Optimization of mechanical and moisture resistance of polyethylene wood plastic composites reinforced with nanocrystalline cellulose

Résumé

L'ajout de nanoparticules dans les polymères thermoplastiques renforcés par des fibres de bois a été considéré comme l’un des moyens les plus efficaces pour améliorer les propriétés mécaniques et physiques des composites bois-plastiques. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est d'étudier l'effet d’incorporation des nanocristaux de cellulose (NCC) sur les propriétés mécaniques et l'absorption d'eau du composite bois-plastique à base de polyéthylène haute densité (HDPE) et de farine de bois. La première phase a consisté d’étudier la faisabilité d’obtention du nanocomposite HDPE/NCC en utilisant un mélangeur. L’effet des paramètres de mise en forme, de concentrations de NCC (0%, 3% et 10% en poids) et d’agent de compatibilité sur les propriétés mécaniques, le taux d’absorption d’eau et de la dispersion des NCC a été analysé. Dans la deuxième phase, les conditions de préparation et de la formulation de nanocomposites HDPE/NCC obtenues à la première phase, sont utilisés pour la fabrication du composite hybride HDPE/NCC/farine de bois. Des tests de propriétés mécaniques (flexion et traction) et d’absorption d’eau ont été réalisés pour évaluer la performance du composite. Les résultats ont montré qu’une augmentation de la teneur en NCC jusqu'à 10% conduit à une amélioration significative des propriétés en flexion et en traction de nanocomposites HDPE/NCC. Toutefois, l’analyse de la dispersion des NCC avec le microscope électronique à balayage (MEB) a montré la présence de grosses agglomérations quelques soit la concentration d’agent de compatibilité. Le remplacement partiel de farine de bois avec 10% de NCC n’a pas montré aucune amélioration de la résistance en flexion et en traction du composite hybride bois-plastique. Cela est peut-être dû aux problèmes de compatibilité entre les NCC et la matrice HDPE, et aussi à la mauvaise dispersion des NCC en présence d’une haute concentration. En revanche, une légère baisse du taux absorption d'eau a été détectée dans le cas du composite hybride qui peut être causé par la différence de caractère hydrophile entre la farine de bois et les NCC. Plus de tests avec la modification de surface et du dosage liquide des NCC devrait être fait pour améliorer la performance des nanocomposites hybrides HDPE/bois/NCC. En outre, l'effet de la concentration NCC peut être étudié pour identifier le seuil de percolation dans le composite.

Date	4 nov. 2015
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Nicole R. Demarquette (Directeur(-trice)) & Anh Dung Ngô (Codirecteur(-trice))