Composites polymères et fibres lignocellulosiques
Propriétés, transformation et caractérisation

Coll. Science et ingénierie des matériaux

Coordonnateur : BERZIN Françoise

Directeur de Collection : VERGNES Bruno

Ouvrage novateur et unique sur le sujet

Langue : Français
Couverture de l'ouvrage Composites polymères et fibres lignocellulosiques

Complément d’information

Thèmes de Composites polymères et fibres lignocellulosiques

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Date de parution :
Ouvrage 328 p. · 16.4x24 cm · Broché · 

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Les polymères composites à base de fibres lignocellulosiques suscitent un intérêt considérable ces dernières années. L’objectif principal de ces matériaux est de remplacer les fibres de renfort classiques (verre, carbone) par des fibres d’origine naturelle (lin, chanvre, sisal, entre autres). En effet, ces fibres présentent de nombreux avantages : origine biosourcée, faible coût, faible densité et disponibilité. Cependant, la réalisation de composites à base de fibres lignocellulosiques pose encore de nombreux problèmes : variabilité des propriétés intrinsèques des fibres naturelles, compatibilité fibre hydrophile/matrice hydrophobe et dégradation thermomécanique des fibres au cours des procédés de mise en œuvre. Résoudre ces problèmes demande une approche pluridisciplinaire, allant de la biologie à la mécanique, en passant par la science des matériaux et les procédés de transformation. C’est précisément l’objectif de cet ouvrage, qui est le fruit de la collaboration de nombreux universitaires, spécialistes reconnus de la question. Les principaux chapitres portent sur la production et les propriétés des fibres lignocellulosiques, les traitements de fonctionnalisation, les mécanismes de casse et les propriétés d’écoulement de ces composites, les procédés de transformation et de mise en œuvre (extrusion, injection…), les propriétés mécaniques et, finalement, l’analyse du cycle de vie et la gestion de leur fin de vie.

Cet ouvrage novateur et unique sur le sujet s’adresse aux techniciens et ingénieurs du domaine des composites, aux étudiants des 2e et 3e cycles en science des matériaux et, plus généralement, à tout lecteur curieux, intéressé par ce domaine en plein développement

Auteurs

Préface

Chapitre 1 - Production, transformation et critères de qualité des fibres de lin et de chanvre pour un usage dans les matériaux composites

1. Problématique de la production de fibres à usage pour les composites

2. Fibres végétales : anatomie et structure

3. Production de fibres de lin et de chanvre pour les applications composites

4. Propriétés et caractéristiques pertinentes des fibres en lien avec la deuxième transformation et les applications composites

5. Conclusion

Chapitre 2 - Traitements de préparation et de fonctionnalisation des fibres végétales : stratégies et conséquences sur les propriétés des fibres et composites

1. Traitements de préparation de surface des fibres végétales

2. Traitements de fonctionnalisation des fibres végétales

3. Procédés de traitement des fibres végétales

4. Conclusions et perspectives

Chapitre 3 - Mécanismes de casse des fibres lignocellulosiques et propriétés rhéologiques des composites

1. Observations rhéo-optiques

2. Évolution de la morphologie des fibres en mélangeur interne

3. Propriétés rhéologiques des composites

4. Conclusion

Chapitre 4 - Préparation des composites à fibres lignocellulosiques en extrusion bivis

1. Difficultés inhérentes au procédé

2. Approche expérimentale

3. Approche théorique et modélisation

4. Conclusion

Chapitre 5 - Mise en œuvre des composites à fibres lignocellulosiques

1. Matrices polymères

2. Renforts fibreux

3. Procédés de mise en œuvre des composites à fibres lignocellulosiques

4. Conclusion

Chapitre 6 - Propriétés des composites à fibres lignocellulosiques « longues »

1. Introduction

2. Propriétés des fibres végétales

3. Propriétés mécaniques et comportement de matériaux composites renforcés par des fibres végétales

4. Conclusion

Chapitre 7 - Analyse de cycle de vie des biocomposites et gestion de leur fin de vie

1. Analyse de cycle de vie (ACV)

2. Recyclage des biocomposites

3. Biodégradation des biocomposites

4. Incinération des biocomposites

5. Conclusion

Index

La recherche sur les polymères composites à base de fibres lignocellulosiques connaît un essor considérable depuis quelques années. L’objectif principal est de remplacer les fibres de verre et de carbone abondamment utilisées par les industriels pour la fabrication d’articles de sport, de contenants, de matériaux de construction, de pièces d’automobiles, d’avion, etc. Notons que les fibres de lin sont de plus en plus utilisées par l’industrie, face au défi de développer des technologies durables et de fabriquer des matériaux écologiquement plus acceptables. Les fibres lignocellulosiques possèdent plusieurs avantages par rapport aux fibres synthétiques : faible masse spécifique, faible coût, abondance, biodégradabilité, absence de toxicité, taux de remplissage possiblement élevé, bonnes propriétés mécaniques et peu d’effets abrasifs sur les équipements lors de la mise en œuvre.

En revanche, les défis dans l’utilisation des fibres lignocellulosiques comme renfort des polymères sont nombreux. La plupart des polymères commercialement utilisés sont non polaires alors que les fibres de cellulose sont hydrophiles. Cette incompatibilité résulte en une faible mouillabilité des fibres par la matrice polymère, une mauvaise distribution et dispersion des fibres, la présence d’agglomérats et une faible adhésion fibre-matrice polymère. D’autres problèmes sont liés à la variabilité des propriétés en fonction de la source des fibres lignocellulosiques et à leur caractère hydrophile, entrainant une tendance à absorber de fortes quantités d’eau lors des applications, en particulier pour l’automobile. D’où la nécessité de faire des traitements de surface des fibres ou de les fonctionnaliser. Finalement, les éléments constitutifs se décomposent à des températures relativement faibles, ce qui limite la mise en œuvre des thermoplastiques chargés de fibres lignocellulosiques à environ 200 °C, d’où un choix restreint de thermoplastiques à faible point de fusion, tels le polyéthylène, le polypropylène, le polychlorure de vinyle et le polystyrène.

Ce livre inédit fait appel à l’expérience considérable qu’ont accumulée les auteurs à travers leur direction de nombreux travaux de thèse couvrant plusieurs aspects des composites polymères à base de fibres lignocellulosiques. Mentionnons le caractère exhaustif de cet ouvrage où les thèmes couvrent la biosynthèse, la fonctionnalisation des fibres, la mise en oeuvre et les propriétés des composites et, finalement, l’analyse du cycle de vie de ces composites. L’ouvrage est composé de sept chapitres. Le chapitre 1 porte sur la biosynthèse, structure et propriétés des fibres. Le chapitre 2 présente les traitements de préparation et de fonctionnalisation des fibres végétales : stratégies et conséquences sur les propriétés des fibres et composites. Les chapitres 3, 4 et 5 abordent les problèmes liés à la mise en oeuvre de ces matériaux, avec les mécanismes de casse des fibres lignocellulosiques et les propriétés rhéologiques des composites, la préparation des composites à fibres lignocellulosiques en extrusion bivis et la mise en œuvre des composites à fibres lignocellulosiques. Les propriétés des composites à fibres lignocellulosiques « longues » sont présentées dans le chapitre 6. Finalement, dans le chapitre 7, les auteurs présentent l’analyse de cycle de vie des biocomposites et la gestion de leur fin de vie.

Pierre Carreau

Professeur émérite,

Polytechnique Montréal, Canada

Techniciens et ingénieurs du domaine des composites

Etudiants des 2e et 3e cycles en science des matériaux

Ouvrage coordonné par Françoise Berzin, Docteur de MINES ParisTech et maître de conférences à l’Université de Reims Champagne-Ardenne.