Les matériaux composites à base de bois - critt.fr · PDF fileLes...

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  • Les matriaux composites base de bois

    Eric MASSONeric.masson@cribois.net

    Rencontres InnovationRencontres Innovation

    Les matriaux dans lamnagement de la maison Les matriaux dans lamnagement de la maison

    25/10/200725/10/2007

  • 25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007 2222

    Les composites base de bois revtent des formeset constituants variables qui ncessitent plusieurs

    procds de fabrication

    Daprs Michaud, 2003

  • 3333

    BOIS

    ADJUVANTS

    Renforts : fibres, farine Bois divis Bois massif

    Rsines

    Traitementsde

    stabilisation

    Bio-polymres

    Polymres dorigine fossile

    Panneaux defibres

    PanneauxlattsLamell coll

    Panneaux departicules

    Fibres et bois traits

    Bois stabilis

    Profils extrudsObjets injects

    Bois imprgn

    Granuls

    Profils extrudsObjets injects

    Bois imprgn

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • 444425/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    LES COMPOSITES BOIS POLYMERESLES COMPOSITES BOIS POLYMERES

    La matrice plastique Les thermoplastiques (PP, PE, Nylon) Les thermodurcissables Les biopolymres

    Le renfort fibreux Bois

  • 555525/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    LES COMPOSITES BOIS POLYMERESLES COMPOSITES BOIS POLYMERES

    Les procds de mise en forme L extrusion L injection Le thermoformage Le pressage chaud Le calandrage La pultrusion Le rotomoulage

  • Les profils Revtements (et revtements techniques) Planchers, plinthes Terrasses Portes, montants de fentres Toiture

    Lautomobile Intrieur Structure

    666625/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    LES COMPOSITES BOIS POLYMERESLES COMPOSITES BOIS POLYMERES

  • laboration dun matriau composite innovant base de bois et de bio-

    polymre dacide lactique

    Travaux de recherche de Marion NOL

    Thse de doctorat soutenue leThse de doctorat soutenue le

    13/07/200713/07/2007

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007 7777

  • DMARCHE DMARCHE

    8888

    IMPRGNATIONVIDE / PRESSION

    BIOBIO--POLYMREPOLYMRE BOIS MASSIFBOIS MASSIF

    CHAUFFAGE

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    -- BioBio--polymrepolymre comme renfort de la structure comme renfort de la structure lignoligno--cellulosiquecellulosique

    -- Matriaux constitutifs dorigine renouvelableMatriaux constitutifs dorigine renouvelable

    -- Recyclage et/ou Recyclage et/ou biobio--dgradationdgradation en fin de vieen fin de vie

    -- Amlioration des proprits du boisAmlioration des proprits du bois

  • LES CONSTITUANTSLES CONSTITUANTS

    Le bio-polymre : PLA (Acide Polylactique) Obtenu par polycondensation de lacide lactique

    Approvisionnement peu coteux Polymrisation possible en laboratoire

    9999

    Le bois Essences imprgnables (Htre, aubier de Pin sylvestre)

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • LE PROCDLE PROCD

    10101010

    Prparation du produit dimprgnation Pr-condensation Ajout possible dune faible quantit de catalyseur chimique : deux traitements Sans catalyseur : T1 Avec catalyseur : T2

    Liquide de viscosit moyenneLiquide de viscosit moyenne

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • LE PROCDLE PROCD

    Prparation du bois Un schage pralable facilite limprgnation Matriel : tuve / schoir

    11111111

    Imprgnation Phases de vide / pression Remplissage important des cellules de bois Matriel : autoclave

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • LE PROCDLE PROCD

    Chauffage Chauffage du bois imprgn Matriel : tuve / schoir

    12121212

    Bois fortementassoupli

    Tmoin Trait T1

    Bois composite densifi

    Trait T2

    Bois composite densifi

    TAT FINALTAT FINAL

    Traitement T1

    TAT INTERMDIAIRETAT INTERMDIAIRETraitement T2

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • TAT FINAL DENSIFI _ PERFORMANCESTAT FINAL DENSIFI _ PERFORMANCES

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007 13131313

    Densification par imprgnation Masse volumique : + 20 55%

    Aubier de pin : de 520 800 kg.m-3

    Htre : de 740 900 kg.m-3

    Stabilit dimensionnelle Efficacit anti-gonflement (ASE) de 70%

    Amlioration de la rsistance lattaque fongique

  • TAT FINAL DENSIFI _ PERFORMANCESTAT FINAL DENSIFI _ PERFORMANCES

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007 14141414

    Caractrisation mcanique Comportement en flexion peu influenc : rsistance 15%

    Comportement en compression axiale : force de rupture +36%

    Duret (Monnin) augmente + 20% Rsistance au poinonnement (Brinnel) amliore + 15%

    Produit partiellement lessiv par leau mais proprits non modifies par le lessivage

  • TAT FINAL DENSIFI _ PERFORMANCESTAT FINAL DENSIFI _ PERFORMANCES

    15151515

    Matriau denseMatriau dense

    Matriau stableMatriau stable

    Proprits mcaniques globalement Proprits mcaniques globalement amlioresamliores

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • TAT INTERMDIAIRE ASSOUPLITAT INTERMDIAIRE ASSOUPLI

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007 16161616

    Se traduit par une perte gnrale des proprits mcaniques : Rsistance en flexion divise par 4 Rsistance au cisaillement divise par 2 Rsistance en compression axiale non mesurable Duret divise par 5

  • TAT INTERMDIAIRE ASSOUPLITAT INTERMDIAIRE ASSOUPLI

    17171717

    Provient de la dgradation de la lignine constituant la lamelle mitoyenne

    Autorise une forte dformationAutorise une forte dformation

    Permet un glissement entre les fibres de bois

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • Lassouplissement est suivi dun durcissement si le cycle de chauffage se poursuit Rsistance au cisaillement divise par 2 Duret Monnin +40 50% Rsistance au poinonnement +30%

    TAT INTERMDIAIRE ASSOUPLI_DURCI

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007 18181818

    Possibilit de mise en forme fixe par chauffagePossibilit de mise en forme fixe par chauffage

    Possibilit dun durcissement sous charge Possibilit dun durcissement sous charge accentuant la densificationaccentuant la densification

  • TAT INTERMDIAIRE ASSOUPLITAT INTERMDIAIRE ASSOUPLI

    19191919

    Forte dformation possibleForte dformation possible

    Forme fige par chauffageForme fige par chauffage

    Duret trs leve dans ltat finalDuret trs leve dans ltat final

    Coloration noireColoration noire

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • SYNTHSE SYNTHSE

    20202020

    Vide / pression classiqueVide / pression classique

    Conditions doucesConditions douces

    ParqueterieParqueterie CintrageCintrage MatriageMatriage DensificationDensification

    Mise en forme, possible froid

    Chauffage prolong du matriau sous contrainte induisant la

    polymrisation et le durcissement

    Matriau fig en forme, stable

    Densification mcanique

    Chauffage prolong du matriau sous charge induisant la

    polymrisation et le durcissement

    Matriau densifi par

    imprgnation-polymrisation et

    compression, stable, trs bonne

    duret de surface

    Imprgnation du bois par le pr-polymre d'acide lactique (T2)

    Chauffage court induisant le ramollissement

    Imprgnation du bois par le pr-polymre d'acide lactique (T1)

    Chauffage prolong induisant la polymrisation et le durcissement

    Matriau densifi par

    imprgnation et polymrisation,

    stable, de bonne duret de

    surface

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

  • PERSPECTIVES DE DEVELOPPEMENTPERSPECTIVES DE DEVELOPPEMENT

    2121212125/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    Contrle de la toxicit en usage

    tude sur lusinabilit du matriau

    Validation de la viabilit conomique

  • Dveloppement de procds dassemblage du bois par thermosoudage

    25/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007 22222222

  • 2323232325/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    DEUX TECHNOLOGIESDEUX TECHNOLOGIES

    Effort

    appliqu

    Friction linaire alterne

    Rotation du tourillon

    Support avec trou perc.

    SOUDAGE PAR FRICTION LINEAIRESOUDAGE PAR FRICTION LINEAIRE SOUDAGE PAR FRICTION ROTATIVESOUDAGE PAR FRICTION ROTATIVE

  • 2424242425/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    SOUDAGE PAR FRICTION LINEAIRESOUDAGE PAR FRICTION LINEAIRE

    Frquence de la vibration

    Dure de la friction

    Temps de maintien

    Pression lors de la friction

    Pression de maintien

    Amplitude de la vibration

    Paramtres du procd :

  • 2525252525/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    SOUDAGE PAR FRICTION ROTATIVESOUDAGE PAR FRICTION ROTATIVE

    Angle dimplantation

    Vitesse davance

    Forme du tourillon

    Pression sur le tourillon

    Diamtre de perage

    Vitesse de rotation

    Paramtres du procd :

  • 2626262625/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    LE THERMOSOUDAGE DU BOISLE THERMOSOUDAGE DU BOIS

    Feuillus : htre, rable, chne, frne

    Rsineux : pica, pin

    Panneau de particules

    OSB

    Panneau de fibres

    Contreplaqu

  • 2727272725/10/200725/10/200725/10/200725/10/2007

    LE THERMOSOUDAGE DU BOISLE THERMOSOUDAGE DU BOIS

    Le temps ncessaire lassemblage des pices de bois est extrmement rapide

    La rsistance au cisaillement du joint est suffisante pour envisager des applications en emballage, ameublement, amnagement, menuiserie et construction

    Avec ces procds dassemblage, il est possible denvisager la suppression de colles au profit de lutilisation exclusive de bois

    Le procd est limit, pour linstant, des usages excluant les milieux humid