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WO2000005294A1 - Materiau thermoplastique contenant des fibres de chanvre - Google Patents

Materiau thermoplastique contenant des fibres de chanvre Download PDF

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WO2000005294A1
WO2000005294A1 PCT/FR1999/001812 FR9901812W WO0005294A1 WO 2000005294 A1 WO2000005294 A1 WO 2000005294A1 FR 9901812 W FR9901812 W FR 9901812W WO 0005294 A1 WO0005294 A1 WO 0005294A1
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WO
WIPO (PCT)
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thermoplastic material
fibers
weight
hemp fibers
hemp
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR1999/001812
Other languages
English (en)
Inventor
André RAVACHOL
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Individual
Original Assignee
Individual
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
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AU49161/99A priority Critical patent/AU4916199A/en
Publication of WO2000005294A1 publication Critical patent/WO2000005294A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/045—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
    • C08J11/04—Recovery or working-up of waste materials of polymers
    • C08J11/06—Recovery or working-up of waste materials of polymers without chemical reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/12—Polyester-amides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the invention relates to a new composite thermoplastic material containing hemp fibers.
  • the invention also relates to a process for the preparation of this material.
  • the invention relates to molded objects produced using this material.
  • thermosetting polymers A large number of plastics are currently available on the market and their applications in the most varied fields are well known in the art.
  • the present invention has taken care not to select it and to prefer the family of thermoplastic polymers to it.
  • thermoplastic materials have the drawback of comprising, in their chemical formula, atoms or radicals which, when they are released, for example following combustion, seriously harm the environment.
  • Other thermoplastic materials such as those comprising phtalyl radicals, present serious health risks, in particular of a carcinogenic nature.
  • thermoplastic materials to which appropriate inert fillers forming reinforcement confer the required physical properties, in particular of mechanical strength.
  • glass fibers, then carbon fibers and, more recently, mineral fibers Monocrystallines have made it possible to produce new thermoplastic materials with a very wide range of properties.
  • the fillers substituted for those previously used are of natural origin, that they can represent a large fraction of the material resulting from their incorporation in a thermoplastic material and, finally, that they are preferably recyclable.
  • an essential factor, for obtaining a composite thermoplastic material having satisfactory mechanical performance, in which hemp fibers of the dimensions indicated above are incorporated is that the fibers hemp present during their incorporation a moisture content equal to at most 4% by weight and preferably equal to or less than 2% by weight, which implies subjecting the starting fibers to a drying operation, in particular by steaming, before their incorporation into the molten thermoplastic material.
  • the subject of the invention is therefore a new composite thermoplastic material comprising, as a mixture, a thermoplastic material devoid of chlorine atoms and phtalyl radicals and having a melting temperature below 200 ° C., and hemp fibers of a length of less than 2 mm and of a diameter of less than or equal to 0.2 mm, this material being characterized in that the fibers incorporated in the thermoplastic material have a moisture content of at most 4% by weight and, preferably equal to or less than 2% by weight.
  • the hemp fibers contain at most 15% by weight of woody material and, preferably, at most 5% by weight.
  • the hemicellulose rate can be between 7 and
  • thermoplastic material according to the invention is of a natural brown color with the most beautiful effect, which can be more or less dark, depending on the level of pectin and hemp fiber hemicellulose.
  • the invention also relates to a method for preparing • the thermoplastic material defined above wherein is brought by heating the thermoplastic base material in molten state and there is incorporated by compounding the dimensions hemp fiber desired, this process being characterized in that, prior to the incorporation of the hemp fibers, these are subjected to a drying operation, in particular by steaming, with a view to lowering their moisture content to at most 4% by weight and preferably equal to or less than 2% by weight.
  • thermoplastic material in the molten state and the hemp fibers, because the incorporation of the fibers leads to the production of water vapor bubbles in the thermoplastic material.
  • the fibers used are homogenized in length and diameter, by grinding and sieving, prior to the drying phase.
  • thermoplastic material must have a melting point less than or equal to 200 ° C and it can belong to the following families, including in recycled form, the list of which is not exhaustive:
  • E.V.A. ethylene vinyl acetate
  • S.B.S. styrene butadiene styrene
  • E.S.B.S. ethylene styrene butadiene styrene
  • T P U thermoplastic polyurethane
  • PE high and low density polyethylenes
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • SB impact polystyrene
  • SAN acrylonitrile polystyrene
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • ASA acrylonitrile styrene acrylate
  • PS / PP and PS / PE copolymers polyacrylic compounds, including PMMA (polymethyl methacrylate);
  • hemp fibers present in the thermoplastic material according to the invention advantageously represent from 5 to 30% by weight of this material.
  • thermoplastic material according to the invention can, in known manner, be delivered to users in the form of granules, which can then be molded. These granules can constitute masterbatches with 50% of fibers and 50% of thermoplastic material and, for injection or extrusion molding, these granules can then be mixed with an additional quantity of the virgin basic thermoplastic material.
  • the composite material according to the invention may contain usual adjuvants, in particular anti-oxygen, anti-ultraviolet radiation, anti-shock, anti-static, flame retardants, lubricants, dyes and others, as well as deodorants in the molded finished product.
  • adjuvants in particular anti-oxygen, anti-ultraviolet radiation, anti-shock, anti-static, flame retardants, lubricants, dyes and others, as well as deodorants in the molded finished product.
  • the composite material according to the invention may also contain agents improving the cohesion between the hemp fibers and the thermoplastic material, such as functional polymers of the type of grafted polypropylene, polyamides and certain copolymers.
  • fibers other than hemp fibers for example short glass fibers, and conventional fillers such as calcium carbonate (limestone), talc, mica, crushed carbon fibers, carbon black, flours other plants (wood, oil cake) and woody hemp pulp (hemp seed).
  • conventional fillers such as calcium carbonate (limestone), talc, mica, crushed carbon fibers, carbon black, flours other plants (wood, oil cake) and woody hemp pulp (hemp seed).
  • the hemp fibers present in the thermoplastic material according to the invention have the advantage of appreciably increasing the rigidity of the thermoplastic materials in which they are incorporated, which results in a notable increase in the modulus in traction of these. ci and is particularly advantageous for molding many objects. These fibers also make it possible to obtain a perfectly satisfactory and decorative surface appearance for the objects molded from the thermoplastic materials in which they are incorporated.
  • thermoplastic material according to the invention is self-colored, its brown coloring, more or less dark depending on its level of pectin and hemicellulose, allowing it to be used as it is for many applications.
  • the composite thermoplastic material according to the invention has, in most cases, physical and mechanical properties substantially equal to those of the basic thermoplastic material and often superior to these, while having the advantage of being able to be recycled, without harming the environment.
  • Various forms of implementation of the invention will now be described, by way of nonlimiting examples, with a view to illustrating the conditions for implementing the process for manufacturing the composite thermoplastic material and the physical and mechanical properties of that. this, compared to those of the starting thermoplastic material.
  • the reported tests were carried out by the Center for Industrial Development of Agro-Resources, VALAGRO, in Poitiers.
  • EXAMPLE 1 This example illustrates the production, by the so-called compounding technique, of composite materials in accordance with the invention, comprising hemp fibers, incorporated in various thermoplastics.
  • hemp fibers used in the tests come from the usual process of separating hemp straw into tow and partly woody (chènevotte), used by the company known as La Chanvrière de l'Aube, at 10200 Bar sur Aube.
  • the quality of tow chosen in the context of the invention now contains only a wood fiber content of less than or equal to 5%.
  • hemp fibers have a diameter of the order of 0.2 mm and a length less than or equal to 1 mm. They are sieved using a 1 mm mesh sieve, in order to avoid possible lumps of fibers and are steamed for 14 hours, at a temperature of 105 ° C, so as to lower their moisture content to 2% by weight, before their incorporation into the thermoplastic material.
  • thermoplastics used are in the form of granules and they all have a melting point below 200 ° C. These thermoplastics are as follows: - Pi: low density polyethylene, sold under the name Lacqtène, reference 1200 MN 26 C;
  • the fibers are incorporated by extrusion-compounding using 20 parts by weight of fibers per 100 parts by weight of thermoplastic material.
  • the compounding extrusion stage is carried out using a corotative twin-screw extruder of the CLEXTRAL brand and of pilot type BC21, equipped with a hollow die of 3 mm in diameter.
  • This machine has two shafts on which are positioned screw elements whose total length is 600 mm.
  • the temperature regulation is carried out with sections heated by resistors; the length of the sheath is 670 mm.
  • other compounding configurations can however be envisaged.
  • This machine allows you to fine-tune the temperatures of each zone, as well as the speed of rotation of the screws, using an electrical cabinet.
  • the temperature regulation is precise, thanks to a cooling system controlled by solenoid valves.
  • the extruded compound leaves the extruder in the form of a rod and is immediately cooled in a water bath before being cut into granules using a granulator. Having been soaked, the extruded polymer contains a significant amount of water which must be eliminated before its injection or re-extrusion. This is done during a final steaming.
  • the extruder is fed by two volumetric dosers of the K-TRON brand.
  • the volumetric dosage ensures the extraction of the product continuously, so as to always deliver the same volume.
  • the doser is equipped with two concave twin screws, whereas, for dosing polymer granules, two worms are used.
  • the use of a volumetric system requires the performance of a calibration, in order to precisely determine the mass flow rates, and therefore, in the case of an operation involving two metering devices simultaneously, to adjust the two flow rates in order to get the desired fiber level.
  • the unit used can be any. The only important thing is the speed ratio for the same grain size and a determined flow rate.
  • This example aims to compare the physical properties of some of the composite thermoplastic materials prepared above with those of the basic thermoplastic material.
  • test pieces meeting the characteristics of standard NFT 51-034, were produced on an ARBURG brand injection press, having a thrust of 50 tonnes and a screw diameter of 25 mm.
  • the materials used to make these test pieces have been previously parboiled, in order to remove all traces of moisture.
  • test pieces thus produced, the properties of mechanical resistance in traction of the composite thermoplastic materials in accordance with the invention were tested and compared with those of the starting thermoplastic materials.
  • the tests were carried out in accordance with ISO / R 527, at room temperature (23 ° C ⁇ 1 ° C) and with an elongation of 50 mm / min.
  • hemp fibers into low density or high density polyethylene results in a significant improvement in the properties of mechanical resistance to traction of the basic thermoplastic material.
  • hemp fibers results in a slight reduction in the properties of mechanical tensile strength, but which is offset, and beyond, the advantages:

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Abstract

Dans ce nouveau matériau thermoplastique composite, la matière thermoplastique est dépourvue d'atomes de chlore et de radicaux phtalyle et les fibres de chanvre ont une teneur en humidité d'au plus 4 % en poids.

Description

MATERIAU THERMOPLASTIQUE CONTENANT DES FIBRES DE CHANVRE
L'invention concerne un nouveau matériau thermoplastique composite contenant des fibres de chanvre. L'invention concerne également un procédé de préparation de ce matériau.
L'invention concerne enfin les objets moulés réalisés à l'aide de ce matériau.
De très nombreuses matières plastiques sont actuellement disponibles sur le marché et leurs applications dans les domaines les plus variés sont bien connues dans la technique. L'une d'entre elle, regroupée sous le nom de polymères thermodurcissables, présente l'inconvénient de ne pas être recyclable et de présenter quelques risques pour la santé des opérateurs. La présente invention s'est préoccupée de ne pas la sélectionner et de lui préférer la famille des polymères thermoplastiques .
Un certain nombre de ces matières thermoplastiques présentant toutefois l'inconvénient de comporter, dans leur formule chimique, des atomes ou des radicaux qui, lorsqu'ils sont libérés, par exemple à la suite d'une combustion, nuisent gravement à l'environnement. C'est le cas, en particulier, des polymères contenant du chlore, dont le plus fréquemment utilisé est le polychlorure de vinyle ou P.V.C., qui, en cas d'incinération d'ordures ou de déchets industriels contenant des produits de ce type, conduisent au rejet à l'atmosphère de composés dangereux, notamment de dioxines. D'autres matières thermoplastiques, telles que celles comprenant des radicaux phtalyle, présentent des risques sérieux pour la santé, notamment de nature cancérigène.
Les milieux techniques spécialisés se préoccupent donc de limiter l'emploi de tels polymères et de leur substituer d'autres matières thermoplastiques auxquelles des charges inertes appropriées formant renfort confèrent les propriétés physiques requises, notamment de résistance mécanique. Parmi ces charges, les fibres de verre, puis les fibres de carbone et, enfin, plus récemment, les fibres minérales monocristallines ont permis de réaliser de nouveaux matériaux thermoplastiques présentant un très large éventail de propriétés.
Les charges qu'ils contiennent posent toutefois des problèmes pratiques, lors de leur incorporation dans les matières thermoplastiques ou les résines de départ, car il est difficile d'obtenir une répartition homogène de ces fibres .
En outre, de telles charges sont relativement coûteuses. On est donc à la recherche de nouvelles charges aptes à être réparties de façon homogène dans une matière thermoplastique et à leur conférer des propriétés physiques et mécaniques comparables à celles des fibres de la technique antérieure, voire améliorées par rapport à celles- ci.
Il est par ailleurs souhaitable que les charges substituées à celles précédemment utilisées soient d'origine naturelle, qu'elles puissent représenter une fraction importante du matériau résultant de leur incorporation dans une matière thermoplastique et, enfin, qu'elles soient de préférence recyclables .
On a par conséquent proposé d'utiliser dans ce but des fibres d'origine végétale à culture annuelle renouvelable, notamment de lin ou de chanvre, noyées dans des matières thermoplastiques (voir, par exemple GB 2 090 849 A).
Les fibres courtes de lin présentant le défaut de s'enrouler sur elles-mêmes, au cours du moulage par injection de matériau composite obtenu, c'est donc sur les fibres de chanvre qu'ont porté les travaux du Demandeur. Des essais montrant le même risque de défaut avec une longueur de fibre supérieure à 2 mm, la longueur moyenne des fibres a été réduite à 1 mm pour avoir l'assurance permanente du maintien de la géométrie aciculaire des fibres en mélange avec les polymères en fusion. Pour permettre une application universelle du nouveau matériau composite, allant des objets à parois minces (0,6 à 1 mm d'épaisseur) aux pièces industrielles, la réduction et l'homogénéisation du diamètre des fibres ont été portées à un diamètre moyen égal ou inférieur à 0,2 mm. On peut ainsi obtenir une dispersion très homogène de ces mini-fibres et il est ensuite possible d'utiliser sans problème le matériau complexe ainsi préparé dans des procédés de moulage par injection ou par extrusion, sans que les mini-brins de chanvre risquent d'obturer les buses d'injection ou les filières d'extrusion.
Les travaux effectués par le demandeur ont cependant montré qu'un facteur essentiel, pour l'obtention d'un matériau thermoplastique composite présentant des performances mécaniques satisfaisantes, dans lequel sont incorporées des fibres de chanvre des dimensions indiquées ci-dessus, est que les fibres de chanvre présentent lors de leur incorporation un taux d'humidité égal au plus à 4 % en poids et, de préférence, égal ou inférieur à 2 % en poids, ce qui implique de soumettre les fibres de départ à une opération de dessication, notamment par étuvage, avant leur incorporation dans la matière thermoplastique fondue. L'invention a, par conséquent, pour objet un nouveau matériau thermoplastique composite comprenant, en mélange, une matière thermoplastique dépourvue d'atomes de chlore et de radicaux phtalyle et ayant une température de fusion inférieure à 200°C, et des fibres de chanvre d'une longueur inférieure à 2 mm et d'un diamètre inférieur ou égal à 0,2mm, ce matériau étant caractérisé en ce que les fibres incorporées dans la matière thermoplastique ont une teneur en humidité égale au plus à 4 % en poids et, de préférence, égale ou inférieure à 2 % en poids. De préférence, les fibres de chanvre contiennent au plus 15 % en poids de matériau ligneux et, de préférence, au plus 5 % en poids.
Le taux d'hémicellulose peut être compris entre 7 et
21 % en poids et le taux de pectine peut varier de 2 à 15 %. Le matériau thermoplastique conforme à l'invention est d'une couleur brune naturelle du plus bel effet, qui peut être plus ou moins foncée, suivant le taux de pectine et d'hémicellulose des fibres de chanvre.
L'invention a également pour objet un procédé • de préparation du matériau thermoplastique défini ci-dessus, dans lequel on amène par chauffage la matière thermoplastique de base à l'état fondu et l'on y incorpore par compoundage les fibres de chanvre des dimensions désirées, ce procédé étant caractérisé en ce que, préalablement à l'incorporation des fibres de chanvre, celles-ci sont soumises à une opération de dessication, notamment par étuvage, en vue d'abaisser leur teneur en humidité à au plus 4 % en poids et de préférence, égale ou inférieure à 2 % en poids.
Au-delà de cette teneur de 4 %, en effet, il n'est pas possible de mélanger par compoundage de façon satisfaisante la matière thermoplastique à l'état fondu et les fibres de chanvre, car l'incorporation des fibres entraîne la production de bulles de vapeur d'eau dans le matériau thermoplastique.
De préférence, les fibres utilisées sont homogénéisées en longueur et diamètre, par broyage et tamisage, préalablement à la phase de dessication.
La matière thermoplastique doit avoir un point de fusion inférieur ou égal à 200°C et elle peut appartenir aux familles suivantes, y compris sous forme recyclée, dont la liste n'est pas limitative :
- les élastomères, notamment E.V.A. (éthylène vinyle acétate), S.B.S. (styrène butadiène styrène), E.S.B.S. (éthylène styrène butadiène styrène), T P U (polyuréthane thermoplastique ) ; - les polyoléfines, notamment PE (polyéthylènes haute et basse densité) , PP (polypropylène) et les copolymères propylène- éthylène ;
- les polymères styréniques, notamment PS (polystyrène) SB (polystyrène choc), SAN (polystyrène acrylonitrile) , ABS (acrylo butadiène styrène), ASA (acrylonitrile styrène acrylate, et les copolymères PS/PP et PS/PE ; les composés polyacryliques, notamment PMMA (polyméthacrylate de méthyle) ;
- les polyacétals, notamment POM (polyoxyméthylène) ;
- les polyamides, notamment le polyamide 12 et le polyamide 11 ; - les polyéthers blocs amides, notamment ceux commercialisés sous l'appellation PEBAX ; les composés alvéolaires dérivés des précédents, notamment les mousses rigides PS, PE et PP, et les mousses souples EVA. Les fibres de chanvre présentes dans le matériau thermoplastique conforme à l'invention représentent avantageusement de 5 à 30 % en poids de ce matériau.
Le matériau thermoplastique conforme à l'invention peut, de façon connue, être livré aux utilisateurs sous forme de granulés, qui pourront ensuite être moulés. Ces granulés peuvent constituer des mélanges-maîtres à 50 % de fibres et 50 % de matière thermoplastique et, en vue d'un moulage par injection ou par extrusion, ces granulés peuvent ensuite être mélangés à une quantité additionnelle du matériau thermoplastique vierge de base.
Naturellement, le matériau composite conforme à l'invention peut contenir des adjuvants usuels, notamment anti-oxygène, anti-rayonnement ultra-violet, anti-chocs, anti-statiques, ignifugeants, lubrifiants, colorants et autres, ainsi que des désodorisants dans le produit fini moulé.
Le matériau composite conforme à l'invention peut également contenir des agents améliorant la cohésion entre les fibres de chanvre et la matière thermoplastique, tels que des polymères fonctionnels du genre du polypropylene greffé, des polyamides et de certains copolymères.
De même, il est possible d'incorporer aussi dans le matériau composite conforme à l'invention des fibres autres que les fibres de chanvre, par exemple de courtes fibres de verre, et des charges conventionnelles telles que du carbonate de calcium (calcaire), du talc, du mica, des fibres broyées de carbone, du noir de carbone, des farines d'autres végétaux (bois, tourteaux) et de la pulpe ligneuse de chanvre (chènevotte) .
Les fibres de chanvre présentes dans le matériau thermoplastique conforme à l'invention présentent l'avantage d'accroître de façon sensible la rigidité des matières thermoplastiques dans lesquelles elles sont incorporées, ce qui se traduit par une augmentation notable du module en traction de celles-ci et est particulièrement avantageux pour le moulage de nombreux objets. Ces fibres permettent en outre d'obtenir un aspect de surface parfaitement satisfaisant et décoratif pour les objets moulés à partir des matières thermoplastiques dans lesquelles elles sont incorporées.
En particulier, comme indiqué ci-dessus, le matériau thermoplastique conforme à l'invention est auto-coloré, sa coloration brune, plus ou moins foncée suivant son taux de pectine et d'hémicellulose, permettant de l'utiliser tel quel pour de nombreuses applications.
Le matériau thermoplastique composite conforme à l'invention présente dans la majeure partie des cas des propriétés physiques et mécaniques sensiblement égales à celles de la matière thermoplastique de base et souvent supérieures à celles-ci, tout en présentant l'avantage de pouvoir être recyclé, sans nuire à l'environnement. Diverses formes de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrites, à titre d'exemples non limitatifs, en vue d'illustrer les conditions de mise en oeuvre du procédé de fabrication du matériau thermoplastique composite et les propriétés physiques et mécaniques de celui-ci, comparativement à celles de la matière thermoplastique de départ. Les essais rapportés ont été effectués par le Centre de Valorisation Industrielle des Agro-Ressources, VALAGRO, de Poitiers.
EXEMPLE 1 Cet exemple illustre la réalisation, par la technique dite de compoundage, de matériaux composites conformes à l'invention, comprenant des fibres de chanvre, incorporées dans diverses matières thermoplastiques.
Les fibres de chanvre utilisées dans les essais proviennent du procédé usuel de séparation de la paille de chanvre en filasse et en partie ligneuse (chènevotte) , employé par la Société dite La Chanvrière de l'Aube, à 10200 Bar sur Aube. La qualité de filasse choisie dans le cadre de l'invention ne contient plus qu'une teneur en fibres ligneuses inférieure ou égale à 5 %.
Ces fibres de chanvre ont un diamètre de l'ordre de 0,2 mm et une longueur inférieure ou égale à 1 mm. Elles sont tamisées à l'aide d'un tamis de maille 1 mm, en vue d'éviter des amas éventuels de fibres et sont étuvées pendant 14 heures, à une température de 105°C, de manière à abaisser leur teneur en humidité à 2 % en poids, avant leur incorporation dans la matière thermoplastique.
Les matières thermoplastiques de base utilisées se présentent sous forme de granulés et elles ont toutes un point de fusion inférieur à 200°C. Ces matières thermoplastiques sont les suivantes : - Pi : polyéthylène basse densité, commercialisé sous l'appellation Lacqtène, référence 1200 MN 26 C ;
- P2 : polyéthylène haute densité, commercialisé sous l'appellation Hostalen, référence GC 7260 ;
- P3 : polypropylene, commercialisé sous l'appellation Hostalen, référence 1780 S2 AST.
L'incorporation des fibres s'effectue par extrusion- compoundage en utilisant 20 parties en poids de fibres pour 100 parties en poids de matière thermoplastique.
L'étape d'extrusion compoundage est effectuée à l'aide d'une extrudeuse bi-vis corotative de Marque CLEXTRAL et de type pilote BC21, équipée d'une filière creuse de 3 mm de diamètre. Cette machine comporte deux arbres sur lesquels viennent se positionner des éléments de vis dont la longueur totale est de 600 mm. La régulation en température est réalisée avec des tronçons chauffés par des résistances ; la longueur du fourreau est de 670 mm. Suivant le polymère utilisé et l'usage recherché, d'autres configurations de compoundage peuvent cependant être envisagées.
Cette machine permet de régler finement les températures de chacune des zones, ainsi que la vitesse de rotation des vis, à l'aide d'une armoire électrique. La régulation en température est précise, grâce à un système de refroidissement commandé par des électrovannes.
Le compound extrudé sort de l'extrudeuse sous forme de jonc et est immédiatement refroidi dans un bain d'eau avant d'être découpé sous forme de granulés à l'aide d'un granulateur. Ayant subi un trempage, le polymère extrudé contient une quantité d'eau non négligeable qu'il faut éliminer avant son injection ou sa réextrusion. Ceci est effectué lors d'un ultime étuvage. L'alimentation de l'extrudeuse est réalisée par deux doseurs volumétriques de marque K-TRON. Le dosage volumétrique assure l'extraction du produit en continu, de manière à débiter toujours le même volume. Dans le cas des microfibres de chanvre, le doseur est équipé de deux vis jumelles concaves, alors que, pour doser des granulés de polymères, on utilise deux vis sans fin. L'utilisation d'un système volumétrique nécessite la réalisation d'un étalonnage, afin de déterminer précisément les débits massiques, et donc, dans le cas d'un fonctionnement faisant intervenir deux doseurs simultanément, de régler les deux débits dans le but d'obtenir le taux de fibres désiré.
Le Tableau 1 ci-après rassemble les conditions • du compoundage.
TABLEAU 1
Figure imgf000011_0001
(1) L'unité utilisée peut être quelconque. Seul est important le rapport des vitesses pour une même granulométrie de fibres et un débit déterminé.
Avec toutes les formulations testées dans de telles conditions, le compoundage ne pose aucun problème et le fonctionnement de l'extrudeuse s'effectue en mode automatique.
Aucune anomalie n'est relevée et le compound obtenu a des dimensions se prêtant à un moulage par injection dans des conditions usuelles.
L'aspect du matériau thermoplastique composite ansi obtenu se révèle très satisfaisant, car les fibres se dispersent de façon parfaitement homogène au sein de la matière plastique.
Aucune bulle de vapeur d'eau n'est discernable dans le matériau thermoplastique composite résultant.
Exemple 2
Cet exemple vise à comparer les propriétés physiques de certains des matériaux thermoplastiques composites préparés ci-dessus à celles de la matière thermoplastique de base.
Dans ce but, des éprouvettes normalisées, répondant aux caractéristiques de la norme NFT 51-034, ont été réalisées sur une presse à injecter de marque ARBURG, ayant une poussée de 50 tonnes et un diamètre de vis de 25 mm. Les matériaux utilisés pour réaliser ces éprouvettes ont préalablement été parfaitement étuvés, afin d'éliminer toute trace d'humidité.
Les conditions de réalisation par injection des éprouvettes sont rassemblées dans le Tableau 2 ci-après :
TABLEAU 2
Figure imgf000012_0001
A l'aide des éprouvettes ainsi réalisées, les propriétés de résistance mécanique en traction des matériaux thermoplastiques composites conformes à l'invention ont été testées et comparées à celles des matières thermoplastiques de départ. Les essais ont été réalisés conformément à la norme ISO/R 527, à température ambiante (23°C ± 1°C) et avec un allongement de 50 mm/mn.
Les résultats de ces essais sont rassemblés dans le Tableau 3 ci-après : TABLEAU 3
Figure imgf000013_0001
On constate que l'incorporation de fibres de chanvre dans le polyéthylène basse densité ou haute densité se traduit par une amélioration sensible des propriétés de résistance mécanique à la traction de la matière thermoplastique de base.
Dans le cas du polypropylene, on constate que l'addition des fibres de chanvre se traduit par une légère diminution des propriétés de résistance mécanique à la traction, mais que compense, et au-delà, les avantages :
- de pouvoir recycler le polypropylene additionné de ce type de charge ;
- de rigidifier la matière thermoplastique de départ, en modifiant de façon appréciable le module en traction, ce qui est d'une grande importance pour nombre d'objets moulés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Matériau thermoplastique composite comprenant . en mélange une matière thermoplastique dépourvue d'atomes de chlore et de radicaux phtalyle et ayant une température de fusion d'au plus 200°C, et des fibres de chanvre d'une longueur inférieure à 2 mm et d'un diamètre inférieur ou égal à 0,2 mm, ce matériau étant caractérisé en ce que les fibres incorporées dans la matière thermoplastique ont une teneur en humidité égale au plus à 4 % en poids et, de préférence, égale ou inférieure à 2 % en poids.
2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres de chanvre contiennent au plus 15 % en poids de matériau ligneux et, de préférence, au plus 5 % en poids.
3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres de chanvre ont un taux d'hémicellulose compris entre 7 et 21 % en poids.
4. Matériau selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les fibres de chanvre ont un taux de pectine compris entre 2 et 15 % en poids.
5. Procédé de préparation d'un matériau thermoplastique composite selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on amène par chauffage la matière thermoplastique de base à l'état fondu et l'on y incorpore par compoundage les fibres de chanvre des dimensions désirées, ce procédé étant caractérisé en ce que, préalablement à l'incorporation des fibres de chanvre, celles-ci sont soumises à une opération de dessication, notamment par étuvage, en vue d'abaisser leur teneur en humidité à au plus 4 % en poids et, de préférence, égale ou inférieure 2 % en poids.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en que, préalablement à la dessication des fibres de chanvre, celles- ci sont homogénéisées en longueur et diamètre par broyage et tamisage.
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