Nouveaux matériaux composites biosourcés renforcés en fibres végétales
Développement de nouveaux biocomposites ignifugés 100% vert (PLA/fibres d’ortie/retardateurs de flamme biosourcés), répondant aux exigences du secteur du transport.
Abondement 2020
- PROJET LIÉ À : Bioéconomie, Rechercher et développer des nouveaux matériaux, Transport
Le besoin initial
Dans un contexte de développement durable et de bioéconomie, concevoir et fabriquer des pièces structurelles en composite à faible impact environnemental comme alternative aux plastiques issus de la filière pétrochimique est crucial. Le challenge est de développer ces composites issus de la valorisation de bioressources comme produits à forte valeur ajoutée pour des marchés tel que celui du transport, où les cahiers des charges sont exigeants en termes de propriétés mécaniques, thermiques, anti-feu, et de durabilité, sans investir dans de nouveaux moyens de production.
Le verrou à lever
La fabrication du renfort non-tissé constitué de fibres d’ortie et de fibres de PLA commerciales nécessite une optimisation de l’étape de cardage et une bonne cohésion de l’interface fibre-fibre (fibres ortie/ortie et PLA/ortie).
La bio-ignifugation du PLA par voie additive nécessite la stabilité thermique des retardateurs de flamme (RF) biosourcés ainsi qu’une bonne compatibilité avec le PLA.
Enfin, l’optimisation du composite et de ses propriétés mécaniques et au feu dépend de la pénétration de la poudre de PLA ignifugé dans le non-tissé et de la compatibilité PLA/ortie.
Les moyens R&D mis en oeuvre
Le screening des RFs biosourcés commerciaux ou modifiés, sélectionnés après une étude bibliographique, est réalisé en caractérisant la dégradation thermique (ATG) et le comportement au feu (PCFC, indice limite d’oxygène, cône calorimètre, UL94) des formulations PLA/RFs obtenues par voie additive (mini-extrusion).
Les non-tissés, puis les panneaux, sont fabriqués sur une ligne pilote adaptée aux fibres d’orties et de PLA. Deux voies de traitement sont possibles, (i) PLA ignifugé ajouté en forme de micro-granulats directement dans le renfort avant la thermocompression ou (ii) une imprégnation du renfort non-tissé (PLA/ortie) avec la solution ignifuge. Ces deux produits sont ensuite caractérisés mécaniquement (traction et flexion), puis comparés à des panneaux fabriqués avec des fibres déjà utilisées dans l’industrie, telles que les fibres de chanvre.
Les perspectives de partenariats
Comparé au chanvre, l’ortie permet une amélioration du module d’élasticité. Les RFs biosourcés doivent être utilisés en synergie pour avoir une efficacité suffisante à la réaction au feu du PLA. La combinaison non-tissé imprégné RF/PLA ignifugé est une voie très prometteuse.
Ces résultats sont assez solides pour appliquer la technologie en industrie, avec de l’ortie ou une autre fibre naturelle. Le projet à son terme permettra de valoriser les biomatériaux et de trouver des débouchés originaux aux végétaux ou de leurs déchets (ex : fibres non utilisables en textilurgie) produits localement.
