Étude sur les composites bois-plastique microporeux à base de polypropylène

Actuellement, les composites bois-plastique (WPC), caractérisés par leur dureté élevée, leur résistance à l'eau et aux termites, ainsi que leur recyclabilité, sont largement utilisés dans la décoration intérieure, la rénovation de bâtiments, l'emballage, le transport et les équipements sportifs. Leur coût relativement faible et leur forte consommation contribuent à réduire l'épuisement des ressources forestières et à atténuer les risques environnementaux liés aux déchets plastiques. Cependant, leur densité élevée et leur faible ténacité les rendent sujets à la rupture fragile sous charge, limitant ainsi leur capacité à fournir un avertissement de déformation par fluage moléculaire, contrairement aux polymères classiques.

Étant donné que les techniques de moussage traditionnelles sont insuffisantes pour améliorer la fragilité des WPC, Des chercheurs nationaux et internationaux ont proposé le concept de moussage microporeux, fondé sur le principe de renforcement par nanoparticules inorganiques. Lors de la mise en charge des composites bois-plastique microporeux, les fissures d'impact se propagent principalement soit directement à travers les pores, soit le long de leurs parois. La déformation plastique des pores absorbe une quantité importante d'énergie, ce qui émousse l'extrémité de la fissure et freine sa propagation. Cette technique améliore les performances mécaniques des composites bois-plastique, favorise leurs applications hautes performances et préserve leurs avantages tels que la légèreté, l'efficacité des matériaux, l'isolation acoustique et thermique.

Lors de l'extrusion des composites bois-plastique (WPC), la formation de structures microporeuses internes repose principalement sur la sensibilité de la solubilité des gaz dans le polymère fondu aux champs d'écoulement et thermiques. La génération de gaz est obtenue par réduction de pression ou par chauffage. La structure microporeuse se forme ensuite en trois étapes : nucléation, croissance et stabilisation. Le gaz expanseur est principalement produit par décomposition thermique d'agents expansifs chimiques ou par volatilisation d'agents expansifs physiques. Le mode de génération détermine non seulement la formation de la structure poreuse interne, mais influence également directement la morphologie et la taille des pores.

Par conséquent, des composites bois-polymère (WPC) à base de polypropylène ont été utilisés comme objet d'étude, avec l'azodicarbonamide (AC) et le bicarbonate de sodium (NaHCO3) comme agents moussants chimiques. Leurs comportements de décomposition thermique et leurs effets sur la morphologie poreuse des échantillons de WPC ont été analysés comparativement. De plus, les effets des agents moussants composites et de leurs concentrations variables sur les propriétés mécaniques des échantillons de WPC, sous différentes quantités de gaz générés, ont été étudiés afin de fournir des indications théoriques pour l'optimisation ultérieure du procédé et le développement du produit. Les résultats montrent :

1. L'agent moussant composite AC/oxyde de zinc permet de contrôler la température de dégagement gazeux lors de la décomposition thermique aux alentours de 173 °C, évitant ainsi efficacement la dégradation de la farine de bois due à une décomposition à haute température. Comparé au système AC/oxyde de zinc, le mélange-maître moussant NaHCO₃, avec une production de gaz plus faible et une plage de températures de décomposition plus étendue, favorise la multiplication des événements de nucléation, conduisant à une distribution bimodale de la taille des pores.

2. Comparé au mélange-maître NaHCO3 et à l'agent moussant composite des deux, le système composite AC/oxyde de zinc produit plus facilement une structure microporeuse « petite et dense », atteignant des performances d'échantillon avec une résistance aux chocs de 6 kJ/m², une résistance à la traction de 8 MPa et une résistance à la flexion de 16,6 MPa.

3. Lorsque le composite AC/oxyde de zinc est utilisé à raison d'une part, le gaz expansé contenu dans le matériau composite est complètement encapsulé par la phase fondue, empêchant ainsi toute fuite de gaz. Ce procédé permet également d'obtenir une sursaturation rapide, accélérant la vitesse et la qualité de la nucléation. Il en résulte une structure microporeuse présentant une taille de pores moyenne de 71 μm et une densité de distribution de 2,7 × 10⁴ pores/cm³, offrant une capacité de charge supérieure.