Mercredi 13 Septembre 2006 - Chanvre-info\\.ch · 2007. 11. 16. · 1 avenue Victor Hugo BP 4007 Bellignat 01104 Oyonnax Cedex Tel : 04-74-73-20-00 Fax : 04-74-73-20-01 [email protected]

$Page 1: Mercredi 13 Septembre 2006 - Chanvre-info\\.ch · 2007. 11. 16. · 1 avenue Victor Hugo BP 4007 Bellignat 01104 Oyonnax Cedex Tel : 04-74-73-20-00 Fax : 04-74-73-20-01 Dudu.cosgun@billion.fr$
Les journées techniques du Pôle Agromatériaux : 1ère édition

JOURNEE TECHNIQUE

MATERIAUX CHARGES FIBRES NATURELLES, MATERIAUX ISSUS DE

RESSOURCES RENOUVELABLES, EN PLASTURGIE

Mercredi 13 Septembre 2006

Contacts

POLE EUROPEEN DE PLASTURGIE RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT

2 RUE PIERRE ET MARIE CURIE BP 1204 - BELLIGNAT

01112 OYONNAX CEDEX

Tel : 04 74 81 92 60 Fax : 04 74 81 92 61

Philippe BARQ

Directeur [email protected]

Charlyse POUTEAU Chef de Projets R&D

[email protected]

Gulpéri BILICI Assistante R&D

[email protected]

Programme

08h15 Accueil

08h50 Introduction Philippe BARQ, Directeur PEP R&D

09h00 Etat de l’art et avancées dans le domaine en Allemagne et en Europe Gabriel CESCUTTI, Faser Institut

09h30 Présentation du projet Polymères Naturels Charlyse POUTEAU, PEP

10h00 Les fibres naturelles : Originalités, propriétés, qualités et défauts Bernard KUREK, INRA

10h30 Pause

Session 1 : « Composites fibres naturelles et matrices thermoplastiques » Introduction et présidence de la session : Hilaire BEWA, AGRICE 10h50 Introduction 11h00 Thermoplastiques à base de fibres ou de farine végétales: de la recherche au

développement et à la commercialisation Jacques BARBIER, Valagro

11h30 Formulation et compoundage de composites à fibres naturelles Beate TREFFLER, Clariant / Sylvie LAURENTY, Coperion

12h00 Nouveaux développements et exemples d’applications Sébastien BUISSON, RVI / Elise TACCHINI, Smoby Session 2 : « Matériaux issus de ressources renouvelables et biodégradabilité» Introduction et présidence de la session : Gérard GARIN, Alimentec 10h50 Introduction 11h00 Nouvelles orientations de la recherche sur les matériaux issus de ressources renouvelables Patrice DOLE, INRA

11h30 Etude de la fonctionnalité de composites fibres naturelles et matrices biodégradables Xavier GRIMAUD, PEP

12h00 Nouveaux matériaux issus de ressources renouvelables John PERSENDA, SPhere

Session 3 : « Composites fibres naturelles et matrices thermodurcissables » Introduction et présidence de la session : Jean-François GERARD, INSA 10h50 Introduction 11h00 Composites à fibres naturelles et matrices thermodurcissables Véronique MARTIN, Compositec

11h30 Mise en forme des fibres de lin pour de nouveaux développements avec des matrices thermodurcissables

Edouard PHILIPPE, Dehondt Technologies

12h00 Nouvelles stratégies de compatibilisation des fibres associées à des matrices thermodurcissables

Daniel SAMAIN, CERMAV 12h30 Déjeuner 14h00 Développement de procédés autour des fibres naturelles Edouard PHILIPPE, Dehondt Technologies / Bernard CONSTANT, ADMajoris / Dudu COSGUN, Billion

15h00 Avancées en terme de normalisation sur les matériaux chargés bois et sur les biodégradables

Alain GENTY, BNPP 15h15 Restitutions et perspectives Charlyse POUTEAU, PEP 15h30 Pause 15h45 Démonstrations sur presses, exposition de posters et visite du PEP 17h15 Clôture de la journée

Conférenciers

PEP POUTEAU Charlyse Chef de Projets R&D 2 Rue Pierre et Marie Curie BP 1204 - Bellignat Cedex 01112 Oyonnax Tel : 04-74-81-92-60 Fax : 04-74-81-92-61 [email protected] www.poleplasturgie.com FASER INSTITUT CESCUTTI Gabriel Docteur - Ingénieur Gebaude IW / Raum 2290 Am Biologischen garten 2 28359 Bremen – Allemagne Tel : 00-49-421-218-31-12 [email protected] www.faserinstitut.de INRA KUREK Bernard Directeur de Recherche 2 Esplanade Rolland Garros BP 224 51686 REIMS Cedex 2 Tel : 03-26-77-36-36 Fax : 03-26-77-35-99 [email protected] www.lille.inra.fr VALAGRO BARBIER Jacques Directeur 40 avenue du recteur Pineau 86022 Poitiers Cedex Tel : 05-49-45-40-70 Fax : 05-49-45-41-41 [email protected] CLARIANT TREFFLER Beate Ingénieur de Recherche AGENEAU Nelly Responsable Vente Plastiques 70 avenue Charles de Gaulle 92058 Paris La Défense Tel : 01-46-96-96-00 [email protected] www.clariant.fr

COPERION LAURENTY Sylvie Ingénieur Commerciale 2 bvd de la libération URBA parc 2 / bat 1 93284 Saint Denis Cedex Tel : 01-48-13-13-80 Fax : 01-48-13-13-85 [email protected] www.coperion.com RVI BUISSON Sébastien Ingénieur 402 avenue Charles de Gaulle 69635 Venissieux Cedex Tel : 04-72-96-81-11 Fax : 04-72-96-87-07 [email protected] SMOBY Elise TACCHINI Responsable Développement Matière BP 7 39170 Lavans les Saint Claude Tel : 03-84-41-38-00 Fax : 03-84-42-83-24 [email protected] www.smoby.fr INRA DOLE Patrice Chargé de Recherche Bat Europol’Agro Moulin de la Housse 51100 Reims Tel : 03-26-91-31-03 [email protected] www.lille.inra.fr LRGIA SEBTI Issam Enseignant-Chercheur IUT A - Dpt Génie Biologique Site Alimentec Rue Henri de Boissieu 01060 Bourg en Bresse Cedex 09 Std: 04-74-47-21-42 Fax: 04 74 45 52 53 [email protected]

SPHERE John PERSENDA PDG 3 rue Scheffer 75016 Paris Tel : 01-53-65-23-00 [email protected] www.spmetal.com COMPOSITEC MARTIN Véronique Chef de Projet Savoie Technolac BP 252 73374 Le Bourget du Lac Cedex Tel : 04-79-26-42-42 Fax : 04-79-26-42-43 [email protected] www.compositec.com DEHONDT TECHNOLOGIES PHILIPPE Edouard Ingénieur R&D ZI – Rue Denis Papin 76330 Notre Dame de Gravenchon Tel : 02-35-38-68-38 Fax : 02-35-31-45-72 [email protected] www.dehondt .fr CERMAV SAMAIN Daniel Ingénieur de recherche 601 rue de la chimie BP 53 38041 Grenoble Cedex 9 Tel : 04-76-03-76-02 Port : 06-71-58-98-93 [email protected] ADMAJORIS CONSTANT Bernard Directeur Général 21 rue Saint Jean 69550 Cublize Tel : 04-74-89-59-00 Fax : 04-74-89-55-81 [email protected] www.admajoris.com

BILLION COGUN Dudu Responsable Innovation 1 avenue Victor Hugo BP 4007 Bellignat 01104 Oyonnax Cedex Tel : 04-74-73-20-00 Fax : 04-74-73-20-01 [email protected] www.billion.fr

BNPP GENTY Alain Chargé de Mission 6 rue Jardin 75017 Paris FRANCE tél : 01-47-64-01-08 Fax: 01-44-01-16-28 [email protected]

Exposants

ADMAJORIS DELAMOTTE Bertrand Commercial 21 rue Saint Jean 69550 Cublize Tel : 04-74-89-59-00 Fax : 04-74-89-55-81 [email protected] www.admajoris.com AFT PLASTURGIE FAUCHERON Hervé Recherche et Développement Parc des Cortots Rue des prés Potets 21121 Fontaine les Dijon Cedex Std: 03-80-53-34-01 Fax: 03 80 57 31 30 Hervé[email protected]

BALZERS Mme SAPIN Florence Responsable Communication ZA Chesnes 97 Boucle de la Ramée BP 731 38297 ST Quentin Fallavier Cedex Std: 04-74-95-22-56 Fax: 04 74 95 68 77 [email protected] CLARIANT AGENEAU Nelly Responsable Vente Plastiques 70 avenue Charles de Gaulle 92058 Paris La Défense Tel : 01-46-96-96-00 [email protected] www.clariant.fr

RETTENMAIER FRANCE LAURENT Stéphane Responsable Thermoplastiques Les tanneries Royales 20 Rue Schnapper 78100 Saint Germain en Laye Std: 01-39-73-37-00 Fax: 01-39-73-05-97 [email protected] www.jrs.de SPHERE John PERSENDA PDG 3 rue Scheffer 75016 Paris Tel : 01-53-65-23-00 [email protected] www.spmetal.com


Journée Technique « Matériaux renforcés fibres naturelles et Matériaux issus de ressources renouvelables, appliqués en plasturgie » – 13 Septembre 2006 - PEP

« Etat de l’art et avancées dans le domaine en Allemagne et en Europe »

Gabriel CESCUTTI

FASER INSTITUT Know-how and competence in fiber technology The “Faserinstitut Bremen e.V.” (FIBRE) offers integrated research and development services on the subject of fibers, semi-finished textile products and fiber composites. Special emphasis is placed on the testing, further development and processing of materials, processes and products by using the state-of-the-art methods and knowledge from research. At the same time, FIBRE’s performance profile is consistently tailored to the customers’ needs. The cooperation with the University of Bremen provides an ideal bridge for customers from trade and industry to have quick access to the latest knowledge from research. In addition to this, FIBRE is able to offer tested competence in a systematic way thanks to the Testing Center accredited in accordance with DIN EN ISO/IEC 17025:2005 and to the environmental management system certified in accordance with EMAS II. With 33 staff members who are specialists in their field, FIBRE is an acknowledged partner of industry, trade and research. The FIBRE knowhow is used and appreciated as factor of success both with regard to completing commissions of work as well as to cooperation within research projects. Well-known automobile sub-suppliers as well as a number of companies from the textile and aviation industry confirm this with their intensive and long-standing partnership in the four fields of competence fiber- and fibrous product-oriented test methods fiber composite structure and procedure development biobased materials/sustainability fiber development/bionics.


1

1 Cescutti, Müssig: Etat de l’art et avancées pour… 2006-09-13

Etat de l’art et avancées pour les polymères renforcés en fibres naturelles en Allemagne et en Europe

State of the art and developmentsfor natural fibre reinforced polymers in Germany and

Europe

Gabriel Cescutti (Speaker) & Jörg MüssigFaserinstitut Bremen e.V. - FIBRE -, Bremen, Germany

JOURNEE TECHNIQUE: Matériaux chargés fibres naturellesMatériaux issus de ressources renouvelables en plasturgie

Mercredi 13 Septembre 2006, PEP – Bellignat, France


Outline

• Introduction

- State of the art: Natural fibres & Processing technologies

• Processing & market trends- Injection moulding & Compounding

- Wood Plastic Composites

• Further opportunities- SMC press moulding

- Bio-plastics for industrial parts

• Promotion strategy

• Conclusion

2


“Come-back of natural fibre use in industrial car applications”

• advantageous material and manufacturing properties:

• high specific stiffness values of natural fibres

• high stiffness and strength values resulting in composite properties

• low fibre density leads to weight save in composites

• enhancement of industrial safety

• excellent crash behaviour, no tendency to splinter or sharp-edged fracture

• saving of costs by the production and material supply

• Use of renewable resources

• preservation of fossils resources

• neutral CO2 combustion

Natural Fibres / Automotive

• positive Marketing and Image


Automotive market

(Daimler-Chrysler, 2001)

Karus et al., nova-institut (Germany),2004

3


Natural Fibres and Processing

Thermoset press-moulding

35%

Injection moulding1%

Thermoplast press-moulding

64%

Karus et al., nova-institut (Germany), 2004

State of the art

Processing technologies for natural fibre* composites in the German automotive industry(* Plant fibres except cotton and wood)

Expert interviews:Future trends

of NF technologies ?

Kaup et al., nova-institut (Germany), 2003

11%32%

8%11% 19%

19%

NF for injection-moulding

NF for press-moulding

Others

NF-bio plastics

Modified fibres for advanced applic.

Fabrics for advanced applications


Injection moulding

„The Up and Coming Material Group“

MaximunMinimun

1.120.92Density, g/cm³

3812Impact strength, kJ/m²

56392070Flexural modulus, N/mm²

8439Flexural Strength, N/mm²

5424Tensile strength, N/mm²

50651670Tensile modulus, N/mm²

(Ortmann et al., 2005)

• Fibres & Matrices: • Mainly bast fibres: Hemp, Flax, Jute, Kenaf, ...

• Mainly PP but also PE, ABS, Lignin,…

• Properties:

(Ortmann et al., 2005) 12 commercial granules tested

VW, Polo - Feasibility TestsAVK working group, 2004

4


Substitution potential of NF-PP

§ Contrary to compression mouding parts, NF granules are notconfined to the automotive market

§ Processing in conventional injection machine is possible

§ For the PP-NF injection-moulding granules, other materials are likely to be partially substituted:

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

ABS-GF

PC/ABS-GF

ABS

PC/ABS

PP-GF 20

PP-NF

PP-Talcum Maximun

Minimun

EUR/kg


• ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)

• PC-ABS (Polycarbonat - ABS)

• PP-Talcum (Polypropylen - Talcum)

• PP-fiberglass


Injection moulding market

GermanyTecnaro GmbH

GermanyPMG Geotex GmbH

GermanyThüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. and Svoboda Umformtechnik GmbH

GermanyHPC Biotec Oberlausitz GmbH & Co. KG

GermanyHera-Plast Kunststoff GmbH & Co. KG with IGLU GbR

GermanyFiberGran GmbH & Co. KG

NederlandGreengran

FranceAFT Plasturgie

CountriesMain european suppliers

(nova-Institut, 2005)

20062005200420032002200120001999Year

6000*3500500400??10010t / Year

* forecast value

5


Compounding Process: Processing Principle: Pellet Form: Fibre Length:

Pultrusion(Bast Fibres)

Pull-Drill-Process (Bast Fibres)

10 - 30 mm

10 - 30 mm

Hybrid Fibre Non-Woven Pre-Consolidation & -Cut

p , T< 25 mm

Pelletising (with Matrix)

Mixing (Cascade Mixing)

Extruder Compounding < 3 mm

< 3 mm

< 3 mm

• Fibre input methods- Card sliver

- Tangled short fibres

- Short fibres pellets

- Fibre dust

Compounding processes

Compounding processes differ considerably in some cases:


• Mixing methods (Specht et al., 2006)

Effects on fibre properties ?


Compounding / Degradation

Glass Fibres Natural Fibres

Break Behavior

(Stelzer, 2004)

Indent effects:- Fibre length reduction- Decrease of Strength

Parameters

• independent• brittle break • reduction of L

• Temperature / mech. Behavior• Influence Shear Force • Geometrical changes

• dependent• kink bands• reduction of L and W

Sisal Fibre, Polarized Light, 20X

6


Fibre degradation• Sample

IM PLAST + CA, 4800 dpi

Fibrillation

Fibre break

200 x 200 Pixels (ca. 1 mm² )

• Model

Leng

th /

Wid

thWidth, µm

Fibrillation

Fibre break

Fibre bundle

Single fibre

Long fibrebundle

Short fibrebundle


Dust particles & Fibres

• Fibres and particles distribution

Raw Fibres Coumpound Composite

L/W

Rat

io

7


Wood Plastic Composites

fiberex®

Trex®

CopyWood® 6,13,24.5403.3692.885Demand(million $)

9,311,31177544Plastic & Other

15,62048823695Wood Plastic

0,51,94.4704,3663.976Wood

DeckingDemand

Item

Wood & Competitive Decking Demand(million board feet)

1,62,65.0754.6674.115

00/0595/00200520001995

% Annual Growth

6,13,24.5403.3692.885Demand(million $)

9,311,31177544Plastic & Other

15,62048823695Wood Plastic

0,51,94.4704,3663.976Wood

DeckingDemand

Item

Wood & Competitive Decking Demand(million board feet)

1,62,65.0754.6674.115

00/0595/00200520001995

% Annual Growth

(The Freedonia Group / Study 2003 cited by Marx, 2005)

Market grows also in Europe


Cumulated energy input- door panel ABS versus Hemp-Epoxy -

131

73

0

20

40

60

80

100

120

140

ABS Hemp/Epoxy

Cum

ulat

ed e

nerg

y in

put,

MJ

Acrylnitril-Butadien-Styrol

- 300 g

LCA / Light weight constructions

8


SMC - Project idea

MAN bus bodycomponent

glass fibres + polyester

biobasedresin PTP®

natural fibres

+

Innovation


Life-Cycle-Assessment (LCA)

Fossil prechain

Agriculturalprechain

Unsaturated polyester resin

Glass fibre

Production of bus body component

Use phase

Reference

PTP

variant 3

Disposal

SMC-Prepreg

Use phase

SMC-NFK-Prepreg

PTP Natural fibre

variant 1+ 2

Disposal

Production of bus body component

Pro

du

ct Life C

ycle

(Müssig et al., 2006)

9


LCA-Results / Impact assessment

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0Resources used

Cumulative energy demand

Greenhouse effect

Summer smog (NCPOCP)

Eutrophication

Human toxity

PTP, fossil preliminary productUnsaturated polyester resin

Acidification(Müssig et al., 2006)


Bio-plastics (BP)

• Categories: – BP Based on Renewable Raw Materials

(Starch (Foams), Starchblends, Polylactidacid (PLA)…)

– BP Based on Petrochemicals(Specific Polyesters, Specific Polyesteramides, Polyvinylalcohol)

(IBAW, 2005)

• Main applications: – Packaging: (Organic waste bags, packaging

films,….)

– Others: consumer goods (IBAW, 2004)

10


Bio-plastics / Production

(IBAW, 2005)

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

1990 1995 2000 2002 2005 2007-8

Fossils ressourcesRenewable ressources

Tonne/a

R&D, Test & small production lots

Market development, upscaling

Worldwide production capacities for renewable plastics

US demand will probably grow till 2008 to 100.000 t/a


Material choices

Designer and simulation toolsmust be considered

Conceptualdesign

Construction design

Purchase

Mat

eria

l alte

rnat

ives

11


www.n-fibrebase.net

N-FibreBase database

Partner

About N-FibreBase:• internet based database system

• information about NF reinforced polymers

• free access

Available modules:• Compound Database

• Reference Database

• Market database

• Background database (German only)

• Fibre database

• Compatibility Matrix

• N-Fibre-PriceBase


www.n-fibrebase.net

The price development index for industrial flax and hemp fibers.

12


Compound database

www.n-fibrebase.net

Data of more than 150 natural fibre reinforced polymers available !!


News & Literature

• News & Events

• Material data & design

www.N-FibreBase.net

• French literature

Le chanvre industriel : Production et utilisationsPierre BoulocISBN: 2855571308

Extensions are coming :Construction guidelines for

press-moulding and injection-moulding

13


Conclusion

• Rediscovery of natural fibres as part of composites

• Main applications for natural fibre composites are press-moulded automotive parts for interior

• Emerging segments:– PP-NF Injection-moulded materials / Material degradation ?– Wood-plastic-composites / Market segments in Europe ?

• Aims of furthers enhancements are – Improvements of composite interface

(impact properties)– combination with bio-plastics

(Ex.: SMC press moulding, Injection-moulding,…)– Involvement and information of decision-makers IKEA, 2006


14


Press moulding & Innovation

(Fischer, 2005)


groundwater

pedosphere

lithosphere

hydrosphere

biosphere

atmos-phere

biospherepedos-phere

lithos-phere

hydros-phere

(Ahlheim, 1975)

Environmental impacts

1

ETAT DE L’ART ET AVANCÉES DANS LE DOMAINE EN ALLEMAGNE ET EN EUROPE

STATE OF THE ART AND DEVELOPMENTS IN GERMANY AND EUROPE Authors: G. Cescutti; J. Müssig, Faserinstitut Bremen e.V. – FIBRE –, Bremen Abstract: Fibre reinforced materials have gained a high importance in industrial applications thanks to their good mechanical properties and lightweight potential resulting of the combination of fibre with high stiffness and matrix materials with low densities. With petrol price increases, natural fibres are increasingly considered as an interesting alternative of conventional fillers or fibre reinforcement materials in polymers like talcum or glass fibres. Priced at approx. 60 cents/kg, they are also economically attractive for the reinforcement of plastics. Because of their excellent price/performance ratio natural fibres have been increasingly used in the last decade especially in the automotive industry as reinforcement for composite interior parts. This is confirmed in (Figure 1) by the linear rise in the volume of natural fibres used by the European automotive industry documented by the nova Institute since 1996 (Karus et al., 2004). In car interiors, natural fibres have already become established for applications such as trim panels (with a market share of approx. 40 %), seat shells and rear shelves (Gassan, 2003).

0

5,000

10,000

15,000

20,000

1996 1999 2000 2001 2002 2003

Flax

Hemp

exotic fibres

Tonne/a

Year

Figure 1: NaturaI fibre reinforced composites in the German automotive industry (Karus et al., 2003)

Up to now natural fibre composites are almost exclusively processed using the press moulding process (Figure 2). In recent years technological developments open new processing ways.

2

Thermoset press-moulding

35%

Injection moulding1%

Thermoplast press-moulding

64%

Figure 2: Processing technologies for natural fibre* composites in the german automotive industry (Karus et al., 2003)

In the field of injection moulding appeared for a few years on the market natural fibre reinforced granules using predominantly PP as matrix. These new processing possi-bilities will significantly increase the use of natural fibres in the next years if these granules can compete against the established injection moulding materials (Ortmann, 2005; Morton, 2004). To compete with others established injection moulding materials it will be important to better know and understand the degradation processes occurring during the processing. A method to analyse the physical degradation in term of geometrical changes in the fibre size and shape will be presented. The technical feasibility of producing a Sheet-Moulding-Compound (SMC)-com-ponent based on renewable resources will be demonstrated with a bus body com-ponent. This SMC part based on natural fibres and PTP®, a vegetable based ther-moset resin. Hitherto, the conventional component is made of glass fibre reinforced polyester resin. The results show that it is possible to optimise the production of this textile semi-finished part by selecting qualified hemp fibres and developing a tech-nically matured PTP®-SMC variant in such a way that the component production process based on the semi-finished parts need not to be changed. In comparison with the polyester system, the life-cycle assessment of the polymer material PTP® shows lower values in all impact categories except eutrophication. Another growing segments are Wood-plastic composites (WPC) and bio-plastics. WPC are showing outstanding growth in the North American market principally within the building products area and most notably in decking. A market study predict also a market grow for Europe. For further information a few modules of the internet portal www.N-FibreBase.net will be presented. Literature Gassan, 2003 Gassan J. 2003: Naturfasern im Automobil-Innenraum. Leichtbau; In:

Kunststoffe, 93 (2003) 8, pp. 77-80

Karus, 2004 Karus, M.; Ortmann, S.; Vogt, D.: Naturfasereinsatz in Verbundwerkstoffen in der deutschen Automobilproduktion 1996 bis 2003. market analysis, nova-Institut, Hürth, Germany, September 2004

3

Ortmann, 2005 Ortmann, S.; Schwill, R., Karus, M., Müssig; J.: Natural Fibre/PP

Injection Moulding: The Up-and-Coming Material Group. Plast Europe 03 (2005), p. 23-28

Morton, 2004 Morton, J.: Injection molding: Opportunities in natural & wood plastic composites 2004. Market study, Principia Partners, Exton, PA, USA, Mai 2004 2.

4

Journée Technique « Matériaux renforcés fibres naturelles et Matériaux issus de ressources renouvelables, appliqués en plasturgie » – 13 Septembre 2006 - PEP

« Présentation du projet Polymères Naturels »

Charlyse POUTEAU

POLE EUROPEEN DE PLASTURGIE

Installé au cœur de la Plastics Vallée d’Oyonnax (qui pèse 12% de la filière plasturgiste française), le PEP est un centre de compétences doté de moyens scientifiques et techniques spécifiques (50 personnes). Créé en 1989 issu d’une volonté industrielle, le PEP a été voulu et conçu comme l’outil devant permettre à la filière de s’affirmer dans les domaines de la recherche et de la technologie. Le PEP est doté d’une large gamme d’outils et de services permettant d’accompagner les plasturgistes dans leurs projets. Le Pôle Européen de Plasturgie intervient à tous les stades, de la phase de recherche, en passant par l’étape de validation, jusqu’au produit fini (laboratoire de caractérisation, plate-forme technologique de transformation, centre de calcul conception /simulation, prototypage, métrologie tridimensionnelle, formation professionnelle et centre de documentation spécialisé unique en France). Le service Recherche et Développement du PEP, vecteur d’innovation pour la filière plasturgie, s’appuie sur les équipements et les compétences de l’ensemble des services.


1

Charlyse POUTEAUPôle Européen de Plasturgie

Matériaux thermoplastiques issus de ressources renouvelables

Journée Technique Matériaux chargés fibres naturelles – Matériaux issus de ressources renouvelables en plasturgie Oyonnax, le 13 Septembre 2006

JT Agromat, le 13 Septembre 2006

Introduction

ObjectifÉtude exhaustive des produits issus de l’agriculture qui pourraient être utilisés dans l’industrie de la plasturgie.

Volet ThermoplastiquePEP

Introduction de fibres naturelles dans des matrices thermoplastiques(issues de ressources renouvelables ou non)

Volet Thermodurcissable

COMPOSITECIntroduction de fibres naturelles dans des matrices thermodurcissables

2


Introduction

Émergence des composites à fibres naturelles depuis plusieurs années…

Aspect technologiqueex: propriétés idem (remplacer existant), propriétés inférieures

(mais toujours en phase avec applications visées), propriétés supérieures et/ou innovantes (/référence donnée)

ex: moyens de transformations peu différents

Aspect environnementalex: ressources renouvelables / ressources fossilesex: remplacement des fibres classiques dans compositesex: éco-conception produit

Aspect économiqueex: moins de dépendance par rapport prix pétroleex: valorisation de sous produits / apport de valeur ajoutéeex: diminution coût global final


Introductionwww.aft-plasturgie.com

www.appolor.com www.strandex.com

www.trex.com

3


Présentation générale et démarche

Mélange Injection Applications

+

MatriceFibre Additifs

+

Travail collaboratif avec des industriels afin :

d’identifier les verrous industrielsde lever les verrous par optimisation des

différentes étapesde valider les résultats laboratoires et industrielsde faire la promotion par l’information


Les problèmes et solutions


+


+

Interface Fibre/Matrice- incompatibilité F/M- aucune liaison F/M

Stabilité au court du temps- dégradations oxydantes (O2 et UV)- dégradations microbiennes

mauvaises propriétés à l’usage

Dispersion des fibres- matériau hétérogène

Hygroscopie des fibres- putrescibilité du matériau- reprise d’humidité- utilisation en milieu humide impossible

Stabilité thermique- dégradation des fibres à T°>200°C- toutes les matrices pas adaptées

4




+


+

très abordées dans la littérature, mais peu utilisées dans l’industrie surcoût élevé

• Traitements thermiques( stab. thermique)

• Traitements physiques ( adhésion)

• Traitements chimiques( adhésion, hygroscopie & dispersion)

• Optimisation des procédés d’extraction( adhésion, prop mécaniques)




+


+

informations peu disponibles dans la littérature, mais primordiales pour industrialisation

• Choix du système de compoundage( bonne dispersion, pas de déstructuration des fibres, bon dégazage)

• Optimisation de l’alimentation des fibres( stabilité process, stabilité thermique, dispersion)

• Optimisation du procédé de transformation( dispersion, préservation fibre)

• Traitements chimiques( adhésion, hygroscopie & dispersion)

très abordées dans la littérature, mais peu utilisées dans l’industrie surcoût élevé

• Traitements thermiques( stab. thermique)

• Traitements physiques ( adhésion)

• Optimisation des procédés d’extraction( adhésion, prop mécaniques)

5




+


+

Peu d’informations sont disponibles sur la transformation en injection : c’est une grosse boîte noire !!



+


+

Test d’un large panel de fibres :différentes longueurs de fibredifférents types de fibrecomposition différente des fibresdisponible à échelle industrielle

Test de différentes matrices :Non biodégradablesBiodégradables

Test de différents additifs commerciaux


6



+


+

Test de différents procédés de mélange :monoviscompactageagglomération

Incorporation à différents taux de fibres




+


+


Validation par essais industriels

L’outils « injection » peut masquer les verrous identifiés, étude de procédés hybrides

Connaissance et optimisation du procédé d’injection

Tests de produits existants ou en développement sur le marché (français)

7


Influence du type de fibres

Propriétés mécaniques des fibres seules

Contrainte traction: Paille < Bois << Sisal < Coton < Chanvre < Lin

Module d’Young:Paille < Bois < Coton << Sisal < Chanvre < Lin

Est-ce que propriétés méca des fibres gouvernent propriétés méca du composite ?? Autres influences ?

Paille < Sisal < Chanvre < Lin << Coton

Influence des propriétés initiales

des fibres

Propriétés mécaniques des fibres composites (70% PEHD – 30% Fibres)

Les propriétés mécaniques initiales ne gouvernent pas les propriétés mécaniques du composite

Autres facteurs ?


Influence du type de fibres

1 / Influence de la composition chimique• fibres « pures » et « retraitées » (coloration…)• aucunes lignines dans la fibre

2 / Influence de la morphologie• « fils » composées de nombreuses fibres- solidarisées permet une bonne procéssabilité- se désolidarisent pour former réseau enchevêtré

Interactions physiques

Interactions chimiques

Influence du type de fibre sur PMAnas

Bois

Paille de blé Sisal Chanvre broyé

Lin broyé Lin

Chanvre Coton

PMPM

- Fibres de bonnes PM initiales- Notion d’« enchevêtrement » de la fibre (ex: broyat)- Fibres longues plutôt que « sphériques » : influence du rapport L/D- Fibres déjà traitées, moins de lignines (ex: coton/paille)

8


Influence du taux de fibres

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 20 40 60Pourcentage de fibres

Mo

du

le (

MP

a)

P EgChbr-nc P EgPP EgChbr-c P EgBP EgS3 P EgCh3P EgL3 P EgCo 3P EgAbr P EgLbrP EgL1 P EgCh1P EgS1 P EgCo 1

Introduction de fibres à différents taux :10%, 30% et 50% en masseMatrice : PEHDCompoundage monovis, puis injection

E (flexion et traction)

Traction

Quand le taux de fibres augmente :

La différence entre fibres est d’autant plus marquée que le taux de fibres est élevé



0

10

20

30

40

50


Con

trai

nte

(MP

a)

P EgChbr-nc P EgPP EgChbr-c P EgBP EgS3 P EgCh3P EgL3 P EgCo 3

P EgAbr P EgLbrP EgL1 P EgCh1P EgS1 P EgCo 1




σσσσ (flexion)

σσσσ (traction)

Flexion

La différence entre fibres est d’autant plus marquée que le taux de fibres est élevé

9



0

2

4

6

8

10

12

14


Allo

ngem

ent (

%)

PEg Chb r-ncPEg P

PEg Chb r-cPEg BPEg S3PEg Ch3

PEg L3PEg Co3PEg Abr

PEg Lb rPEg L1PEg Ch1PEg S1

PEg Co1




σσσσ (flexion)

σσσσ (traction)

εεεε (flexion et traction)

Traction


Impact d’ajout d’additifs

30 parts de fibres / 70 parts de PEHD / 2 et 4 parts d’additifsAdditifs de process ou lubrifiants / agents de couplage

Lu AM Lu AM Lu AMTraction - 0 - 0 - -Flexion + + + + - -Traction -- ++ - ++ - +++Flexion 0 ++ + +++ - +Traction - - - - - -Flexion 0 + 0 0 0 +

- + -- + - +Résistances à l'impact

Bois Lin Coton

Module

Contraintes

Allongements

Documents

Mercredi 13 Septembre 2006 - Chanvre-info\\.ch · 2007. 11. 16. · 1 avenue Victor Hugo BP 4007 Bellignat 01104 Oyonnax Cedex Tel : 04-74-73-20-00 Fax : 04-74-73-20-01 [email protected]