité d'une commercialisation ciblée pour améliorer les applications structurelles dans les pays en développement nécessite une recherche intensive sur les matériaux et la technologie.